شبیه‌سازی رطوبت و نیترات خاک تحت مدیریت‌های مختلف کود برای گیاه فلفل در اصفهان توسط مدل Eu-Rotate-N

آب و خاک

مقاله 2، دوره 31، شماره 1 - شماره پیاپی 51، فروردین 1396، صفحه 263-276   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.v31i1.50834

نویسندگان

فروغ فاضل^{* 1}؛ ناصر گنجی خرم دل²؛ مهدی قیصری³

¹دانشـگاه اراک

²دانشگاه اراک

³دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

رشد جمعیت جهان، محدودیت منابع آب و نیاز به تولید محصول بیشتر، به تمایل کشاورزان در مصرف کودهای نیتروژنی بیش از نیاز گیاه و به دنبال آن آبشویی نیترات اضافه به آب های زیرزمینی و آلودگی زیست محیطی منجر شده است. به همین دلیل ارزیابی مدل های جدید با کاربری آسان در برآورد صحیح از توزیع رطوبت و نیتروژن و شناسایی حرکت آب و املاح در خاک منطقه و انتخاب بهترین گزینه مدیریتی با دقت بالا ضروری است. این پژوهش با هدف اعتبارسنجی مدل Eu-Rrotae-N دربرآورد توزیع رطوبت و نیتروژن و شاخص‌های عملکرد گیاه فلفل تحت مدیریت های مختلف کود نیتروژن انجام شد. تیمارهای آزمایشی شامل سه سطح کودی صفر (N0)، نسبت نیترات به آمونیوم 20:80 (N2) و 40:60 (N3) بود که در طرح آماری بلوک های کامل تصادفی در سه تکرار در اصفهان اجرا شد. آبیاری با پایش روزانه رطوبت و به میزان کمبود رطوبت از ظرفیت مزرعه انجام گرفت. عملکرد گیاه فلفل، رطوبت و نیتروژن خاک در طول دوره رشد اندازه گیری شدند. ارزیابی کارایی مدل با استفاده از چهار شاخص ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، ریشه میانگین مربعات خطای نرمال شده (NRMSE)، ضریب تبیین (r2) و شاخص توافق ویلموت (d) انجام شد. عملکرد گیاه با اختلاف قابل قبولی کمتر از میزان واقعی برآورد شد. برای نیترات و رطوبت خاک، NRMSE به ترتیب برابر 45/11و 08/12، RMSE 89/0 و 022/0، r2 998/0 و996/0 و d برابر با 665/0و66/0 بود. میزان NRMSE کمتر از 20 درصد گویای کارایی خوب مدل و r2 بیشتر از 90 درصد نشان دهنده روند شبیه‌سازی بسیار مناسب مدل بود. همچنین RMSE و d در محدوده قابل قبول قرار داشتند. با توجه به این که نتایج ارزیابی نشان دهنده کارایی مناسب مدل Eu-Rotate-N در شبیه سازی رطوبت، نیترات و عملکرد گیاه بود. پس می توان از این مدل برای شبیه سازی در بهینه‌سازی مدیریت آب و نیتروژن در مزرعه در شرایط گرم و خشک اصفهان استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها

آلودگی نیترات؛ کود آبیاری؛ فلفل شیرین؛ توزیع رطوبت خاک

مراجع

1- Allen R.G., Pereira L.S., Raes D., and Smith M. 1998. Crop evapotranspiration-guidelines for computing crop water requirements. Irrigation and drainage paper 56, Rome, Italy. 300 p.

2- Azhdary Kh. 2008. Simulation of Water Movement in Soil in Drip Irrigation System in Different Types of Soils. Agricultural Biotechnology, Issue 1. (in Persian with English abstract).

3- Brisson N., Gary C., Justes E., Roche R., Mary B., Ripoche D., Zimmer D., Sierra J., Bertuzzi P., Burger P., Bussiere F., Cabidoche Y.M., Cellier P., Debaeke P., Gaudillere J.P., Henault C., Maraux F., Seguin B., and Sinoquet H. 2003. An overview of the crop model STICS. European Journal of Agronomy, 18:309–332.

4- Brisson N., Mary B., Ripoche D., Jeuffroy M.H., Ruget F., Nicoullaud B., Gate P., Devienne-Barret F., Antonioletti R., Durr C., Richard G., Beaudoin N., Recous S., Tayot X., Plenet D., Cellier P., Machet J.M., Meynard J.M., and Delecolle R. 1998. STICS: a generic model for the simulation of crops and their water and nitrogen balances. I. Theory and parameterization applied to wheat and corn. Agronomie, 18, 311–346.

