ارزيابي مدلي براي شبيه سازي رشد و نمو گندم (Triticum aestivum L.) تحت شرايط تنش خشكي

Evaluation of a Model to Simulate Wheat Growth and Development under Drought Stress Conditions

مدلسازی یكی از ابزارهای تجزیه و تحلیل كمّی سیستم‌های بیولوژیك است كه كمك زیادی در شناخت اساس فیزیولوژیكی رشد و نمو گیاهان زراعی به ویژه تحت شرایط محدودیت عوامل موثر بر رشد از جمله آب می¬كند. در این مطالعه ابتدا مدلی با تكیه بر روش پنمن-مونتیث فائو جهت شبیه¬سازی تبخیر و تعرق و سایر اجزای موازنة آب خاك ساخته شد و این مدل با مدل رشد گندم، كه با استفاده از مدل¬های پایة SUCROS و LINTUL ساخته شد تلفیق گردید. سپس آزمایشی مزرعه¬ای در سال زراعی 90-1389 جهت تعیین اعتبار مدل در مزرعه تحقیقاتی دانشكده كشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد به اجرا در آمد. آزمایش در قالب طرح كرت¬های خرد شده با سه تكرار اجرا شد. برای كرت¬های اصلی 5 تیمار آبیاری شامل آبیاری به میزان نیاز كامل آبیاری گیاه (FI)، بدون آبیاری در فصل بهار (NI)، آبیاری به میزان 75درصد نیاز آبی گیاه (FI 75درصد)، آبیاری به میزان 50 درصد نیاز آبی گیاه (FI 50درصد) و آبیاری به میزان 25درصد نیاز آبی گیاه (FI 25درصد) در نظر گرفته شد و كرت¬های فرعی شامل ارقام مقاوم (پیشگام، یك رقم ریشك‌دار) و حساس (گاسكوژن، بدون ریشك) به خشكی گندم بودند. نیاز آبی گیاه بر اساس روش پنمن-مونتیث فائو محاسبه شد. سپس نتایج شبیه¬سازی با دو روش برازش رگرسیون خطی بین مشاهدات و داده¬های شبیه¬سازی شده و مقایسه آن با خط 1:1 و همچنین روش جذر میانگین مربعات خطا RMSE%)) تعیین اعتبار گردید. نتایج نشان داد كه مدل روند شاخص سطح برگ رقم حساس را در شرایط بدون تنش (تیمار FI) عالی شبیه¬سازی كرد اما در شرایط تنش شدید (تیمارهای NI و FI25درصد) دقت شبیه¬سازی متوسط ارزیابی شد. در سایر سطوح آبیاری نیز دقت شبیه¬سازی برای رقم حساس خوب بود. شبیه¬سازی روند شاخص سطح برگ رقم مقاوم نیز در تمام سطوح آبیاری در درجه كیفی خوب قرار گرفت. همچنین توانایی مدل از نظر شبیه¬سازی حداكثر میزان شاخص سطح برگ (LAImax) و روز رسیدن به آن در هر دو رقم عالی ارزیابی شد. مدل تولید ماده خشك رقم حساس را فقط در تیمار FI عالی شبیه¬سازی كرد و در سایر تیمارها دقت شبیه¬سازی برای رقم حساس خوب بود. اما قدرت مدل در شبیه¬سازی تولید ماده خشك رقم مقاوم در تمام سطوح آبیاری عالی به دست آمد. همچنین قدرت مدل در شبیه¬سازی عملكرد هر دو رقم عالی ارزیابی شد. مدل عملكرد تیمارهای NI، FI 25%، FI 50%، FI 75% و FI را به ترتیب 1285، 3031، 4697، 6137 و 7649 كیلوگرم در هكتار شبیه¬سازی كرد. در شرایط آزمایشی نیز عملكرد رقم گاسكوژن در سطوح آبیاری مذكور به ترتیب 1615، 2954، 4483، 5952 و 8132 كیلوگرم و برای رقم پیشگام به ترتیب 1758، 3652، 5071، 6064 و 7548 كیلوگرم در هكتار بدست آمد. در مجموع نتایج حاكی از كارآمدی مدل ارائه شده در پیش¬بینی تغییرات رشد و نمو گندم تحت مقادیر متفاوت فراهمی آب می¬باشد. اما جهت حصول نتایج بهتر مدل موجود باید با آزمایشات گوناگون تعیین اعتبار گردد.

Modeling is one of the best tools for quantitative analyzing of biological systems that is helpful for understanding physiological basis of crops growth and development especially under limited water. In this study, a model was developed based on FAO Penman-Monteith model to simulate soil water balance (SWB) components and linked with wheat growth and development model, which was developed based on basic models SUCROS and LINTUL. A field experiment was conducted in order to presented model validation in 2010-2011 at the Ferdowsi University of Mashhad Research Field. Experimental design was split plots with 5 irrigation treatments (main plot), 2 cultivars (sub plot), and 3 replications. Irrigation treatments included irrigation based on full water requirement (FI), without irrigation during spring (NI), irrigation at the rate of 75% of water requirement (75% FI), irrigation at the rate of 50% of water requirement (50% FI) and irrigation at the rate of 25% of water requirement (25% FI) and subplots also included Pishgam (drought-resistant) and Gascogne (drought-susceptible) wheat cultivars. Then simulated results was validated with two methods: fitted linear regression between observed and simulated data and compare with 1:1 line and Root Mean Square Error in percent (RMSE %). The result of LAI-trend simulation was excellent for susceptible cultivar in non-stress condition (FI treatment) and medium for drastic stress condition (NI and 25%FI treatments). The simulation accuracy was good for other treatments. The LAI-trend simulation for resistant variety was good in all treatments. The model accuracy in maximum Leaf Area Index (LAImax) simulations and its day ripening was excellent for both varieties. Dry matter production of susceptible cultivar was simulated excellent only in FI treatment and good for other treatments. But the model accuracy was gained excellent for resistant variety in all treatments. The model accuracy in yield simulations also was excellent for both varieties. The simulated yield for NI, 25%FI, 50%FI, 75%FI and FI treatments was 1285, 3031, 4697, 6137 and 7649 kg.ha-1, respectively. The actual yield of Gascogne variety for the mentioned treatments was 1615, 2954, 4483, 5952 and 8132 kg.ha-1, and for Pishgam variety was 1758, 3652, 5071, 6064 and 7548 kg.ha-1, respectively. Overall, the results suggesting the effectiveness of presented model to predict wheat growth and development variation under different water supplies but should be revalidated with various experiments to reach better results.