۲۸

۲/۹

۵/۲۰

۰/۷

۵/۳

اسفند

۴۲

۷/۱۲

۷/۲۴

۸/۶

۱/۵

فروردین

۱۵

۴/۱۸

۴/۳۲

۰/۸

۴/۸

اردیبهشت

۲

۸/۲۳

۵/۳۹

۳/۹

۴/۱۲

۳-۲-۱ معرفی مدل AquaCrop
شناخت روابط حاکم بین گیاه، خاک و محیط در هر منطقه مستلزم اجرای آزمایشات متعدد در آن منطقه است که نیازمند صرف هزینه، زمان و نیروی انسانی فراوان است. به­منظور رفع این مشکل سازمان خواروبار جهانی اخیراً یک مدل شبیه­ساز به نام AquaCrop ساخته است که به عنوان یک ابزار می ­تواند محققان و کارشناسان ذیربط را در تصمیم­سازی و تصمیم ­گیری اجرای مدیریت کم آبیاری تحت شرایط خاکی، اقلیمی و مدیریتی مختلف کمک نموده و راهبردهای مدیریت مزرعه که می­توانند بر مدیریت کم آبیاری مؤثر باشد را مورد ارزیابی قرار داده و در نهایت مدیریت بهینه کم آبیاری را متناسب با هر اقلیم تعیین ­نماید. با توجه به اینکه مدل AquaCrop یک مدل جهانی است، ارزیابی و بومی­سازی آن قبل از کاربرد ضروری است. ارزیابی این مدل مستلزم اجرای آزمایشات مزرعه­ای با سطوح مختلف آبیاری است تا با اطلاعات و داده ­های حاصل از این آزمایشات، مدل واسنجی و ارزیابی گردیده و بعد از تأیید کارکرد آن با اطمینان خاطر بتوان مدل را برای اهداف مورد نظر در مناطق مختلف اجراء و بر اساس نتایج خروجی مدل تصمیم ­گیری نمود.

در این مدل، گیاه از طریق توسعه یک سایه­انداز سبز که آب را تعرق می نماید و یک سیستم ریشه­ای که آب را جذب می­نماید رشد می­ کند. ماده خشک تولید شده متناسب با آب تعرق شده است. در یک مرحله نموی خاص، بخشی از ماده خشک تولید شده از طریق شاخص برداشت (HI) به اجزاء عملکرد تخصیص داده می­ شود. ساختار کلی AquaCrop در شکل ۳-۱۰ نشان داده شده است (ریس و همکاران، ۲۰۰۹). در طی چرخه زندگی گیاه زراعی، مقدار آب ذخیره شده در ناحیه ریشه از طریق بودجه­بندی آب ورودی (بارندگی و آبیاری) و آب خروجی (رواناب، تبخیر و تعرق، نفوذ عمقی) شبیه­سازی می­ شود. تخلیه آب در ناحیه ریشه، میزان ضرایب تنش آب (Ks) را که بر ۱- توسعه سایه­انداز سبز (CC)، ۲- هدایت روزنه­ای و تعرق در هر واحد سایه­انداز، ۳- زوال و کاهش سایه­انداز، ۴- شاخص برداشت موثر می­باشد را تعیین می­نماید. هر یک از این فرایندها نسبت به تنش آب، دارای آستانه تخلیه رطوبتی و منحنی­های (توابع) پاسخ خاص مربوط به خودشان می­باشند. بعلاوه سرعت نفوذ و توسعه ریشه تابعی از ضریب تنش هدایت روزنه­ای است. در صورتی که تنش رطوبتی حادث گردد، سایه­انداز شبیه­سازی شده کمتر از سایه انداز پتانسیل (CC_pot) تحت شرایط بدون تنش است. ضریب تعرق (Kc_tr) متناسب با سایه­انداز گیاه است و به­ طور مداوم در طی شبیه­سازی تنظیم می­گردد. ماده خشک اندامهای هوایی (B) از تعرق و کارایی آب نرمال شده (WP^*، یک پارامتر گیاهی نسبتاً ثابت است) مشتق می­ شود . در پایان چرخه زندگی گیاه، عملکرد به صورت حاصل­ضرب ماده خشک اندام­هایی (B) در شاخص برداشت تنظیم شده (HI) محاسبه می­گردد (استدیوتو و همکاران، ۲۰۰۹: ریس و همکاران، ۲۰۰۹).
معادله ۳-۲ : wp=
معادله ۳-۳: HI=
در روابط (۳-۲) و (۳-۳)، Yield و Biomass بر اساس کیلوگرم و آب مصرفی بر حسب متر مکعب است.
با واسنجی مدل برای شرایط تنش محدودیت عناصر غذایی (حاصلخیزی خاک) و تنش شوری می­توان تأثیر این تنش­ها را بر رشد و عملکرد گیاه نیز شبیه سازی نمود.

