نویسنده: دکتر محمدباقر لک، وبسایت تخصصی مکانیزاسیون کشاورزی

 

مقدمه

برای تحلیل سامانه‌­های کشاورزی، اغلب از مدل­های ریاضی استفاده می­شود که این نمایش ریاضیاتی از رشد گیاه زراعی منجر به توسعه مدل رشد گیاه می‌­شود که برای پیش­بینی واکنش گیاه به محیط کاربرد دارد. این مدل­ها به طور فزاینده­‌ای برای کمک به تحقیق و توسعه کشاورزی به کار می­روند.

پیشرفت­های اخیر در زمینه پایش بی‎‌­وقفه و خودکار ویژگی­‌های گیاه زراعی (مانند عملکرد، رشد و مصرف آب) فرصتی را به‌­دست می­دهد تا وضعیت رشد گیاه به شرایط محیطی در هر زمان ارتباط داده شود. مدل­‌های رشد گیاهی بطور کلی بر دو نوع هستند: توصیفی[1] (تجربی[2] یا رگرسیونی[3])  و توضیحی[4] (ساختارگرا[5] یا فرآیندگرا[6]).

مدل­های توصیفی رفتار سامانه را به روشی ساده شبیه‌­سازی می­کنند.

در مدل­های توصیفی از داده‌­های آزمایشی برای یافتن یک یا چند معادله ریاضی استفاده می­شود. این مدل­ها نیازمند مقدار زیادی داده هستند و فقط می­توانند رفتار سامانه را در محدوده داد‌ه‌­برداری شده توصیف کنند. مدل­هاي توصیفي تنها تصویري از شرایط  حال را ارائه مي­كنند و پیشگویي یا توصیه نمي­كنند و اطلاعاتی در اختیار نمی­گذارند که سازوکار بروز نتیجه را تشریح کند.

مدل­های فرآیندگرا سازوکارها و فرآیندهای هدایت کننده رفتار سامانه را  بطور کمّی توصیف می­کنند. به­‌منظور ایجاد مدل فرآیندگرا، سامانه تحلیل شده، فرآیندها و سازوکارهای آن به‌­طور مجزا کمّی می‌­شوند و سپس با تلفیق آن­ها، مدل سامانه مربوطه ارائه می­شود. پیش‌­بینی و تخمین اثر تنش از ویژگی‌های این مدل­ها می­باشد.

یک مدل فرآیند گرای رشد گیاه، متغیرهای سرعت[7] (آهنگ فتوسنتز، آهنگ گسترش مساحت برگ، و غیره) و متغیرهای وضعیت[8] (زیست توده گیاه، عملکرد و غیره) را محاسبه می­کند و فرآیندها به‌­صورت تابعی از عوامل محیطی، مانند تابش نور و دمای محیط کمّی می­شوند. در این روش، می­توان سرعت رشد را در هر مرحله از نمو گیاه در طول فصل رشد، بر اساس وضعیت گیاه زراعی، خاک و آب و هوا محاسبه کرد.

از مدل­های رشد گیاه زراعی می­توان در امور پژوهشی و کاربردی مانند برآورد عملکرد، برنامه‌­ریزی برای کشاورزی، مدیریت مزرعه، اقلیم­‌شناسی و هواشناسی کشاورزی بهره گرفت. درک عوامل مؤثر بر مدل ضروری هستند. در این میان، عوامل آب و هوا تعیین‌­کننده رشد بالقوه گیاه هستند؛ بطوری­که انحراف آن­ها از مقدار مطلوب سبب کاهش عملکرد می­شود. تابش خورشیدی انرژی را برای فتوسنتز و تعرق گیاه فراهم می­کند و یکی از عوامل هواشناختی تعیین کننده عملکرد بالقوه می­باشد.

مدل­های رشد گیاه بطور روزافزونی در تحلیل سامانه­‌های کشاورزی ب­کار گرفته می­شوند و با بهره­‌گیری از معادلات ریاضیاتی، واکنش گیاه به عوامل رشد را شبیه­‌سازی می­کنند. بمنظور پایش اثر آب و هوا بر رشد گیاه زراعی و پیش­‌بینی عملکرد، در مقیاس منطقه‌­ای یا قاره‌­ای از مدل­های شبیه‌­ساز متنوعی استفاده می­شود که در ادامه به برخی اشاره می­شود.

 

مدل رشد AquaCrop

آکواکراپ (AquaCrop) مدلی است ساختارگرا، ساده، دقیق و قوی که کاربری آن آسان بوده و با تعداد کمی پارامتر قابل اجرا است. این مدل، رشد و نمو پوشش سبز تاج، تعرق گیاه، زیست‌­توده بالای خاک و متغیرهای عملکرد محصول را بعنوان توابعی از آب در دسترس و مصرفی، پارامترهای مدیریتی، فیزیولوژی گیاه، آب آبیاری و ویژگی­های خاک شبیه­‌سازی می­کند. این مدل تعادل میان آب و خاک را شبیه‌­سازی کرده و فرآیندهای مربوط به رشد گیاه زراعی را بصورت تابعی از گیاه، خاک، آب و هوا و نحوه مدیریت بعنوان متغیرهای ورودی ب­صورت روزانه شبیه­‌سازی می­کند.

