مدل‌سازي توليد گياهي بر اساس عوامل آب و هوايي و شاخص‌هاي خشكسالي در مراتع منتخب استان‌هاي مركزي و قم

Modeling Plants Yield Based on Climatic Factors and Drought Indices in Selected Sites of the Provinces of Markazi and Qom in Iran

پيش‌بيني توليد گياهي و استراتژي‌هاي مديريتي مناسب نياز به شناخت عوامل آب‌ و‌ هوايي اصلي در مناطق مختلف دارد. هدف از انجام اين تحقيق مقايسه توليد علوفه در مناطق مختلف بر اساس عوامل آب و هوايي و شاخص‌هاي خشكسالي است. اين مناطق شامل دو منطقه در استان مركزي و دو منطقه در استان قم مي‌باشند. عوامل آب و هوايي مورد بررسي شامل بارندگي، دما و تبخير و تعرق و شاخص‌هاي خشكسالي شامل شاخص بارش استاندارد شده (SPI) و شاخص شناسايي خشكسالي (RDI) مي‌باشند. براي هر يك از متغيرها، سي و سه دوره‌ي زماني مختلف، شامل: دوره‌هاي يك‌ماهه تا نه‌ماهه در نظر گرفته شده‌است. با توجه به ‌تعداد زياد متغيرهاي مستقل از روش تجزيه به مولفه‌هاي اصلي (PCA) براي كاهش حجم داده‌ها استفاده شد. رابطه توليد علوفه مرتع با هريك از عوامل آب‌ و هوايي و شاخص‌هاي خشكسالي با استفاده از روش‌هاي رگرسيوني چند متغيره شامل stepwise وbestsubset مدل‌سازي شد. علاوه‌براين، رابطه توليد مرتع با همه اين عوامل به صورت يك مدل تركيبي مورد بررسي قرار گرفت. براي انتخاب مدل از معيارهاي ارزيابي خطا استفاده شد. در نهايت در مناطق رودشور، باغيك و قره‌سو به ترتيب مدل‌هايي كه بر اساس تبخير و تعرق (99/0=r Kg,7/7RMSE=)، شاخص شناسايي خشكسالي (99/0=r Kg,1/3RMSE=) و بارندگي (99/0=Kg, r0/4RMSE=) توليد را پيش‌بيني مي‌نمايند، به عنوان مدل‌ مناسب پيش‌بيني توليد علوفه مرتع در هر منطقه انتخاب شدند. ضمن آن‌كه در منطقه اراك مدلي كه تركيبي از عوامل آب ‌و هوايي (99/0=Kg, r2/0RMSE=) است، به عنوان بهترين مدل‌ انتخاب شد. به‌طور كلي ارتباط توليد مرتع با وضعيت خشكسالي بر اساس شاخص شناسايي خشكسالي قوي‌تر از ارتباط آن با بارندگي و دما است. همچنين به‌منظور برآورد توليد مرتع، شاخص شناسايي خشكسالي نسبت به شاخص بارش استاندارد شده از دقت بيشتري برخوردار است. زيرا، اين شاخص به‌طور هم‌زمان وضعيت بارندگي و تبخير و تعرق را در نظر مي‌گيرد.

Prediction of precise forage production and proper management strategies requires identifying key climatic factors in different regions. The objective of this research is to compare forage production in different region based on climatic factors and drought indices. The study sites include Arak, Roudshore, Baghic, and Gharahso in Central and Qom provinces. Climatic factors and drought indices include precipitation, temperature, evapotranspiration, standardized precipitation index (SPI), and Reconnaissance Drought Index (RDI). For each climatic variable/or indices, 33 time periods of 1, 2, 3, 4, 6, and 9-month were specified. We have used Principle Component Analysis to decline the number of variables and then, the appropriate time periods were selected. By using stepwise and best subset, the relationship between forage production and each of the climate factors and indices was modeled. To select model, assessment statistics of R, MBE, RMSE, MARE, and IPE were used. Finally, to predict forage production in Roudshore, Baghic, and Gharahso sites, models based on evapotranspiration (RMSE=7.7, r=0.99), RDI (RMSE=3.1, r=0.99) and precipitation (RMSE=4.0, r=0.99) were selected respectively. The best model was based on the combinations of climatic factors and drought indices (RMSE=0.2, r=0.99) for Arak. In general, the relation between forage production and drought condition based on RDI is stronger than its relationship with precipitation and temperature. As we have used precipitation and evapotranspiration simultaneously in RDI, so this index is more precise than SPI