شبیه‌سازی اثرات تغییر اقلیم بر رشد و عملکرد ذرت (Zea mays) تحت شرایط کم‌آبیاری در دشت مغان

پژوهشهای زراعی ایران

مقاله 10، دوره 17، شماره 1 - شماره پیاپی 53، فروردین 1398، صفحه 141-155   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/gsc.v17i1.72189

نویسندگان

امیرعباس رستمی اجیرلو^{* 1}؛ محمدرضا اصغری پور¹؛ احمد قنبری¹؛ مهدی جودی²؛ محمود خرمی وفا³

¹دانشگاه زابل

²دانشگاه محقق اردبیلی

³دانشگاه رازی کرمانشاه

چکیده

در این پژوهش با استفاده از مدل AquaCrop عملکرد دانه، زیست‌توده و طول دوره رشد سه هیبرید ذرت تحت شرایط اقلیم آینده، در تیمارهای مختلف آبیاری شبیه‌سازی شد. به این منظور، از داده‌های بارش، دمای کمینه، دمای بیشینه و ساعت آفتابی مدل ریز مقیاس نمایی LARS-WG با استفاده از مدل گردش عمومی جوHadCM3  برای سه سناریو گزارش چهارم هیأت تغییر اقلیم (A1B، A2 و B1) پیش‌بینی و برای دشت مغان در دوره‌های 2010-1970، 2030-2011 و 2065-2046 مورد بررسی قرار گرفت. مدل AquaCrop قبل از استفاده، توسط داده‌های مزرعه‌ای (سال‌های 1394 و 1395) واسنجی و تعیین اعتبار شد. سپس طول دوره رشد هیبریدها، مقادیر عملکرد دانه و زیست‌توده در دوره‌های آینده، برای تیمارهای متفاوت آبیاری (I1= آبیاری نرمال، I2= قطع آبیاری در مرحله رشد رویشی، I3= قطع آبیاری در مرحله گل‌دهی و I4= قطع آبیاری در مرحله پر شدن دانه) و هیبریدهای متفاوت ذرت (C1= SC704، C2= SC703 و C3= SC705) شبیه‌سازی شد. با توجه به نتایج، در دوره آماری 2030-2011 میلادی در مقایسه با دوره 2010-1970 (پایه) میانگین ماهانه دمای به مقدار 41/1، 35/1 و 56/1 درجه سانتی‌گراد به‌ترتیب در سناریوهای A1B، A2 و B1 افزایش، میانگین ماهانه بارش به مقدار 6، 11 و 15 میلی‌متر به‌ترتیب در سناریوهای A1B، A2 و B1 کاهش خواهد یافت و در دوره آماری 2065-2046 میلادی در مقایسه با دوره پایه میانگین ماهانه دمای به مقدار 9/2، 69/2 و 32/2 درجه سانتی‌گراد، به‌ترتیب در سناریوهای A1B، A2 و B1 افزایش خواهد یافت. همچنین در طی این دوره، مقدار کاهش بارندگی به مقدار 18، 15 و 14میلی‌متر به‌ترتیب در سناریوهای A1B، A2 و B1 پیش‌بینی شد. نتایج شبیه‌سازی عملکرد دانه و زیست‌توده کل ارقام ذرت تحت تاثیر مدیریت‌های آبیاری با استفاده از مدل AquaCrop، نشان داد که متغیرهای آماری ریشه میانگین مربعات خطای عملکرد دانه و ماده خشک در سال‌های 1394 و 1395، به‌ترتیب 413 و 891 کیلوگرم در هکتار بود. مقدار ریشه میانگین مربعات خطای نرمال شده عملکرد دانه و ماده خشک، به‌ترتیب 11 و 10 درصد به‌دست آمد. به‌علاوه، استفاده از داده‌های هواشناسی آینده تحت سناریوهای مختلف تغییر اقلیم نشان از کاهش طول دوره رشد، عملکرد دانه و عملکرد زیست‌توده در دوره‌های 2030-2011 و 2065-2046 در سناریوهای A1B، A2 و B1 دارد. در بین ارقام مورد مطالعه در این تحقیق مشاهده شد که هیبرید سینگل کراس 704 نسبت به سایر هیبریدهای ذرت دارای کاهش رشد و عملکرد کمتری می‌باشد. بنابراین این رقم می‌تواند برای تغییر اقلیم آینده در دشت مغان مناسب باشد.

کلیدواژه‌ها

اقلیم؛ مدل AquaCrop؛ عملکرد؛ ذرت

مراجع

1. Abkar, A., Habibnajad, M., Solaimani, K., and Naghavi, H. 2013. Investigation efficiency SDSM model to simulate temperature indexes in arid and semi-arid regions. Water and Irrigation Engineer Journal 4 (14): 1-17. (in Persian).