از مدل AquaCrop می­توان برای برنامه­‌ریزی آبیاری نیز بهره جست. در پژوهش­های متعدد، از مدل AquaCrop برای شبیه­‌سازی موارد مختلف بهره‌­گیری شده است، از جمله: عملکرد و مصرف آب در گیاه کلم، پیش­‌بینی اثر تیمار آب و نیتروژن بر عملکرد ذرت، پیش­‌بینی اثر سطوح مختلف آبیاری بر عملکرد زعفران، مدیریت آب و نیتروژن بر عملکرد برنج، برنامه‌ریزی آبیاری آفتابگردان، اثر آبیاری بر عملکرد گندم و سویا و تعیین عمق آبیاری برای گندم و گوجه­‌فرنگی در مزرعه.

 

مدل‌های دیگر

در مدل مطالعات غذای جهان (WOFOST[9])، مقدار CO2 وارده و جذب شده بعنوان فرآیندهای حاکم بر رشد گیاه منظور می‌شوند و رشد گیاه با استفاده از نمو فنولوژیکی بعنوان فرایند کنترل رشد تشریح می­شود. روش‌های استفاده از این شیوه عبارتند از: (1) حالت بالقوه که هیچ عامل محدودکننده رشدی منظور نشده و رشد گیاه کاملاً تحت کنترل دما و تابش خورشید است؛ (2) حالت محدودیت آبی که آب در دسترس گیاه به اندازه کافی نیست و بغیر از آب هیچ محدودیت دیگری اعمال نمی‌شود؛ (3) حالتی که مواد مغذی محدود هستند. این مدل می­تواند آهنگ رشد روزانه گیاه را با در نظر گرفتن شرایط اقلیمی (تابش خورشیدی، دما، رطوبت نسبی، سرعت باد و بارش)، ویژگی­های خاک (عمق خاک، ظرفیت نگهداری و نفوذ آب) و ویژگی­های گیاه (طول دوره رشد، ویژگی­های فتوسنتزی و توزیع ماده خشک) شبیه‌سازی کند. مدل خاک-آب-جو-گیاه (SWAP[10]) یک مدل مفصل است که از WOFOST اقتباس شده است.

 

 

در مدل CROPGRO فتوسنتز تاج‌پوشش بطور ساعتی با محاسبات جذب نور در گیاه و پارامترهای فتوسنتزی سطح برگ مدل­سازی می­شود. این مدل فرآیندگرا تعادل کربن در گیاه، نیتروژن در گیاه و خاک و تعادل آب  در خاک را در نظر می­گیرد. مقادیر، توده­‌ها و تعداد بافت­ها در این روش متغیرهای ثابت هستند. در حالی­که  آهنگ ورودی­ها، تبدیلات و تلفات از متغیر ثابت، متغیر­های وابسته هستند.

سامانه تصمیم ساز برای تبدیل فناوری کشاورزی (DSSAT[11]) مجموعه‌­ای است از نرم‌­افزارهای مستقل که آب و هوا، خاک، شرایط آزمایش و مقادیر و اطلاعات ژنوتیپ برای بکارگیری مدل­ها برای موقعیت­های مختلف را تشریح می­کنند. این مدل تابش خورشیدی، دما و بارش را بعنوان ورودی در نظر می‌گیرد و در برنامه‌ریزی برای کاربری اراضی به کار گرفته می‌شود. یکی از مزایای DSSAT مدل کردن تعامل گیاه و نیتروژن است. در یک مطالعه موردی، از این مدل رشد برای پیش­‌بینی رشد و عملکرد ژنوتیپ گندم در الجزایر استفاده شد. از این مدل بطور وسیعی در شرایط متنوع و اهداف مختلف در جهان بعنوان یک ابزار کمک مدیریتی استفاده شده است.

 

مطالب مرتبط:

به‌کارگیری مدل‌های رشد گیاهی در کشاورزی دقیق

پایش محصول

طراحی مدل پویای تصمیم‌گیری تغییر کاربری زمین‌های کشاورزی کشور در جهت مدیریت منابع تولید

کشاورزی دقیق

کشاورزی دقیق و سنجش از دور

زمين شناسي کشاورزی

مهندسی گلخانه

برآورد کمینه سطح اقتصادی برای پیاده سازی کشاورزی دقیق در مزارع گندم و جو (مطالعه موردی: استان همدان)



[1] - Descriptive model
[2] - Empirical
[3] - Regression
[4] - Explanatory model
[5] - Mechanistic
[6] - Process-based
[7] - Rate variables
[8] - State variables
[9] - WOrld FOod STudies (WOFOST)
[10] - Soil–Water–Atmosphere–Plant (SWAP)
[11] - Decision-Support System for Agrotechnology Transfer (DSSAT)

ورود به سايت

درگاه پرداخت دستی وب سایت



معرفی

مکانیزاسیون کشاورزی بعنوان یک وبسایت کاملاً تخصصی در زمینه‌های مرتبط با مهندسی بیوسیستم و مکانیزاسیون کشاورزی همواره کوشیده است تا با جمع‌آوری و ارائه آخرین اخبار و مطالب مفید برای مختصصین و علاقمندان، موجبات دانش‌افزایی در این زمینه تخصصی را فراهم آورد.

«تمامي كالاها و خدمات اين وب سایت حسب مورد داراي مجوزهاي لازم از مراجع مربوطه مي‌باشند و فعاليت‌هاي اين سايت تابع قوانين و مقررات جمهوري اسلامي ايران است.»

«قیمتی که در هنگام سفارش مشتري در پیش‌­فاکتور منظور گرديده است، معتبر مي‌باشد».

نماد

logo-samandehi