ارزیابی مدل apsim-barley برای ارقام مختلف جو آبی تحت تنش آب و نیتروژن

مدل های شبیه سازی رشد گیاهان زراعی امکان مطالعه تاثیر مدیریت کشاورزی بر فعالیت های تولیدی در محیط های معین را مهیا می سازند. مدل ها مکانیستیک و فرآیندگرا می باشند که با به کارگیری زیرمدل های مختلف (زیرمدل های بیولوژیک، محیطی، مدیریتی و اقتصادی) که با موتور اصلی مدل مرتبط می شوند قادر به شبیه سازی سیستم های کشاورزی در مناطق مختلف از جمله نواحی خشک و نیمه خشک مانند ایران می باشند. مدل  apsim-barley می تواند جهت ارزیابی مدیریت در محصول جو مورد استفاده قرار گیرد. هدف این مطالعه بررسی و ارزیابی مدل apsim-barley در رابطه با شبیه سازی رشد، نمو و عملکرد سه رقم جو آذران، جلگه و بهمن، تحت شرایط مختلف فراهمی نیتروژن و آبیاری بود. به منظور ارزیابی مدل apsim-barley در راستای شبیه سازی و کمی سازی مراحل رشد فنولوژیک، زیست توده و عملکرد دانه ارقام مختلف جو از یک سری آزمایش مستقل استفاده شد. به منظور واسنجی مدل زراعی، آزمایشی به صورت اسپلیت پلات فاکتوریل در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی در مزرعه تحقیقاتی مرکز تحقیقات کشاورزی واقع در شهر همدان در سال 1398 انجام شد. در طرح مذکور سطوح مختلف آبیاری، نیتروژن و رقم مورد بررسی قرار گرفت.  فاکتور اصلی شامل سه سطح آبیاری (40-30، 70-60 و 100-90 درصد ظرفیت مزرعه) و فاکتورهای فرعی شامل سطوح رقم (آذران، جلگه و بهمن به ترتیب ارقام زودرس، متوسط رس و دیررس) و نیتروژن (سه سطح صفر، متوسط و بهینه) بودند. برای اعتبار سنجی و واسنجی مدل از یکسری مجموعه داده مستقل دیگر در سال های مختلف شامل مقالات چاپ شده و همچنین گزارش نهایی طرح های تحقیقاتی انجام شده استفاده شد. برای ارزیابی کارایی مدل زراعی و مقایسه مقدارهای شبیه سازی و اندازه گیری شده از شاخص های آماری شامل ضریب تبیین، ریشه میانگین مربعات خطا نرمال شده، شاخص توافق و میانگین انحراف خطا استفاده شد. در این تحقیق برای تمامی تجزیه های آماری و رسم شکل ها از نرم افزار  originpro استفاده شد. یافته های حاصل از شبیه سازی توسط مدل apsim-barley در مرحله واسنجی نشان داد که مقدار ریشه میانگین مربعات خطای نرمال شده در رابطه با پیش بینی مراحل  فنولوژی گیاه (روز تا گلدهی و رسیدگی فیزیولوژیک) به ترتیب برابر 43/2 و 4/2 درصد بود. همچنین دقت مدل برای شاخص سطح برگ برای ارقام آذران، جلگه و بهمن تحت شرایط تیمار مصرف کامل آب و نیتروژن به ترتیب 5/13، 1/14 و 7/10 درصد و تحت شرایط تیمار تنش شدید آب و نیتروژن به ترتیب 5/16، 6/18 و 5/26 درصد بود. در این مرحله مقادیر ریشه میانگین مربعات خطای نرمال شده و شاخص توافق برای عملکرد زیست توده و دانه برابر 9/24 درصد و 98/0و 2/15 درصد و 96/0 بود. در مرحله اعتبار سنجی مدل زراعی، مقادیر شاخص های ریشه میانگین مربعات خطای نرمال شده، شاخص توافق، ضریب تبیین و میانگین انحراف خطا به ترتیب برای عملکرد دانه 02/15درصد، 96/0، 82/0 و 34/0 تن در هکتار بود. به طور کلی نتایج نشان داد که مدل  apsim-barley قادر است رشد، نمو و عملکرد دانه ارقام مختلف جو را با دقت قابل قبولی تحت شرایط مختلف مدیریت آب و نیتروژن در سال ها و مناطق مختلف شبیه سازی کند. بنابراین مدل مذکور می تواند به عنوان ابزاری قابل اعتماد در مطالعات آینده در زمینه ارزیابی تغییر اقلیم، آنالیز خلاء عملکرد، پهنه بندی و غیره مورد استفاده قرارگیرد.

evaluating apsim-barley model for different barley cultivars under water and nitrogen stresses

introduction background: crop simulation models provide the possibility to study the effect of agronomic management practices on agricultural production activities in a given location. the models are mechanistic and process-oriented that are able to simulate different agricultural systems (including arid and semi-arid areas such as iran) through different sub-models (biological, environmental, managerial, and economic sub-models) connected with the main engine of the models. the apsim-barley model can be used to evaluate the management practices on barley crop. the current research was carried out to evaluate the apsim-barley model in relation to simulating the growth, development, and yield of three barley cultivars (azaran, jolgeh, and bahman) under different conditions of nitrogen and irrigation supplies. materials and methods in order to evaluate the apsim-barley model regarding simulating and quantifying the phenological stages, biomass, and grain yield of different barley cultivars, some independent experiment datasets were used. for crop model calibration, an experiment was conducted in a factorial split plot design at the agricultural research center of hamedan in 2019. the main factor consisted of three irrigation levels (30-40, 60-70, and 90-100% of the field capacity) and sub-factors included cultivar levels (azran, jolgeh, and bahman as early, mid, and late cultivars, respectively) and three nitrogen levels (zero, medium, and optimum). for model validation, another series of independent datasets in different years consisting of published articles and research projects were used. for assessing the efficiency of the crop model and comparing the simulated and measured values, r2, nrmse, d-index, and mbe indices were used and originpro software was considerd for all statistical analysis and drawing of figures.results and discussion the simulation results of apsim-barley model in the calibration step showed that nrmse for days to flowering and maturity was 2.43 and 2.4%, respectively.  also, under full water and nitrogen conditions, nrmse for the leaf area index of azaran, jolgeh and bahman cultivars was 13.5, 14.1, and 10.7%, respectively, and under severe water and nitrogen stresses, it was 16.5, 18.6, and 26.5% respectively. at this step, and nrmse and d-index for biomass and grain yield were 24.9% and 0.98 and 15.2% and 0.96, respectively.  in model validation step, nrmse, d-index, r2, mbe were 15.02%, 0.96, 0.82 and 0.34 t ha-1, respectively, for grain yield. conclusionin general, the results showed that the apsim-barley model was able to simulate the growth, development, and grain yield of different barley cultivars with acceptable accuracy under different water and nitrogen management conditions in different years and regions. therefore, the apsim-barley model can be used as a reliable tool in future studies such as climate change assessment, yield gap analysis, agricultural zoning, and etc. by other researchers..