5- Burns I.G. 1974. A model for predicting the redistribution of salts applied to fallow soils after excess rainfall or evapotranspiration. European Journal of Soil Science, 25:165–178.

6- Casero T., Benavides A., Pay J., and Recasens I. 2004. Relationship between leaf and fruit nutrients and fruit quality attributes in Golden Smoothee using multivariate regression techniques. Journal of Plant Nutrition, 27: 313-324.

7- Cote C.M., Bristow K.L., Charleworth P.B., and Cook F.J. 2003. Analysis of soil wetting and solute transport in sub-surface trickle irrigation. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 22(3-4):143-156.

8- Doltra J., and Mu˜noz P. 2010. Simulation of nitrogen leaching from a fertigated crop rotation in a Mediterranean climate using the EU-Rotate N and HYDRUS-2D models. Agricultural Water Management Journal, 97:277–285.

9- Doltra J., Mu˜noz P., and Anton A. 2010. Soil and plant nitrogen dynamics of a tomato crop under different fertilization strategies. Acta Horticulturae, 852:207–214.

10- Fallahi E. and Simons B.R. 1996. Interrelations among leaf and fruit mineral nutrients and fruit quality in‘‘Delicious’’ apples. Journal of Tree Fruit Production, 1:15–25.

11- Guo R., Nendel C., Rahn C., Jiang C., and Chen Q. 2010. Tracking nitrogen losses in a greenhouse crop rotation experiment in North China using the EU-Rotate N simulation model. Environmental Pollution Journal, 158:2218–2229.

12- Hansen S., Jensen H. E., Nielsen N. E., and Svendsen H. 1991. Simulation of nitrogen dynamics and biomass production in winter-wheat using the Danish simulation-model DAISY. Fertilizer Research, 27:245–259.

13- Jackson L.E. 2000. Fates and losses of nitrogen from a nitrogen-15-labeled cover crop in an intensively managed vegetable system. Soil Science Society of America Journal, 64:1404–1412.

14- karimi z. 2008. Study the effect of mulch on drought tolerance and other quantitative and qualitative characteristics on sweet pepper varieties. msc Dissertation, Ferdowsi University of Mashhad.

15- Keller J., and Bliesner R.D. 1990. Sprinkle and Trickle Irrigation. Published by Van Nostrand Reinhold New York, p:643.

16- Khorami M., Alizadeh A., and Ansari H. 2013. Simulation of Water Movement and Moisture Redistribution under Drip Irrigation Systems Using Hydrus 2D/3D. Journal of Water and Soil, 27(4):692-702.(in Persian with English abstract).

17- Lidon A., Lado L., Berbegall F., and Ramos C. 2011. Influencia de calibracion de los parametros hidraulicos del modelo EU-Rotate N en el balance de N en el cultivo de col china. Actas de Horticultura, 61:52–58 (in Spanish).

18- Malekian R., and Gheisari M. 2012 . Sensitivity analysis of CSM-CERES-MAIZE to field capacity in simulation of nitrogen fate. Journal of water and soil resources conservation, 1(2):1-14. (in Persian with English abstract).

19- Meshkat M., Warner R.C., and Workman S.R. 1999. Modeling of evaporation reduction in drip irrigation system. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 125(6): 315-323.

20- Nangia V., Gowda P.H., Mulla D.J., and Sands G.R. 2008. Water quality modeling of fertilizer management impacts on nitrate losses in tile drains at the field scale. Journal of Environment Quality, 37:296–307.

21- Nendel C. 2009. Evaluation of best management practices for N fertilisation in regional field vegetable production with a small-scale simulation model. European Journal of Agronomy, 30(2):110-118.

22- Nendel C., Venezia A., Piro F., Ren T., Lillywhite R.D., and Rahn C.R. 2013. The performance of the EU-Rotate N model in predicting the growth and nitrogen uptake of rotations of field vegetable crops in a Mediterranean environment. The Journal of Agricultural Science, 151:538–555.

23- NRCS. 2004. Estimation of direct runoff from storm rainfall. In:National Engineering Handbook, Part 630,Hydrology, USDA.

24- Olasolo L., Vazquez M., Suso A., and Pardo A. 2011. Evaluacion del modelo EU-Rotate N en cultivo de patata. Actas de Horticultura, 61:52–58 (in Spanish).