شکل ۳-۱۰ ساختار محاسباتی AquaCrop ، خطوط نقطه چین (a تا e ) نشان دهنده فرایندهایی است که تحت تاثیر تنش خشکی قرار میگیرند. CC^* پوشش سایه­انداز گیاه تعدیل شده، CC_pot پوشش پتانسیل سایه­انداز، Ks ضریب تنش (برای هر فرایند متفاوت است)،HI شاخص برداشت، Kc_tr ضریب تعرق گیاهی، WP^* کارایی مصرف آب نرمال شده برای ET₀ و غلظت CO₂ ، ET₀ تبخیر و تعرق مرجع است (ریس و همکاران، ۲۰۰۹).
۳-۲-۲ توصیف مدلAquaCrop
مدل AquaCrop نیز مانند مانند CROPWAT و Budget از معادله دورنبوس و کسام که در نشریه ۳۳ فائو برای محاسبه ضریب حساسیت کم آبی بر اساس تعیین نسبت تبخیر و تعرق (ET) و عملکرد نسبی بیان شده است استفاده می­ کند و هر سه مدل بر اساس معادله بیلان آب عمل می­ کنند (ریس و همکاران، ۲۰۰۹؛ استدیوتو و همکاران، ۲۰۰۹).
معادله ۳-۴: ) =ky(
در این معادله Y_x عملکرد حداکثر، Y_a عملکرد واقعی، ET_x تبخیر و تعرق حداکثر، Et_a تبخیر و تعرق واقعی و K_y ضریب تناسب بین کاهش عملکرد نسبی و کاهش نسبی تبخیر و تعرق است. مدل AquaCrop با تفکیک تبخیر- تعرق (ET) به تعرق از سطح گیاه (T_r) و تبخیر از سطح خاک (E) و همچنین توسعه یک مدل ساده رشد و پیری کانوپی گیاه به­عنوان پایه برآورد تعرق از سطح گیاه و تفکیک آن از تبخیر، شبیه­سازی عملکرد نهایی محصول به­عنوان تابعی از عملکرد بیولوژیک محصول (B) و شاخص برداشت (HI) و همچنین تفکیک اثر تنش آبی در چهار بخش: رشد پوشش تاجی، پیری پوشش تاجی گیاه، تعرق از سطح گیاه و شاخص برداشت محصول توسعه یافته است. با تفکیک تبخیر و تعرق به تعرق از سطح گیاه و تبخیر از سطح خاک می­توان از اثر مصرف غیر تولیدی آب از طریق تبخیر از سطح خاک به­ ویژه در شرایط پوشش گیاهی ناکامل جلوگیری کرد. تعرق روزانه با بهره گرفتن از نیاز تبخیری و غلظت CO₂ اتمسفر نرمال شده به عملکرد بیولوژیک گیاه تبدیل می­ شود و بر اساس معادله زیر قابل محاسبه است (استدیوتو و همکاران، ۲۰۰۷،۲۰۰۹).
معادله ۳-۵: ) Bi=WP×(
که در این رابطه WP^* بهره­وری آب که با نرمال کردن مناسب برای شرایط اقلیمی متفاوت مقدار آن به یک پارامتر ثابت تبدیل می­ شود، B_i (زیست توده نهایی) عملکرد بیولوژیک، T_ri تعرق روزانه و ET_oi تیخیر و تعرق روزانه است. بنابراین گام گذاشتن از معادله ۳-۴ به معادله ۳-۵ دلالت بر صحت و عمومیت مدل دارد. برتری دیگر معادله مورد استفاده در مدل AquaCrop (معادله ۳-۵) نسبت به معادله (۳-۴) این است که شبیه­سازی فرآیندهای رشد گیاه در آن با بهره گرفتن از گام­های زمانی روزانه صورت می­گیرد، در حالی­که در معادله ۳-۴ به­ صورت ماهانه یا فصلی انجام می­ شود. در تمام دوره رشد گیاه، مقدار آب ذخیره شده در ناحیه ریشه از طریق بیلان آبی جریان آب ورودی (آبیاری و بارندگی) و خروجی (رواناب، نفوذ عمقی و تبخیر و تعرق) در ناحیه ریشه شبیه­سازی می­ شود. شدت ضرایب تنش آبی (k_S) مؤثر بر توسعه پوشش تاجی (CC)، هدایت روزنه­ای تعرق (شدت تعرق در واحد CC)، پیری و کاهش پوشش تاجی و شاخص برداشت به وسیله کسر تخلیه آب در ناحیه ریشه تعیین می­ شود. به­علاوه بعضی جنبه­ های مدیریتی و عملکرد نهایی با تاکید بر آبیاری، سطوح حاصلخیزی خاک از طریق تاثیرات آنها بر توسعه رشد گیاه، بهره­وری آب و تعدیل محصول به تنش­ها بیان می­ شود. در پایان مقدار عملکرد محصول با بهره گرفتن از جرم قسمت پوشش هوایی گیاهی شبیه­سازی شده و شاخص برداشت (HI) تعدیل شده محاسبه می­گردد. در این مدل تأثیر تنش شوری و آفات و بیماری­ها لحاظ نشده است (مارینیو و همکاران، ۲۰۰۵؛ ریس ۲۰۰۲).
اگرچه مدل AcuaCrop بر مبنای فرآیندهای بیوفیزیکی پیچیده بنا نهاده شده است (استدیوتو و همکاران، ۲۰۰۹)، تعداد نسبتا کمی از پارامترهای ساده و قابل دسترس به­عنوان پارامترهای ورودی استفاده می­شوند. ورودی­های مدل شامل چهار دسته از اطلاعات یعنی: داده ­های اقلیمی، گیاهی، خاک و مدیریت مزرعه­ای هستند.
شکل ۳-۱۱ نمایش منوی اصلی مدلAquaCrop
۳-۲-۳ معرفی کلی نرم افزار ET0Calculator
کارکرد اصلی این نرم­افزار محاسبه تبخیر و تعرق مرجع بر اساس استانداردهای FAO است. خروجی­های این برنامه حاوی مقادیر تبخیر و تعرق به شکل ماهانه، ده­ روزه و یا روزانه است. سایر اطلاعات هواشناسی همراه با فایل­های خروجی این برنامه، در قالب فایل­های متنی در مدل AquaCrop مورد استفاده قرار می­گیرند. در شکل ۳-۱۲، نمایی از منوی اصلی نرم­افزار ET0Calculator مشاهده می­ شود.