ارزیابی تاثیر روش‌های مختلف برآورد ETO در شبیه‌سازی تبخیروتعرق واقعی و زیست‌توده گندم با مدل آکوآکراپ

آب و خاک

مقاله 1، دوره 37، شماره 1 - شماره پیاپی 87، فروردین و اردیبهشت 1402، صفحه 1-14   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.2022.76839.1171

نویسندگان

هادی رمضانی اعتدالی^{* 1}؛ فاطمه صفری²

¹دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، قزوین

²گروه علوم و مهندسی آب دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)

چکیده

ارزیابی مدل­های گیاهی در بخش کشاورزی توسط بسیاری از پژوهشگران انجام شده است. تعیین مدل گیاهی مناسب برای برنامه­ریزی و پیش­بینی واکنش گیاهان زراعی در مناطق مختلف ضروری است. این عمل سبب می­شود با صرف هزینه و وقت کمتر بتوان اثر عوامل مختلف را بر عملکرد و کارایی مصرف آب گیاهان بررسی کرد. با توجه به اینکه معادله FAO-56 بعنوان روش مرجع برای برآورد ET در مدل AquaCrop استفاده می­شود و به دلیل تعداد ورودی زیاد استفاده از آن دشوار است. روش­های دیگری همچون روش­های دمایی و تشعشعی وجود دارد که با حداقل داده ورودی می‌توان ET را با همان میزان دقت برآورد کرد. با توجه به اهمیت این موضوع، تحقیق حاضر به منظور بررسی دقت و کارایی مدل AquaCrop در شبیه­سازی تبخیروتعرق و زیست­توده، تحت تأثیر روش­های مختلف دمایی (بلانی-کریدل و هارگریوز-سامانی) و تشعشعی (پریستلی-تیلور، مک­کینک و تورک) برآورد تبخیروتعرق مرجع در پنج ایستگاه (ارومیه، قزوین، رشت، یزد و مشهد) و چهار اقلیم (خشک، نیمه خشک، مرطوب و نیمه مرطوب) مختلف در ایران و برای گیاه گندم انجام شد. طبق نتایج، روش بلانی-کریدل با مقدار R² بیشتر از 5/0، NRMSE در محدوده 10-0 درصد (عالی) و شاخص NS نزدیک به یک (99/0) و روش تورک با مقدار R² بیشتر از 5/0، NRMSE در محدوده 50-10 درصد و شاخص NS برابر با 9/0 روش‌های مناسب برای شبیه­سازی تبخیروتعرق در تمام ایستگاه­ها بودند. در مورد شبیه­سازی زیست­توده، روش­های بلانی-کریدل و هارگریوز-سامانی با مقادیر R² برابر با 9/0، NRMSE در محدوده 10-0 درصد (عالی) و شاخص NS برابر با 99/0 بعنوان روش­های دمایی مناسب و روش­های پریستلی-تیلور، مک­کینک و تورک با آماره­های R² برابر 9/0، NRMSE در محدوده 10-0 درصد (عالی) و شاخص NS برابر با 99/0 بعنوان روش‌‌های تشعشعی مناسب انتخاب شدند. در این پژوهش دقت خوب مدل AquaCrop در شبیه­سازی تبخیروتعرق و زیست­توده با این روش­های برآورد تبخیروتعرق نسبت به سایر روش­ها نشان داده شد.

