مدل‌های مورد استفاده برای برنامه ریزی آبیاری و سیستم پشتیبان تصمیم
مدل‌های مورد استفاده برای برنامه ریزی آبیاری
افزایش جمعیت جهان از یک سو و کمبود منابع آب و خاک از سوی دیگر باعث تشدید مساله برآورد دقیق نیاز آبی (جهت آبیاری) و غذایی گیاهان شده است. از طرفی پیشرفت علم امکان برنامه ریزی صحیح و دقیق به منظور تامین نیاز آبی و غذایی گیاهان را فراهم کرده است. اغلب برای برآورد نیازهای گیاه از مدل ها استفاده می شود. در زیر به کاربرد برخی از این مدل ها اشاره شده است.
کراپ وات
کراپ وات (CROPWAT) یک برنامه برای ویندوز است که از روش فائو پنمن مونتیث برای محاسبه تبخیر تعرق مرجع محصول استفاده می کند. این تخمین ها در نیاز آبی گیاه و محاسبات زمان بندی آبیاری استفاده می شود. مدل از یک نوار ابزار با دسترسی ساده تشکیل شده است و در آن به طور گسترده‌ای از نمودارها استفاده شده است. نمودار داده های ورودی ( اقلیمی و الگوی کشت) و نتایج (نیاز آب گیاه، کمبود رطوبت خاک) به راحتی ترسیم و چاپ می‌شوند. امکان تعریف الگوی کشت ترکیبی با قابلیت پیشنهاد چندین محصول با تاریخ کاشت متنوع وجود دارد.
داده های ورودی به شرح زیر هستند:
- CLIMATE: دادههای ماهانه اقلیمی برای محاسبه ET۰
- ET۰: مقادیر ET۰ ماهانه در صورت موجود بودن
- RAINFALL: دادههای بارش ماهانه
- CROPS: اطلاعات الگوی کشت و اطلاعات کمکی محصول
- SOIL: اطلاعات نوع خاک
هنگامی که داده ها وارد شدند، می توان آن را در یک جدول با گزینه Tables یا در نمودار با گزینه Graphs مشاهده کرد. منوی Schedule اجازه می دهد تا چگونگی محاسبه آبیاری ها و گروه های مدیریت فایل های داده ( اقلیم، باران، محصول، خاک) مشخص گردد. کراپ وات برای ویندوز به کاربران طیف وسیعی از روش ها برای محاسبه برنامه آبیاری را ارائه می دهد. پس از تعیین معیار برنامه ریزی، تاریخ و مقدار آبیاری را تعیین می کند. یکی از ویژگی های مفید کراپ وات این است که به کاربر توانایی ورود مقدار و زمان آبیاری با گزینه User Defined irrigation را می دهد.
مدل شبیه سازی برداشت محصول
مدل شبیه سازی برداشت محصول ( CropSyst) یک مدل شبیه سازی رشد گیاه چند ساله، چند محصول، با گام زمانی روزانه است. این مدل سهم آب خاک، سهم نیتروژن خاک- گیاه، فنولوژی محصول، کنوپی و رشد ریشه، تولید زیست توده، عملکرد محصول، تولید باقی مانده، تجزیه وفرسایش خاک با آب و سرنوشت آفت کش ها را شبیه سازی می کند. گزینه های مدیریتی مدل شامل انتخاب رقم، تناوب زراعی (از جمله سال های آیش)، آبیاری، کود نیتروژن، عملیات خاکی و مدیریت پسماندها می باشند.
سهم آب در مدل شامل بارندگی، آبیاری، رواناب، برگاب، پخش آب و توزیع مجدد در پروفیل خاک، انتقال محصول و تبخیر است. مدل تبخیر تعرق بخش غالب مدل رشد محصول CropSyst است. رشد روزانه محصول به صورت افزایش حجم زیست توده در واحد سطح زمین بیان می شود. این مدل چهار عامل محدود کننده رشد محصول یعنی: آب، نیتروژن، نور و درجه حرارت را در نظر می‌گیرد.
ویژگیهای اصلی CropSyst
- اتصال نتایج شبیه سازی CropSyst با نرم افزار GIS امکان پذیر است.
- نمایش گرافیکی زمان اجرا اختیاری است.
