تحلیل دینامیکی تأثیر مدیریت آبیاری بر دماهای آستانه‌ی خاک با مدل HYDRUS2D

Abstract

دماهای آستانه­ی خاک یکی از مهم­ترین مؤلفه­های اثرگذار بر ویژگی­های بیولوژیکی گیاهان بوده و تا حد زیادی می­تواند رشد ریشه و در پی آن، جذب آب و عناصر غذایی از خاک را متاثر سازد. از آن­جایی که رطوبتِ خاک، سهم مهمی در کنترل دمای خاک دارد، پیش­بینی آثارِ محتمل اعمال یک استراتژی معین آبیاری می­تواند امکان انتخاب شیوه­ی مناسب با هدف افزایش کارآیی مصرف آب و عناصر غذایی را فرآهم سازد. بنابراین در این پژوهش، از مدل HYDRUS-2D، برای تحلیل دینامیکی تأثیر استراتژی­های مختلف آبیاری بر تغییرات زمانی و مکانی دمای خاک و عدم­قطعیت­های حاکم در فرآیند شبیه­سازی استفاده شد. داده­های هم­زمان دمای خاک و رطوبت، در شبکه­ی منظمی از سنسورهای هوشمند IDRG SMS T-2 در محدوده­ی ریشه­ی گیاه ذرت تحت تیمارهای آبیاری کامل (FI)، کم­آبیاری معمولی (DI) و آبیاری ناقص ریشه (PRD) در فصل زراعیِ 1389جمع­آوری شد. واسنجی مدل بر اساس داده­های پیوسته قرائت شد طی 10 فرآیند آبیاری در هر تیمار و صحت­سنجی بر اساس تغییرات روزانه­ی دمای خاک صورت گرفت. در ادامه، تحلیل عدم­قطعیت مدل در شبیه­سازی دما بر اساس محاسبه­ی واریانس خطا در بعدهای مکانی و زمانی صورت گرفت. بر اساس معیارهای جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) و ضریب کارآیی مدل (EF) در مرحله­ی صحت­سنجی، مدل HYDRUS-2D با دقت بالایی قادر به شبیه­سازی دمای خاک (RMSE=0.02-0.42 ^oC, EF=0.71-0.92) بوده و کم­ترین و بیش­ترین مقدارِ میانگین RMSE در تخمین رژیم گرمایی خاک به ترتیب در تیمارهای FI و PRD بدست آمد. کم­ترین دامنه­ی عدم­قطعیت مدل در شبیه­سازی دمای خاک در تیمارهای FI، PRD و DI در محدوده­ی عمقی 80-60 سانتی­متری مشاهده شد و مقادیر خطا در این تیمارها به ترتیب در محدوده­های 2/0±6/0، 3/2±9/5 و 2±4/5- درصد قرار داشت. همچنین، بیش­ترین مقادیر آن در تیمارهای FI، PRD و DI به ترتیب در محدوده­های عمقی 40-20، 20-0 و 60-40 سانتی­متری وجود داشت و مقادیرِ آن به ترتیب معادل 5±9، 04/3±6/0- و 3/5±7/13- درصد بود. بر اساس نتایج این پژوهش، اعمال PRD می­تواند با کنترل دماهای آستانه در محدوده­ی 28-9 درجه­ی سانتی­گراد، از تعداد روزهای تنش کاسته و شرایط مطلوب­تری را برای رشد ریشه، به ویژه در محدوده­های عمقی فراتر از 40 سانتی­متری در خاک فرآهم آورد.