25354

تاثيرات تغيير اقليم بر روي برنامه‌ريزي آبياري محصولات زراعي: مطالعه موردي سيب‌زميني

كارشناسي ارشد

مهندسي عمران گرايش مديريت منابع آب

1397

1400/5/6

دكتر عباس افشار - دكتر سعيد صوفي‌زاده

دكتر داوود حسن‌پناه

مهندسي عمران

يكي از مشكلات مهم جامعه جهاني، تامين مواد غذايي لازم براي جمعيت كره زمين است. پيش‌بيني مي‌شود در آينده علاوه بر افزايش جمعيت كره زمين، مقدار توليد محصولات كشاورزي نيز مورد تهديد قرار گيرد. اثر تغيير اقليم بر روي بخش كشاورزي از چالش‌هاي مهم آينده است. با گرم شدن كره زمين، غلظت كربن دي‌اكسيد با سرعت بسيار زيادي در حال افزايش است. سناريوهايي مختلفي براي ميزان انتشار گازهاي گلخانه‌اي در سال‌هاي آينده پيش‌بيني شده است كه هر كدام باعث نتايج مختلفي خواهند شد. دو پديده گرم شدن و افزايش غلظت كربن دي‌اكسيد مي‌توانند به صورت معكوس بر روي توليد محصولات كشاورزي اثر بگذارند. همچنين تامين منابع مورد نياز صنعت كشاورزي نيز در آينده از اهميت بسزايي برخوردار خواهد بود. يكي از راهكارهاي ممكن براي مقابله با اثرات منفي تغيير اقليم، استفاده از استراتژي‌‌هاي سازگاي است. بر اين اساس با تغيير در رويكرد و نحوه كشت محصولات، مي‌توان اثرات تغيير اقليم را كاهش داد و به توليد محصول بيشتري دست يافت. مدل SUBSTOR-Potato كه يكي از زير مدل‌هاي DSSAT مي‌باشد، يكي از ابزارهاي قدرتمند براي يافتن پاسخ محصول سيب‌زميني در مقابل شرايط كشت اين محصول مي‌باشد. به صورتي كه در اين مدل تمامي فرآيندهاي رشد محصول سيب‌زميني در نظر گرفته شده است. داده‌هاي ورودي اين مدل شامل داده‌هاي آب و هوايي، اقدامات مديريتي و پارامترهاي ژنتيكي رقم مورد نظر مي‌باشد. در اين تحقيق با استفاده از ابزار GLUE و داده‌هاي مربوط به دو آزمايش در اردبيل و مشهد، مدل SUBSTOR-Potato واسنجي و صحت‌سنجي شد و پارامترهاي ژنتيكي مربوط به محصول سيب‌زميني رقم آگريا بدست آمدند. سپس با استفاده از مولد آب و هوايي LARS-WG اقليم آينده پيش‌بيني شد. براي اينكار با استفاده از داده‌هاي گذشته مدل LARS-WG واسنجي و صحت‌سنجي شدند و پارامترهاي مورد نياز براي توابع نيمه‌تجربي بدست آمدند. سپس با كمك اين مدل 100 سري زماني مصنوعي روزانه براي دوره‌هاي آينده نزديك، ميانه و دور تحت سناريوهاي انتشار RCP4.5 و RCP8.5 توليد شدند. براي توليد داده‌هاي آينده پنج مدل گردش عمومي جو به كار گرفته و در نهايت با ميانگين‌گيري از متوسط دسته‌ي چند مدلي براي بررسي اثر تغيير اقليم استفاده شد. در نهايت در دو بخش شبيه‌سازي و بهينه‌سازي اثر تغيير اقليم بر روي رشد محصول سيب‌زميني استفاده شد. در قسمت شبيه‌سازي نيز در دو حالت بدون تغيير غلظت كربن دي‌اكسيد و با تغيير غلظت كربن دي‌اكسيد مدل SUBSTOR-Potato در دو استان همدان و كرمان براي دوره‌هاي پايه و آينده شبيه‌سازي شد و نتايج آن‌ها بايكديگر مقايسه شدند. در بخش بهينه‌سازي مدل داراي سه هدف توليد محصول بيشينه، مصرف آب كمينه و مصرف كود كمينه و با يكسري قيود مي‌باشد. براي حل اين مدل از الگوريتم فراكاوشي MOPSO استفاده شد. براي نمايش بهتر نتايج هدف بيشينه توليد محصول به قيد تبديل شد و در نتيجه مسئله به يك مسئله بهينه‌سازي دو هدفه تبديل شد. در نهايت نتايج حل مدل بهينه‌سازي به صورت يكسري جبهه‌هاي پرتو نامغلوب از جواب‌هاي بهينه بدست آمد كه يك بده بستان بين مقدار مصرف آب و كود وجود دارد. طبق نتايج بدست آمده پيش‌بيني مي‌شود در سال‌هاي آينده در استان همدان توليد محصول سيب‌زميني از منفي 8 درصد تا مثبت 6 درصد تغيير كند و در استان كرمان اين مقدار بين منفي 20 درصد تا مثبت 2 درصد خواهد بود. اين مقادير در صورتي هست كه گياه سيب‌زميني هيچ تنش نيتروژني تحمل نكند و همچنين آب كافي به گياه برسد. با مقايسه جبهه‌هاي پرتو انتظار مي‌رود مصرف آب و كود در سال‌هاي آينده نسبت به دوره پايه در استان همدان كاهش يابد اما در استان كرمان پيش‌بيني مي‌شود مصرف آب و كود در سال‌هاي آينده نسبت به دوره پايه افزايش يابد. بنابراين انتظار مي‌رود با ثابت بودن مقدار مصرف آب و كود، ميزان توليد در استان همدان افزايش و در استان كرمان در دوره‌هاي آينده كاهش يابد.