- ارائه گزارش دادههای گرافیکی
- ویرایش فایل دادههای ورودی
- ویرایش قالب گزارش
اطلاعات فنی
رشد در کل گیاه و ارگانیسم‌ها توصیف می شود. پیوستگی سیستم به کمک روش اویلر به مراحل روزانه تبدیل می شود. کاربران می توانند روش های مختلفی را برای محاسبه توزیع مجدد آب در پروفیل خاک و تبخیر تعرق مرجع انتخاب کنند. توزیع مجدد آب در پروفیل خاک با استفاده از یک مسیر ساده یا با یک روش تفاضل محدود برای تعیین جریان آب خاک انجام می شود. CropSyst سه گزینه برای محاسبه ET مرجع ارائه می دهد. با هدف کاهش داده های ورودی اقلیمی مورد نیاز، گزینه های مدل پنمن _ مونتیث، مدل پرستلی(Preiestley) _ تیلر(Tayler) ارائه شده است که برای اجرای ساده می‌توان از مدل پرستلی _ تیلر (که تنها داده ورودی مورد نیاز آن دما است) استفاده نمود. ET محصول با استفاده از یک ضریب گیاهی در پوشش کامل و پوشش زمین تعیین شده توسط شاخص سطح برگ تعیین می شود. روش آبیاری می تواند به صورت کم آبیاری باشد.
توسعه محصول بر اساس مدت زمان مورد نیاز برای رسیدن به دمای مورد نیاز مراحل مختلف رشد شبیه سازی شده است. درجه-روز برای رشد به صورت تجمعی از زمان کاشت لحاظ می شود. انباشت درجه-روز ممکن است با تنش آبی تسریع شود. درجه-روز ممکن است با دوره نورپذیری و یا نیز خواب زمستانی ترکیب شود. با توجه به اتفاق مشترک تبادل کربن و بخار برگ ها، یک رابطه قابل قبول بین تعرق گیاه و تولید زیست توده وجود دارد. افزایش سطح برگ در طی دوره رویشی، که به عنوان سطح برگ در واحد سطح خاک (شاخص سطح برگ (LAI) بیان می‌شود، به صورت تابعی از تجمع زیست توده در سطح برگ مشخص شده و ضریب آن بصورت گام به گام محاسبه می شود. طول سطح برگ، از لحاظ درجه-روز مشخص شده و توسط تنش آب و تعیین سن گیاه مدل سازی شده است. رشد ریشه با رشد سایه انداز و تراکم ریشه (با استفاده از لایه خاک و تابع نفوذ عمق ریشه) هماهنگ است. پیش بینی عملکرد بر اساس تعیین شاخص برداشت است. اگرچه یک رویکرد مبتنی بر پیش بینی اجزای عملکرد می تواند مورد استفاده قرار گیرد اما شاخص برداشت با استفاده از پایه شاخص برداشت بدون تنش، پارامتر ورودی محصول مورد نیاز، مطابق با شدت تنش های گیاهی اصلاح شده ( آب و نیتروژن) و حساسیت در طی گلدهی و رویش بذر، تعیین می شود.
ورودی های مدل
چهار فایل داده ورودی مورد نیاز برای اجرا CropSyst شامل: مکان، خاک، محصول و فایل ها مدیریت هستند. یک “کنترل شبیه سازی” ترکیبی از فایل های ورودی برای تولید شبیه سازی خاص مورد نظر کاربر را به اجرا در می‌آورد. علاوه بر این، “کنترل کننده” روز شروع و پایان برای شبیه سازی را تعیین می کند و مقادیر تمام پارامترهای مورد نیاز را با توجه به مقداردهی اولیه تعیین می کند.
خروجی مدل
خروجی های مدل عبارتند از عملکرد (عملکرد دانه و زیست توده)، بیلان آب، بیلان نیتروژن، تولید و تجزیه بقایا و فرسایش خاک. سه نوع متغیر خروجی وجود دارد:
- متغیرهای روزانه که هر روز محاسبه می شود.
- متغییرهای یک ساله یا چندساله که یک خلاصه سالانه از مقادیر تجمع یافته در طول سال را ارائه می کند.
- متغیرهای برداشت عملکرد محصول و شرایط مربوط به محصول و خاک را در زمان برداشت در طول فصل رشد ارائه می‌کند.
