آنالیز تأثیر تنش خشکی بر عملکرد، کارایی مصرف آب و شوری ناحیه ریشه برنج

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد آبیاری و زهکشی، دانشکده مهندسی زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

2 استادیار گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

چکیده

مقدمه
مدیریت مناسب آب مهم­ترین عملیات در اراضی شالیزاری است که نقش مهمی در سودمندی سایر نهاده ­ها در کشت برنج دارد. زهکشی­ های میان ­فصل و پایان­ فصل دو عملیات مهم مدیریت آب در شالیزارها هستند به­ طوریکه اولی باعث افزایش عملکرد و دومی منجر به بهبود شرایط برداشت برنج می­شود. زهکشی زیرزمینی با فراهم کردن شرایط بهتر برای کشت زمستانه در این اراضی، می­تواند سبب تسهیل انجام عملیات­های مدیریتی مذکور در طول فصل کشت برنج شود. با این وجود، با توجه به هزینه زیاد و زمان­بر بودن آزمایش­های مزرعه­ ای، مدل­های شبیه­ سازی ابزارهای جایگزین مناسبی برای آنالیز اثرات گزینه­های مختلف مدیریت آب می­باشند. از میان مدل­های مختلف شبیه­ سازی، مدل Aquacrop مدلی است که جدیدا برای شبیه­ سازی اثرات مدیریت آبیاری توسعه یافت. این مدل در مقایسه با سایر مدل­ها، دقیق، توانمند و نیازمند داده­های کم می­باشد. برای گیاهان زراعی، مدل Aquacrop دارای مدلی از رشد است که مبتنی بر رابطه رفتار محافظتی زیست­ توده به ازای واحد تعرق گیاه می­باشد. مشخصه خاص دیگر این مدل، توصیف توسعه کانوپی به­ صورت پوشش سایه ­انداز هست تا شاخص سطح برگ. فراهانی و همکاران (Farahani et al., 2009)، با استفاده از مدل Aquacrop اثرات آبیاری کامل و کم آبیاری را بر پنبه در سوریه و اسپانیا بررسی کردند. آنها نشان دادند که، درمرحله واسنجی، پارامترهای اساسی مانند بهر ه­وری آب نرمال شده، پوشش سایه ­انداز و کل زیست­ توده باید برای شرایط مختلف اقلیمی، خاک، ارقام، روش­های آبیاری و مدیریت مزرعه مورد آزمایش قرار گیرد. در ایتالیا، گیاه آفتابگردان با استفاده از مدل­های Aquacrop، CropSyst و WOFOST ارزیابی شد. انحراف بین مقادیر مشاهده شده و شبیه­ سازی شده عملکرد دانه به ­وسیله مدل Aquacrop کمتر از میزان آن در دو مدل دیگر بود.
مواد و روش­ها
در این پژوهش، اثر تنش خشکی در شالیزارهای دارای سیستم­های زهکشی سطحی و زیرزمینی با استفاده از مدل AquaCrop ارزیابی شد. داده­ های مورد نیاز از پایلوت زهکشی زیرزمینی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری طی فصول کشت برنج در سال­های 1390 و 1391 تهیه شد. مقدار تبخیر- تعرق مرجع با استفاده از ETo calculator 3.1 محاسبه شد. مقادیر ورودی پارامترهای هواشناسی روزانه شامل حداقل و حداکثر دمای هوا، حداقل و حداکثر رطوبت نسبی، ساعات آفتابی و سرعت باد در ارتفاع دو متری از ایستگاه هواشناسی و ETo calculator   از سایت فائو تهیه شد. سیستم­های زهکشی عبارت بودند از: سه سیستم زهکشی معمولی شامل سیستم زهکشی با عمق زهکش 0/9 متر و فاصله زهکش 30 متر (D0.9L30)، سیستم زهکشی با عمق زهکش 0/65  متر و فاصله زهکش 30 متر (D0.65L30) و سیستم زهکشی با عمق زهکش 0/65 متر و فاصله زهکش 15 متر (D0.65L15)، یک سیستم زهکشی دو عمقی با فاصله زهکش 15 مترو اعماق زهکش 0/65و 0/9 متر به­ صورت یک در میان (Bilevel) و سیستم زهکشی سطحی (Control). واسنجی و صحت­سنجی مدل براساس اندازه­گیری­های مزرعه­ای انجام شد. با استفاده از مدل واسنجی شده، اثر آبیاری کامل (I1) و اعمال تنش خشکی در دوره­ های 22-16 (I2)، 29-23 (I3)، 36-30 (I4)، 43-37 (I5) و 50-44 (I6) روز بعد از نشاکاری، بر عملکرد و کارایی مصرف آب برنج و شوری ناحیه ریشه بررسی شد.
نتایج و بحث
اعمال تنش در دوره­ های I2، I5 و I6، سبب کاهش قابل‌توجه عملکرد و زیست‌توده برنج در مقایسه با I1 شد. با نزدیک شدن به مرحله خوشه­ دهی، تنش خشکی باعث کاهش بیشتر عملکرد برنج شد به‌طوری‌که متوسط کاهش عملکرد دانه برنج در اثر تنش در دوره ­های I2 تا I4، 5 درصد ولی در مراحل I5 و I6، 15 درصد بود. تنش آبیاری در دوره I2، کارایی مصرف در تیمارهای زهکشی سطحی و زیرزمینی را افزایش داد. در شرایط آبیاری کامل و زهکشی دوعمقی، مقدار آب مصرفی برابر 620/4 میلی­متر و کارایی مصرف آب برابر 0/65 کیلوگرم بر مترمکعب بود ولی در شرایط تنش خشکی در هفته سوم پس از نشا، مقدار آب مصرفی برابر 529 میلی­متر و کارایی مصرف آب برابر 0/71 کیلوگرم بر مترمکعب به دست آمد. همچنین، تنش خشکی سبب افزایش بیشتر شوری ناحیه ریشه برنج در تیمار زهکشی سطحی در مقایسه با تیمارهای زهکشی زیرزمینی شد.
نتیجه ­گیری
بر اساس نتایج، می­توان از مدل AquaCrop برای تعیین مناسب­ترین سیستم مدیریت آب‌کشت برنج از نظر میزان عملکرد محصول، کارایی مصرف آب و شوری ناحیه ریشه استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها


Alizadeh, H.A., Nazari, B., Parsinejad, M., Ramezani Eetedali, H., Janbaz, H.R., 2010. Evaluation of AquaCrop model on wheat deficit irrigation in Karaj area. Iranian Journal of Irrigation and Drainage. 2, 273-283. [In Persian with English Summary].

Andarzian, B., Bannayan, M., Steduto, P., Mazraeh, H., Barati, M.E., Barati, M.A., Rahnama, A., 2011. Validation and testing of the AquaCrop model under full and deficit irrigated wheat production in Iran. Agricultural Water Management. 100, 1-8.

Carmelita, M., Alberto, R., Wassmann, R., Hirano, T., Miyata, A., Hatano, R., Kumar, A., Padre, A., Amante, M., 2011. Comparisons of energy balance and evapotranspiration between flooded and aerobic rice fields in the Philippines. Agricultural Water Management. 98, 1417–1430.

Darzi- Naftchali, A., Mirlatifi, S.M., Shahnazari, A., Ejlali, F., 2012. Influence of surface and subsurface drainage systems on yield and yield components of rice in paddy fields. Journal of Water Research in Agriculture. 26, 61-70. [In Persian with English Summary].

Esfahani, M., 1999. Introduction to the physiology and ecology of rice. Guilan University Press, 57 p.

Farahani, H.J., Izzi, G., Oweis, T.Y., 2009. Parameterization and evaluation of the AquaCrop model for full and deficit irrigated cotton. Agronomy Journal. 101, 469–476.