کلیدواژه‌ها

بلانی-کریدل؛ تبخیروتعرق مرجع؛ تورک؛ مدل گیاهی؛ AquaCrop

مراجع

1. Abdollahzadeh, M., Ramezani etedali, H., Ababaei, B., & Nazari, B. (2019). Estimation of actual evapotranspiration and net irrigation water requirement for strategic agricultural crop in Moghan plain using AquaCrop model. Nivar 43(104-105): 113-122. (In Persian with English abstract). https://doi.org/10.30467/nivar.2019.141476.1101.
2. Ahmadi, K., Gholizadeh, H., Ebadzadeh, H., Hosseinpour, R., Abdshah, H., Kazemian, A., & Rafiei, M. (2017). Agricultural statistics (crops). Ministry of Agriculture 1: 5-20. (In Persian)
3. Allen, R.G., Pereira, L.S., Raes, D., & Smith, M. (1998). Crop evapotranspiration. Guidelines for Computing Crop Water Requirements. Irrigation and Drainage Paper No. 56, FAO, Rome, Italy, 300 pp.
4. Alizadeh, H.A., Nazari, B., Parsinejad, M., Ramezani, H., Eetedali, H.R., & Janbaz, H.R. (2010). Evaluation of AquaCrop Model on wheat deficit irrigation in Karaj area. Iranian Journal of Irrigation and Drainage 4(2): 273-283. (In Persian with English abstract). https://doi.org/22059/ijswr.2019.267026.668022.
5. Amiri, E., Bahrani, A., Khorsand, A., & Haghjoo, M. (2015). Evaluating Aquacrop model performance to predict grain yield and wheat biomass, under water stress. Water and Soil Science (Agricultural Science), 25(4/2): 217-229. (In Persian with English abstract)
6. Asareh, A., & Davoudi, H. (2014). Evaluating the methods of estimating potential evapotranspiration in Omidiyeh Town. Journal of Water Science and Engineering 10(4): 63-74. (In Persian)
7. Babazadeh, H., & Sarai Tabrizi, M. (2012). Assessment of AquaCrop model under soybean deficit irrigation management conditions. Journal of Water and Soil 26(2): 329-339. https://doi.org/22067/jsw.v0i0.14156.
8. Bannayan, M., & Hoogenboom, G. (2009). Using pattern recognition for estimating cultivar coefficients of a crop simulation model. Field Crops Research 111: 290-302.
9. Blaney, H.F., & Criddle, W.D. (1950). Determining water requirements in irrigated areas from climatologically and irrigation data. Washington Soil Conservation Service (SCS). (Vol. 96).
10. Cobaner, M., Citakoğlu, H., Haktanir, T., & Kisi, O. (2017). Modifying Hargreaves–Samani equation with meteorological variables for estimation of reference evapotranspiration in Turkey. Hydrology Research 48(2): 480-497. https://doi.org/10.2166/nh.2016.217.
11. (1998). Crop Evapotranspiration (Guidelines for Computing Crop Water Requirements). Irrigation and Drainage Paper No.56.
12. Ghaffari, A., Ghasemi, V., & De Pauw, V. (2004). Agricultural climate zone classification with UNESCO method. Drought and Drought 12: 30-35.
13. Gassman, P.W., Reyes, M.R., Green, C.H., & Arnold, J.G. (2007). The soil and water assessment tool: historical development, applications, and future research directions. Trans. ASABE 50(4): 1211-1250.
14. Hargreaves, G.H., & Samani, Z.A. (1985). Reference crop evapotranspiration from temperature. Applied Engineering in Agriculture 1(2): 96–99.
15. Iqbal, M.A., Shen, Y., Stricevic, R., Pei, H., Sun, H., Amiri, E., Penas, A., & Rio, S. (2014). Evaluation of the FAO AquaCrop model for winter wheat on the North China Plain under deficit irrigation from field experiment to regional yield simulation. Agricultural Water Management 135: 61-72.
16. Jamieson, P.D., Porter, J.R., & Wilson, D.R. (1991). A test of computer simulation model ARG-WHEAT1 on wheat crops in New Zealand. Field Crops Research 27: 337-350.
17. Joinior, W., Loireau, M., Fargette, M., Filho, B., & Wele, A. (2017). Correlation between soil erodibility and satellite data on areas of current desertification: a case study in Senegal. Ci Trop Recife 42(2): 51-66.
18. Jorenush, M., Boroomand nasab, S., Naseri, A., Pakparvar, M., & Taghvaeian, S. (2019). AquaCrop evaluation to simulate wheat production and plantig date in Fars province. Journal of Water and Irrigation Management 9(1): 95-107. (In Persian with English abstract). https://doi.org/22059/JWIM.2019.287266.701.
19. Kahkhamoghadam, P. (2017). Evaluation of reference evapotranspiration models for warm arid climate (Case study: Zahedan station). Journal of Water and Soil Conservation 25(1): 309-317. (In Persian with English abstract). https://doi.org/10.22069/jwsc.2018.11565.2603.
20. Kumar, M., Raghuwanshi, N.S., Singh, R., Wallender, W.W., & Pruitt, W.O. (2002). Estimating evapotranspiration using artificial neural network. Journal of Irrigation and Drainage Engineering-ASCE 128(4): 224-233.
