واسنجي و صحت سنجي مدل AquaCrop براي شبيه سازي عملكرد گندم بهاره تحت تنش همزمان شوري و خشكي

Calibration and Validation of AquaCrop Model for Simulation of Spring Wheat Yield under Simultaneous Salinity and Water Stress

مدل هاي شبيه سازي رشد گياه از جمله مدل AquaCrop براي پيش بيني اثرات آب و شوري بر روي عملكرد دانه، زيست توده و كارايي مصرف آب گياهان مختلفي توسعه يافته اند. اين مدل ها براي مناطق مختلف با استفاده از داده-هاي اندازه گيري شده در مزرعه واسنجي و صحت سنجي مي شوند. اين مطالعه به منظور اعتبار سنجي مدل AquaCrop تحت تنش همزمان شوري و كم آبي، در دو سال زراعي 89-1388 و 90-1389 بر روي گندم بهاره در مشهد اجرا گرديد. از داده هاي زراعي سال اول براي واسنجي مدل و داده هاي زراعي سال دوم براي صحت سنجي مدل استفاده شدند. مقادير متوسط ريشه دوم ميانگين مربعات خطاي نرمال شده (NRMSE)، حداكثر خطاي نرمال شده (NME)، شاخص سازگاري (d)، ضريب باقيمانده (CRM) و ضريب تعيين (R2) در دو حالت واسنجي و صحت سنجي (در دو سال) براي عملكرد دانه به ترتيب 3/?? درصد، 1/?? درصد، 95/?، ???/0- و 87/? و براي زيست توده به ترتيب ??/12 درصد، 46/?? درصد، 92/?، ???/0 و 77/? بدست آمد. همچنين مقادير متوسط NRMSE، ME، d و CRM براي رطوبت خاك به ترتيب 84/?? درصد، 72/?? درصد، 93/?و ???/0 و براي شوري خاك به ترتيب 25/?? درصد، 5/?? درصد، 91/?و ??/0- بدست آمد. نتايج نشان داد كه عملكرد محصول، زيست توده، كارايي مصرف آب، شاخص برداشت، رطوبت و شوري نيم رخ خاك براي گندم در شرايط شوري و كم آبي به خوبي شبيه سازي شدند هر چند كه دقت مدل در شبيه سازي شاخص برداشت و شوري نيم رخ خاك كمتر از ساير پارامترها بود. تحليل حساسيت نشان داد كه مدل نسبت به ضريب گياهي مربوط به تعرق (KC-Tr)، بهره وري آب نرمال شده (WP*)، شاخص برداشت (HIO)، رطوبت در ظرفيت زراعي، شرايط اوليه رطوبت خاك و دماي هوا حساس تر از ساير پارامترهاست. هر چند دقت پيش بيني مدل با افزايش تنش هاي شوري و خشكي كمي كاهش يافت اماAquaCrop مي تواند مدلي ارزشمند براي شبيه سازي عملكرد گندم بهاره و شبيه سازي رطوبت و شوري در منطقه مشهد باشد. زيرا مدل به پارامترهاي ورودي كم نياز دارد كه به آساني قابل دسترس هستند و يا قابل جمع آوري مي باشند.

Crop growth simulation models have been developed for predicting the effects of water and salinity on grain and biomass yields and water productivity of different crops. These models are calibrated and validated for different regions using the data generated from field. This study was carried in Mashhad for two years (2010 and 2011) in order to evaluate the AquaCrop model under simultaneous salinity and water stress. Calibration was done using the data of 2009-2010 and validation with the data of 2010-2011.Results indicated that AquaCrop successfully simulated yield, biomass, water productivity, harvest index, soil moisture and salinity profiles for spring wheat under salinity and water-limiting treatments with high accuracy, although simulation of harvest index and soil salinity profiles were less accurate. Average value of normalized root mean square error (NRMSE), maximum error (ME), index of agreement (d), coefficient of the residual mass (CRM) and coefficient of determination (R2) in both the calibration and verification were 13.3 %, 36.1 %, 0.95, -0.072, and 0.87, respectively, for grain yield, while these measures were 12.59%, 34.46%, 0.92, 0.057, and 0.77, respectively, for biomass. Also, value of NRMSE, ME, d and CRM were 11.84 %, 25.72 %, 0.93, and 0.032, respectively, for soil moisture, while these measures were 26.25%, 58.5%, 0.91 and -0.12, respectively, for soil salinity. Sensitivity analysis revealed that crop transpiration coefficient (KC-Tr), normalized crop water productivity (WP*), reference harvest index (HIO), volumetric water content at field capacity, soil water content at saturation, and air temperature were the most sensitive parameters. Although the accuracy of the model simulation decreased with increasing salinity and water stress, AquaCrop can be a valuable model for simulating spring wheat yield and soil water content and salinity in Mashhad region, because the model requires few input data which can be readily available or easily collected.