Gani, A., Rahman, A., Dahono, R., Hengsdijk, H., 2001. Synopsis of water management experiments in Indonesia. Available on the Url: www.waterforfood.nl/docs/Water_less_rice/Gani_et_al.pdf

Garcia-Vila, M., Fereres, E., Mateos, L., Orgaz, F., Steduto, P., 2009. Deficit irrigation optimization of cotton with AquaCrop. Agronomy Journal. 101, 477-487.

Javaherdashti, M., Esfahani, M., 2002. Rainfed rice. Agricultural Sciences Publication, 128 pp. [In Persian].

Katoh, M., Iwata, A., Shaku, I., Nakajima, Y., Matsuya, K., Kimura, M., 2003. Impact of water percolation on nutrient leaching from an irrigated paddy field in Japan. Soil Use and Management. 19, 298-304.

Katsura, K., Nakaide, Y., 2011. Factors that determine grain weight in rice under high-yielding aerobic culture: The importance of husk size. Field Crops Research. 123, 266–272.

Owusu-Sekyere, J.D., 2005. Water table control for rice production in Ghana. Cranfield University, Silsoe College, National Soil Resources Institute. Ph.D. Thesis, 225p.

Patel, N., Kumar, P., Sing, N., 2008. Performance evaluation of AquaCrop in simulating Potato yield under varying water availability condition. Indian Agricultural Research Institute, New Delhi- 110012, India.

Pirdashti, H., Sarvestani, Z.T., Nematzadeh, G., Ismail, A., 2004. Study of water stress effects in different growth stage on yield components of different rice (Oryza sativa L.) cultivars. New directions for a diverse planet: Proceeding of 4th International Crop Science Congress Brisbane, Australia. 26 Sep. – 1 Oct. 2004.

Pirmoradian, N., Minaei, S. 2010. The use of AquaCrop model to improve the management of irrigation in paddy fields. The 3th National Conference of Irrigation and Drainage Networks, 29 February, Shahid Chamran University of Ahvaz. [In Persian].

Razavipour, T., 2005. The effect of plant density and different irrigation depths on rice yield. Rice Research Institute Publication, 59p. [In Persian].

Rezaei, M., Nahvi, M., 2007. The effect of irrigation frequency in clay soil on water use efficiency and some of the characteristics of local rice varieties in Gilan. Journal of Agricultural Science. 9, 15-25. [In Persian].

Roost, N., Molden, D., Zhu, Z., Loeve, R., 2004. Identifying Water Saving Opportunities: Examples from Three Irrigation Districts in China’s Yellow River and Yangtze Basins. International Water Management Institute, Colombo, Sri Lanka. Available on the Url: www.iwmi.cgiar.org/Assessment/files/proceedings/IWMI-PaperNRoost1.doc

Salemi, H.R., Mohd Soom, M.A., Lee, T.S., Mousavi, S.F., Ganji, A., Yusoff, M.K., 2011. Application of AquaCrop model in deficit irrigation management of winter wheat in arid region. African Journal of Agricultural Research. 610, 2204-2215.

Steduto, P., Hsiao, T.C., Raes, D., Fereres, E. 2009. AquaCrop-The FAO crop model to simulate yield response to water: I. Concepts and Underlying Principles. Agronomy Journal. 101, 426-437.

Tantawi, B.A., Ghanem, S.A., 2001. Water use efficiency in rice culture. Agricultural Research Center, Giza (Egypt). CIHM-Optin Mediterraneennes. 40, 39-45.

Todorovic M., Albrizio, R., Zivotic, L., Abi Saab, M., Stöckle, C., Steduto, P., 2009. Assessment of AquaCrop, CropSyst, and WOFOST Models in the Simulation of Sunflower Growth under Different Water Regimes. Agronomy Journal. 101, 509-521.

Winkel, A., 1989. Breeding for drought tolerance in cereals. Vertage for Pflan Zenzuchtung. 16, 357-368.