2. Allen, R. G., Pereira, L. S., Raes, D., and Smith, M. 1998."Crop evapotranspiration. Guidelines for computing crop water requirements", Irrigation and Drainage paper no. 56. FAO, Rome, 1998.

3. Ansari, H., Khadivi, M., Salehnia, N., and Babaeian, I. 2015. Evaluation of Uncertainty LARS Model under Scenarios A1B, A2 and B1 in Precipitation and Temperature Forecast (Case Study: Mashhad Synoptic Stations). Iranian Journal of Irrigation and Drainage 4 (8): 664-672. (in Persian).

4. Ashraf, B., Alizadeh, A., Mousavi Baygi, M., and Bannayan Awal, M. 2014. Verification of Temperature and Precipitation Simulated Data by Individual and Ensemble Performance of Five AOGCM Models for North East of Iran. Journal of Water and Soil 28 (2): 253-266. (in Persian).

5. Babalola, O. S., and Akinsanola, A. A. 2016. Change Detection in Land Surface Temperature and Land Use Land Cover over Lagos Metropolis, Nigeria. Journal of Remote Sensing 5: 2-19.

6. Chen, G., Liu, H., Zhang, J., Liu, Peng, and Dong, S. 2012. Factors affecting summer maize yield under climate change in Shandong Province in the Huanghuaihai Region of China. International Journal of Biometeorology. 56: 621-629.

7. Daccache, A., Weatherhead, E. K., Stalham, M. A., and Knox, J. W. 2011. Impacts of climate change on irrigated potato production in a humid climate. Journal of Agriculture and Forest Meteorology 151(7):1641-1653.

8. Ding, D., Feng, H., Zhao, Y., Liu, W., Chen, H., and He, J. 2016. Impact assessment of climate change and later-maturing cultivars on winter wheat growth and soil water deficit on the Loess Plateau of China. Climate Change 138: 157-171.

9. Doorenbos, J., and Kassam, A. H. 1979. Yield response to water. Irrigation and Drainage paper no.33. FAO, Rome.

10. Hajarpour, A., Soltani, A., Zeinali, E., and Sayyedi, F. 2013. Simulating the impact of climate change on production of Chickpea in rainfed and irrigated condition of Kermanshah. Journal of Plant Production 20 (2): 235-252. (in Persian).

11. Hatfield, J. L., Boote, K. J., Kimball, B. A., Ziska, L. H., Izaurralde, R. C., Ort, D., Thomson A. M., and Wolfe, D. 2011. Climate Impacts on Agriculture: Implications for Crop Production. Agronomy Journal 103: 351-370.

12. Heydarinia, M., Nasery, A. A., and Borumand, S. 2012. Investigating the applicability of Aqua Crop model in plantation of sunflower irrigation in Ahvaz. Journal Mnagement System 5 (4): 37-50. (in Persian).

13. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Available online: http://ipcc.ch/publications and data/publications and data reports.shtml (accessed on 20 April 2016).

14. Jacovides, C. P., and Kontoyiannis, H. 1995. “Statistical procedures for the evaluation of Evapotranspiration computing models". Agricultural Water Management 27: 365-371.

15. Koocheki, A., and Nassiri Mahallati, M. 2016. Climate Change Effects on Agricultural Production of Iran: II. Predicting Productivity of Field Crops and Adaptation Strategies. Iranian Journal of Field Crops Research 14 (1): 1-20. (in Persian).

16. Koocheki, A., Nassiri, M. Soltani, A. Sharifi, H., and R. Ghorbani. 2006. Effects of climate change on growth criteria and yield of sunflower and chickpea crops in Iran. Journal of Climate Research 14: 247-253.

17. Lhomme, J. P., Mougou, R., and Mansour, M. 2009. Potential impact of climate change on durum wheat cropping in Tunisia. Climate Change 96 (4): 549-564.

18. Li, X., Takahashi, T., Suzuki, N., and Kaiser, H. M 2011. The impact of climate change on maize yields in the United States and China. Agricultural Systems 104: 348-353.

19. Ma, L., Ahujaa, L. R., Islamb, A. T. J., Troutc, S. A., Saseendrand, R., and Malonee, W. 2017. Modeling yield and biomass responses of maize cultivars to climate change under full and deficit irrigation. Agricultural Water Management Journal 180: 88-98.

20. Mesbahboani, A. R., and Morid, S. 2005. Climate change effects on water resources and agricultural production. Case study: Isfahan Zayandeh-Doud Basin. Iranian Water Resources Research Journal 1 (4): 40-47. (in Persian).

