ارزيابي مدل ORYZA2000 در شبيه‌سازي عملكرد و بهره‌وري توليد برنج تحت مديريت‌هاي زراعي

Evaluation of ORYZA2000 model in yield simulation and production productivity of rice under crop managements

سابقه و هدف: ايران كشوري نيمه‌خشك با ميانگين بارندگي سالانه برابر 240 ميلي‌متر و 0/57 ميليون هكتار شاليزار مي‌باشد. رشد بي‌سابقه تقاضا براي مصرف آب در بخش‌هاي صنعتي، شرب و كاهش ميزان آب قابل‌استفاده در بخش كشاورزي موجب گرديده كه استفاده از آب در توليد برنج كاهش ‌يافته و اين امر توليد برنج را تهديد مي‌كند. از مدل‌هاي شبيه‌سازي گياهان زراعي براي انجام مطالعات مختلف از جمله انتخاب گياه و رقم مناسب براي كاشت، تعيين بهترين مديريت زراعي، برآورد ظرفيت توليد منطقه‌اي مي‌توان استفاده نمود. هدف از اين پژوهش بررسي دقت ORYZA2000 در شبيه‌سازي عملكرد دانه و زيست-توده و بررسي بيلان و بهره‌وري توليد برنج تحت تيمار‌هاي آبياري و تاريخ كاشت مي‌باشد. مواد و روش‌ها: به‌منظور ارزيابي مدل ORYZA2000 و بررسي بهره‌وري توليد برنج تحت شرايط مديريت آبياري و تاريخ كاشت، آزمايشي به‌صورت كرت‌هاي خردشده با طرح پايه بلوك‌هاي كامل تصادفي در سه تكرار بر روي رقم محلي (هاشمي) در دو سال زراعي 1395 و 1396 در موسسه تحقيقات برنج ايران، رشت، انجام گرديد. دور آبياري به‌عنوان عامل اصلي در چهار سطح غرقاب دائمي شامل دور آبياري 5، 10 و 15 روز و تاريخ كاشت به‌عنوان عامل فرعي در سه سطح (اول ارديبهشت، بيستم ارديبهشت و دهم خرداد) در نظر گرفته شدند. ارزيابي مقادير شبيه‌سازي و اندازه‌گيري شده عملكرد دانه و عملكرد زيستي با استفاده از مؤلفه‌هاي ضريب تبيين، آزمون t و ريشه ميانگين مربعات خطا (RMSE) و ريشه ميانگين مربعات خطاي نرمال شده (RMSEn) انجام گرفت. در اين تحقيق معادله بيلان آب در طول فصل زراعي در نظر گرفته شد كه اجزاي آن شامل آبياري، بارندگي، تبخير واقعي، تعرق واقعي، نشت و نفوذ عمقي و تغييرات آب ذخيره شده در منطقه توسعه ريشه، مي‌باشند. مقدار آبياري براي هر كرت اندازه‌گيري شد، مقدار بارندگي نيز از ايستگاه هواشناسي رشت دريافت شد، ساير اجزاي معادله بيلان آب با استفاده از مدل ORYZA2000 محاسبه گرديد. در مدل ORYZA2000 مقدار تبخير و تعرق پتانسيل با استفاده از معادله پريستلي تيلور محاسبه شد. بهره‌وري آب بر اساس ميزان عملكرد دانه برنج به ازاي ميزان تعرق، تبخير-تعرق، آبياري و مجموع بارش و آبياري مورد بررسي قرار گرفت. يافته‌ها: بر اساس نتايج تحقيق، ريشه ميانگين مربعات خطاي نرمال شده عملكرد دانه و عملكرد زيستي به ترتيب 8 و 6 درصد تعيين گرديد. نتايج اين پژوهش نشان داد كه در بين مديريت‌هاي آبياري، با توجه به اجزاي بهره‌وري آب، دوره آبياري غرقاب از نظر تعرق و مجموع تبخير و تعرق و دور آبياري 15 روزه از نظر ميزان آب ورودي به مزرعه و ميزان آبياري، بيش-ترين بهره‌وري را داشتند. در بين تاريخ‌هاي كاشت، تاريخ كاشت بيستم ارديبهشت با دارا بودن مقدار متوسط عملكرد دانه 3871 كيلوگرم در هكتار، بيش‌ترين مقدار بهره‌وري آب مبتني بر تعرق، تبخير و تعرق و تاريخ كاشت يك ارديبهشت بهره‌وري آب بر مبناي آبياري و مجموع آبياري و بارندگي را دارا بود. در اين شرايط، تاريخ كشت يك ارديبهشت و 20 ارديبهشت به ترتيب با ميانگين 136 و 116 ميلي‌متر، بيش‌ترين و كم‌ترين ذخيره آب را داشتند. بيش‌ترين ميزان ذخيره آب طي دو سال آزمايش در دور آبياري 10 و 15 روزه (به ترتيب 145 و 143 ميلي‌متر) و كم‌ترين ذخيره در تيمار غرقاب (92 ميلي‌متر) مشاهده شد. نتيجه‌گيري: با در نظر گرفتن ميزان عملكرد شلتوك و زيست‌توده و بهره‌وري آب و ميزان مصرف آب، تيمار آبياري پنج‌روزه در تاريخ كاشت يك ارديبهشت بهترين عملكرد شلتوك و زيست‌توده را داشته است. اين تيمار با نه درصد كاهش مصرف آب و شش درصد كاهش عملكرد شلتوك، بهترين تيمار از نظر بهره‌‌وري و توليد برنج بوده است. با توجه به تحقيق حاضر مي‌توان از مدل ORYZA2000 براي پشتيباني نتايج آزمايش‌هاي تحت شرايط مديريت آبياري و تاريخ كاشت استفاده نمود.