25- Rahn C.R., Zhang K., Lillywhite R.D., Ramos C., De Paz J.M., Doltra J., Riley H., Fink M., Nendel C., Thorup-Kristensen K., Pedersen A., Piro F., Venezia A., Firth C., Schmutz U., Rayns F., and Strohmeyer K. 2010. A European Decision Support System, EU-Rotate_N to predict environmental and economic consequences of the management of nitrogen fertilizer in crop rotations. European Journal of Horticultural Science, 75(1): 20-32.

26- Ritchie J.T. 1998. Soil water balance and plant water stress. In: Tsuji G., Hoogenboom G., Thornton P. (Eds.) Understanding Options for Agricultural Production. Kluwer Academic Publishers. Dordrecht, p. 41–54.

27- Sadeghi A.M., Mcinnes K.J., Kissel D.E., Cabrera M.L., Koelliker J.K., and Kanemasu E.T. 1988. Mechanistic model for predicting ammonia volatilization from urea. In: Bock B.R., Kissel, D.E. (Eds.). Ammonia Volatilization from Urea Fertilizers. National Fertilizer Development Centre, Tennessee Valley Authority, Muscle Shoals, Alabama, p. 67–92.

28- Savage M.J. 1993. Statistical aspects of model validation. Presented at a workshop on the field water balance in the modeling of cropping systems, University of Pretoria, South Africa.

29- Schmitz GH., Shutze N., and Petersohn U. 2002. New strategy for optimizing water application under trickle irrigation. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 128(5): 287-297.

30- Seifi s. 2010. Study the Effects of plant density and pruning on yield and plant growth in two varieties of greenhouse bell pepper. MSc Dissertation, Ferdowsi University of Mashhad.

31- Shaffer M.J., Halvorson A.D., and Pierce F.J., 1991. Nitrate Leaching and Economic Analysis Package (NLEAP): model description and application. In: Follett, R.F., Keeney, D.R., Cruse, R.M. (Eds.), Managing nitrogen for Groundwater Quality and Farm Profitability. Soil Science Society of America, Madison, WI, USA, pp. 285–322.

32- Simunek J., Van Genuckten M.Th., and Sejna M. 2006. The HYDRUS Software Package for Simulating the Two- and Three-Dimensional Movement of Water, Heat, and Multiple Solutes in Variably – Saturated Media. Technical Manual.

33- Skaggs T.H., Trout T.J., Simunek J., and Shouse P.J. 2004. Comparison of HYDRUS-2D simulations of drip irrigation with experimental observations. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 30: 304–310.

34- Soler C.M.T., Sentelhas P.C., and Hoogenboom G. 2007. Application of the CSM-CERES-Maize model for planting date evaluation and yield forecasting for maize grown off-season in a subtropical environment. European Journal Agronomy, 27: 165-177.

35- Soto F., Gallardob M., Gimenezc C., Pe˜na-Fleitasb T., and Thompsonb R.B. 2014. Simulation of tomato growth, water and N dynamics using the EU-Rotate N model in Mediterranean greenhouses with drip irrigation and fertigation. Agricultural Water Management, 132:46–59.

36- Stöckle C.O., Donatelli M., and Nelson R., 2003. CropSyst, a cropping system simulation model. Eur. J. Agron, 18: 289–307.

37- Sun Y., Hua K., Zhangb K., Jiangc L., and Xuc Y. 2012. Simulation of nitrogen fate for greenhouse cucumber grown under different water and fertilizer management using the EU-Rotate N model. Agricultural Water Management, 112:21– 32.

38- Sфgaard H.T., Sommer S.G., Hutching H.J., Huijsmans J.F.M., Bussink D.W., and Nicholson F. 2002. Ammonia wolatilization from field-applied animal slurry-the ALFAM model. Atmospheric Environment, 36:3309–3319.

39- Tognoni F., Pardossi A., and Serra G. 1999. Strategies to match greenhouses to crop production. Acta Horticulturae, 481:451–461.

40- Willmott C.J. 1982. Some comments on the evaluation of model performance. Bulletin of the American Meteorological Society, 63(11):1309–1313.

41- Yang D.J., Zhang T.Q., Zhang K.F., Greenwood D.J., Hammond J.P., and White P.J. 2009. An easily implemented agro-hydrological procedure with dynamic root simulation for water transfer in the crop-soil system: Validation and application. Journal of Hydrology, 370:177-190.