21. Moradi, R, Koocheki, A., and Nassiri Mahallati, M. 2013. Effect of Climate Change on Maize Production and Shifting of Planting Date as Adaptation Strategy in Mashhad. Journal of Agricultural Science and Sustainable Production 3 (4):111-131. (in Persian).

22. Nasiry, Sh., Shamsnia, A., and Aflatuni, M. 2014. Simulation of yield in wheat field using Aqua Crop model (Case study: Chaharmahal-Bakhtiari: Shahrekord, Borujen areas). 2sd National Conference on Water Crisis, Shahrekord University. April 8-9, 2014.

23. Raymond, C. L., Peterson, D. L., and Rochefort, R. M. 2014. Climate Change Vulnerability and Adaptation in the North Cascades Region, Washington; General Technical Report-Pacific Northwest Research Station; USDA Forest Service: Washington, DC, USA, 2014; pp. 1-279.

24. Richard, C., Sicher, K., and James, A. 2015. The Impact of Enhanced Atmospheric CO2 Concentrations on the Responses of Maize and Soybean to Elevated Growth Temperatures. Springer International Publishing Switzerland 2015. Food production under SRES emissions and socio-economic scenarios. Global Environment Change 14:

53-67.

25. Rootaei, M., Sohrabi, T., Massah Bavani, A., and Ahadi, M. S. 2012, “Risk Evaluation of Biomass Yield of Corn Affected by Climate Change”, Journal of Water Research in Agriculture 26 (4): 425-438. (in Persian).

26. Roustaie, M., Sohraby, T., Mesbah Boani, A., and Ahadi, M. S. 2011. Risk assessment of maize biomass yield under the influence of climate change (Case study: Pakdasht, Iran). 1st National Conference on Meteorology and Water Management. Novomber 5-6, 2011. 11 pages. (in Persian).

27. Roustaie, M., Sohraby, T., Mesbah Boani, A., and Ahadi, M. S. 2012. Risk assessment of maize biomass yield under the influence of climate change. Journal of Water Research in Agriculture 4 (26): 425-438. (in Persian).

28. Sayari, N., Alizadeh, A., Banayan, M., Farid Hoseiny, A., and Hesami Kermani, M. R. 2011. Investigation of drought trend under climate change conditions in Kashfrud basin in future periods using model of HadCM3 and two scenarios of A2 and B2. Journal of Climatology 2 (7-8): 22-42. (in Persian).

29. Soleymani Nanadegani, M., Parsinejad, M., Araghinejad, Sh., and Massah Bavani, A. 2011. Study on Climate Change Effect on Net Irrigation Requirement and Yield for Rainfed Wheat (Case Study: Behshahr). Journal of Water and Soil 25 (2): 389-397. (in Persian).

30. Soltani, A., and Gholipoor, M. 2006. Simulating the impact of climate change on growth, yield and water use of chiclpea. Journal of Agriculture Science and Nature Resources 13 (2): 1-11. (in Persian).

31. Steduto, P., Raes, D., Hsiao, T. C., Fereres, E., Heng, L., Izzi, G., and Hoogeveen, J. 2005. "AquaCrop: a new model for crop prediction under water deficit conditions". Options Mediterraneennes. 80: 202-214.

32. Steduto, P., Raes, D., Hsiao, T. C., Fereres, E., Heng, L., Izzi, G. and Hoogeveen, J. 2015. "AquaCrop: a new model for crop prediction under water deficit conditions". Options Mediterraneennes 80: 220-230.

33. Steduto, P., Raes, T., Hsiao, T. C. Fereres, E., Heng, L., Izzi, G., and Hoogeveen, J. 2009. AquaCrop: a new model for crop prediction under water deficit conditions. Options Mediterranennes 80: 285-292.

34. Tacarindua, C. R., Shiraiwa, T., Homma, K., Kumagai, E., and Sameshima, R. 2013. The effects of increased temperature on crop growth and yield of soybean grown in a temperature gradient chamber. Field Crops Research 154 (1):74-81.

35. Vatankhah Sadat, A. 2009. Feasibility regions cultivation of citrus in Prsabad Moghan. M.Sc., Thesis. Azad University, Ahar branch, 95 p.

36. Wilcox, J., and Makowski, D. 2014. A meta-analysis of the predicted effects of climate change on wheat yield using simulation studies. Field Crops Research 156 (2): 180-190.

37. Zarghami, M., Abdi, A., Babaeian, I., Hasanzadeh, Y., and Kanani, R. 2011. Impacts of climate change on runoffs in East Azerbaijan, Iran. Global and Planetary Change 78: 137-146.