21. Kumar, P., Sarangi, A., Singh, DK., & Parihar, SS. (2014). Evaluation of AquaCrop model in predicting wheat yield and productivity under irrigated saline regimes. Irrigation and Drainage 63: 474-487. https://doi.org/1002/ird.1841.
22. Mabhaudhi, T., Modi, A.T. and Beletse, Y.G. 2014. Parameterisation and evaluation of the FAO-AquaCrop model for a South African taro (Colocasia esculenta L. Schott) landrace. Agricultural and Forest Meteorology 192-193: 132-139. https://doi.org/1016/j.agrformet.2014.03.013.
23. Makkink, F. (1957). Testing the Penman Formula by Means of Lysimeters. Journal of the Institution of Water Engineers 11(3): 277-288.
24. Naderi, N., & Alizadeh, A. (1998). Determining reference crop evapotranspiration in Mashad and comparing with empirical methods. MSc Thesis, Ferdowsi University of Mashhad. 110 pp. (In Persian)
25. Nandagiri, L., & Kovoor, G.M. (2005). Sensitivity of the food and agriculture organization Penman-Monteith evapotranspiration estimates to alternative procedures for estimation of parameters. Journal of Irrigation and Drainage Engineering 131(3): 238-248.
26. Nash, J.E., & Sutcliffe, J. (1970). River flow forecasting through conceptual models, Part 1, A discussion of principles. Journal of Hydrology 10: 282–290.
27. Oki, T., & Kanae, S. (2006). Global hydrological cycles and world water resources. Science 313(5790): 1068–1072.
28. Pashakhah, P., Pirmoradiyan, N., Khazdouz, N., & Moshfegh, M. (2014). Calibration and evaluation of three empirical methods for estimating reference evapotranspiration in deferent climates of Iran. Nivar. 38(87-86): 39-50. (In Persian with English abstract)
29. Priestley, H.B., & Taylor, R.J. (1972). On the assessment of surface heat Flux and evaporation using large scale parameters. Monthly Weather Review 100(2): 81-92.
30. Raes, D., Steduto, P., Hsiao, TC., & Freres, E. (2012). Refrence manual AquaCrop, FAo, land and water division. rome Italy.
31. Raes, D., Steduto, P., Hsiao, TC., & Freres, E. (2022). Refrence manual AquaCrop, FAo, land and water division. rome Italy.
32. Roshan, G., Khoshakhlagh, F., & Karampur, M. (2012). Assessing, modifying and synthesizing a suitable model for estimation of potential evapotranspiration in Iran. Physical Geography Research Quarterly 43(78): 49-68. (In Persian with English abstract)
33. Safari, F., Kaviani, A., Azizian Ghatar, A., & Ramezani Etedali, H. (2021). Modified the coefficients of Hargreaves-Samani, Blaney-Criddle, Priestley-Taylor, Makkink and Turk equations to estimate the evapotranspiration of the reference plant. Environment and Water Engineering. (In Persian with English abstract). https://doi.org/10.22034/jewe.2021.293310.1593.
34. Sayyadi, H., Oladghaffari, A., Faalian, A., & Sadraddini, A. (2009). Comparison of RBF and MLP neural networks performance for estimation of reference crop evapotranspiration. Water and Soil Science 19(1): 1-12. (In Persian with English abstract)
35. Tavakoli, E., Ghahraman, B., Davari, K., & Ansari, H. (2013). Estimation of reference evapotranspiration with incomplete data (a case study: North Khorasan Province). Journal of Water and Soil Science (JWSS) 17(65): 211-221. (In Persian with English abstract). https://doi.org/1001.1.24763594.1392.17.65.12.4.
36. Turc, L. (1961). Estimation of irrigation water requirements, potential evapotranspirtion: A simple climate formula evolved up to date. Annales Agronomiques 12: 13-49.
37. Vanuytrecht, E. (2014). AQUACROP: FAO crop water productivity yield response model. Environmental Modelling and Software 62: 351-360. https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2014.08.005.
38. Vicente-Serrano, S.M., Azorin-Molina, C., & Sanchez-Lorenzo, A. (2014). Sensitivity of reference evapotranspiration to changes in meteorological parameters in Spain (1961–2011). Water Resources Research 50(11): 8458–8480. https://doi.org/10.1002/ 2014WR015427.
39. Wu, D., Fang, S., & Li, X. (2019). Spatial-temporal variation in irrigation water requirement for the winter wheat summer maize rotation system since the 1980s on the North China Plain. Agricultural Water Management 214: 78–86. https://doi.org/1016/j.agwat.2019.01.004.
40. Zand-Parsa, S., Parvizi, S., Sepaskhah, A.R., & Mahbod, M. (2016). Evaluation of simulated soil water content, dry matter and grain yield of winter wheat (cv. Shiraz) using WSM and AquaCrop models. Journal of Water and Soil Science (JWSS) 20(77): 59-70. (In Persian with English abstract). https//doi.org/18869/acadpub.jstnar.20.77.59.