گام زمانی خروجی
کاربر می تواند مقدار اطلاعاتی را که در گزارش روزانه چاپ شده است، با تعیین یک گام زمانی محدود کند.
محدودیت ها یا کمبودها
هیچ محدودیت خاصی مستند نشده است. CropSyst سال نو را اداره نمیکند. همچنین مدل در خاک های سنگین بدون ماده آلی در شرایط خشک و نیمه خشک ارزیابی نشده است.
مدل پشتیبان تصمیم
در کشورهای در حال توسعه یا توسعه یافته، اجرا آزمایشات دقیق و بلند مدت اغلب به دلیل محدودیت های مالی یا پرسنلی دشوار است. مدل های پشتیبان تصمیم می توانند اطلاعات موثری را توسط نتایج آزمایش های مزرعه ای برای طیف وسیعی از سناریوهای تولید ارائه دهند که این امر صرفه‌جویی عمده‌ای را در زمان و هزینه‌های آزمایشگاهی را به دنبال دارد. به عنوان مثال، اثرات انواع خاک و فصل ها، تولید جایگزینی با اشاره مستقیم به منابع کشاورزی، پایداری و سازگاری بلند مدت تولید، می تواند مورد بررسی قرار گیرد. با انجام اینکار، می‌توان به شناسایی شکاف های دانش، مواردی را که نتایج آزمایش‌ها ناقص هستند را تشخیص داد. این موضوع ممکن است به توصیه برای اصلاح کودهای موجود یا تولید انواع جدید آنها برای طیف وسیعی از شرایط تولید کمک کند.
DSSAT
سیستم پشتیبان تصمیم برای انتقال زراعی (DSSAT) یک سیستم پشتیبان تصمیم جامع برای ارزیابی گزینه های مدیریت کشاورزی است. این مدل به طور گسترده ای در کشورهای توسعه یافته و در حال توسعه استفاده شده است. استراتژی های مدیریت دستی مدل شامل تناوب زراعی، آبیاری، کودهای آلی است. CERES-Wheat در DSSAT می تواند روند اصلی رشد و توسعه محصول را مانند زمان بندی وقایع فنولوژیکی، توسعه کنوپی برای جداکردن تابش فعال فتوسنتزی و تجمع ماده خشک شبیه سازی کند. این مدل اجازه می دهد تا اطلاعات مربوط به ارقام وارد شود که امکان پیش بینی تغییرات ارقام در رشدشناسی گیاه، ویژگی های اجزای عملکرد و تعاملات آنها با اقلیم را فراهم می کند. زیست توده محاسبه شده بین برگ ها، ساقه ها، ریشه ها و دانه ها تقسیم می شود. نسبت تقسیم بندی شده به هر ارگانیسم، توسط مرحله توسعه و شرایط رشد تعیین می شود، زمانی که کمبودی در آب و مواد مغذی مشاهده شود، فرایند اصلاح صورت می گیرد. عملکرد یک محصول از تعداد دانه در بوته تشکیل شده است که وزن متوسط دانه در بلوغ فیزیولوژیکی را تعیین می کند. وزن دانه به عنوان تابعی از حاصلضرب نرخ رشد بهینه رقم_خاص در دوره رسیدن بذر محاسبه می‌شود.
دوره غیرحضوری نرم افزار DSSAT
APSIM
APSIM به معنای “شبیه ساز سیستم های تولید کشاورزی” است. یک چارچوب مدل سازی است که توانایی شبیه سازی سیستم های برداشت در طی دوره های زمانی متغیر با استفاده از داده های هواشناسی موجود را فراهم کند.
این مدل امکان “plug-in-pull-out”” را ایجاد می کند که به کاربران اجازه می دهد تا نمونه ها را برای مدل سازی محصولات و محیط آنها، تحت شرایط محدود، انتخاب کنند. هنگامی که نمونه های مورد نیاز انتخاب شدند، رفتار شبیه سازی از طریق معیارهای تعیین شده توسط کاربر کنترل می شود. کاربر می تواند با استفاده از گزینه ها موجود در نوار ابزار، شبیه سازی ساده‌ای را انجام دهد. برای شبیه سازی های پیچیده تر، APSFront دارای قابلیت استفاده از فایل های الگو برای تولید فایل پارامترهای مورد نیاز APSIM برای اجرای شبیه سازی است.