1400/07/20

Impacts of Climate Change on Irrigation Scheduling for Crops: Case Study Potato

1/1/1900 12:00:00 AM

One of the major problems of the international community is the provision of food for the world's population. It is predicted that in the future, in addition to increasing the world's population, the amount of agricultural production will also be threatened. The impact of climate change on the agricultural sector is one of the major challenges of the future. As the global warming, the concentration of carbon dioxide is rising rapidly. Different scenarios have been predicted for the amount of greenhouse gas emissions in the future, each of which will lead to different results. The two phenomena of global warming and increasing the concentration of carbon dioxide can have an adverse effect on agricultural production. Also, providing the resources needed by the agricultural section will be very important in the future. One possible way to deal with the negative effects of climate change is to use adaptive strategies. Accordingly, by changing the approach and crop management, the effects of climate change can be reduced and more agricultural products are produced. The SUBSTOR-Potato model, which is one of the DSSAT sub-models, is one of the powerful tools for finding the response of potato crop to the growing conditions. In this model, all the growth processes of the potato crop are considered. Input data of this model include weather data, management practices and genetic parameters of the cultivar. In this study, using GLUE tool and data related to two experiments in Ardabil and Mashhad, the SUBSTOR-Potato model was calibrated and validated, and genetic parameters related to the potato crop of Agria cultivar were obtained. The future climate was then predicted using the LARS-WG. To do this, model was calibrated and validated with using the historical weather data to finding parameters of semi-empirical distribution. Then LARS-WG will be able to simulate artificial weather data for the near, middle and far periods under the RCP4.5 and RCP8.5 scenarios. To generate future data, five models of GCMs were used and by averaging them, multi model ensemble mean (MMEM) was calculated and used to assess the effects of climate change. Finally, in two parts, simulation and optimization, the effect of climate change on potato crop growth was used. In the simulation part, the SUBSTOR-Potato model was simulated for the base line and future periods in two modes without changing the carbon dioxide concentration and by changing the carbon dioxide concentration in the two provinces of Hamedan and Kerman, and their results were compared to each other. In the optimization section, the model has three objectives of maximum crop yield, minimum water consumption and minimum fertilizer consumption and with a series of restrictions. To solve this model, MOPSO algorithm was used. In order to better display the results, the maximum crop yield goal became a constraint, and the problem became a two-objective optimization problem. Finally, the results of solving the optimization model in the form of Pareto fronts were obtained from the optimal answers that there is a trade-off between the amount of water and fertilizer consumption. According to the results, it is predicted that in the coming years in Hamadan province, potato production will change from -8% to +6%, and in Kerman province this amount will be between -20% to +2%. These values are if the potato plant does not tolerate any nitrogen stress and also enough water reaches the plant. By comparing the Pareto fronts, water and fertilizer consumption are expected to decrease in the future compared to the base line in Hamedan province, but in Kerman province, water and fertilizer consumption is expected to increase in the future compared to the base line. Therefore, it is expected that with the constant amount of water and fertilizer consumption, the amount of production in Hamadan province will increase and in Kerman province will decrease in the future.

تغيير اقليم , برنامه‌ريزي آبياري , بهينه‌سازي چندهدفه , DSSAT , سيب‌زميني , استراتژي سازگاري

Climate change , Irrigation scheduling , Multi-objective optimization , DSSAT , Potato , Adaptation strategy