Background and Objectives: Iran is a semi-arid region with an average annual rainfall of 240 mm and 0.57 million hectares paddy fields. The unceasing growth in demand for water in the industrial sector, drinking water and reduction in the amount of water available for agricultural sector has led to a reduction of water usage in rice, which threatens its production. Crops simulation models can be used to carry out various studies such as selection of suitable cultivar and plant, determining the best agricultural management and production capacity of the area. The purpose of this study was to investigate the ORYZA2000 accuracy in simulating grain and biomass yields, and studying water balance and productivity of rice affected by irrigation and planting dates. Materials and Methods: In order to evaluate the ORYZA2000 model and investigate the productivity of rice production under irrigation management and planting date, a split plot experiment based on a randomized complete block design with three replications was carried out on a local (Hashemi) cultivar in the years of 2016 and 2017 in the Rice Research Institute of Iran, Rasht. Irrigation interval was considered as the main factor at 4 levels including full flooding, 5, 10 and 15 days irrigation intervals, and transplanting date was assigned to subplot at three levels (April 21th, May 11th and May 31th). Evaluation of simulated and observed values of grain yield and biological yield was conducted based on coefficient of determination, T-test, root mean square error (RMSE) and normalized root mean square error (RMSEn). In this research, the water balance equation throughout the growing season was considered which its components included irrigation, rainfall, actual evaporation, actual transpiration, leakage and deep penetration, and changes in the water stored in the root development zone. Irrigation amount was measured for each plot, rainfall was also obtained from Rasht's meteorological station and other components of the water balance equation were calculated using the ORYZA2000 model. Potential evapotranspiration in ORYZA2000 model was calculated using Priestley-Taylor equation. Water productivity was investigated based on the grain yield of rice for transpiration, evapotranspiration, irrigation and total precipitation and irrigation. Results: The results of this study revealed that normalized root means square error of the grain yield and biological yield were determined 8% and 6%, respectively. Also, the results showed that among water managements, flooding irrigation and 15-day irrigation interval had the highest water productivity regarding transpiration and evapotranspiration, and the amount of input water and irrigation, respectively. Among the planting dates, the planting date of May, 11th had the highest water productivity based on transpiration, evapotranspiration and planting date of April, 21th, had the highest water productivity based on irrigation, and irrigation and rainfall. In these conditions, the planting date of April, 11th and May, 21th, with an average of 136 and 116 millimeters, had the highest and lowest water reserves, respectively. The highest amount of water saving during the two years of experiment was observed in irrigation intervals of 10 and 15 days (145 and 143 mm, respectively) and the lowest was recorded in the flood treatment (92 mm). Conclusion: By considering paddy and biomass yield of rice, water productivity and water consumption, five days irrigation treatment had the best paddy and biomass yield in April, 21st planting date. This treatment was the best treatment in terms of productivity and rice production, with 9% reduction in water use and 6% reduction in paddy yield of rice. According to the present study, the ORYZA2000 model can be used to support the results of experiments under irrigation management conditions and planting dates.