نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• ثریا نوید ¹
• محمدرضا جهانسوز ²
• سعید صوفی زاده ³

¹ گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده‌گان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران.

² گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده‌گان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

³ گروه کشاورزی اکولوژیک، پژوهشکده علوم محیطی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران.

چکیده

هدف: پژوهش حاضر با هدف بررسی کارایی زیر مدل‌های اپسیم (APSIM-Wheat و APSIM-Barley) جهت برآورد میزان تولید و مراحل فنولوژیک برخی از ارقام گندم، جو و تریتیکاله در استان البرز انجام شد.
روش پژوهش: ورودی‌های زیر مدل‌های اپسیم داده‌های خاکی، اقلیمی، گیاهی و مدیریتی بودند که جهت ثبت اطلاعات مذکور آزمایشی چهار ساله در دو بخش مزرعه‌ای و میدانی انجام شد. جهت پارامتریابی مدل و تعیین ضرایب ژنتیکی ارقام موردمطالعه، آزمایشی دوساله در مزرعه سازمان انرژی اتمی (سال‌ زراعی 94-1393) و دانشکده کشاورزی دانشگاه تهران (سال زراعی 96-1395) در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با 14 تیمار (شش رقم جو، شش رقم گندم و دو رقم تریتیکاله) و سه تکرار انجام شد. با استفاده از داده‌های آزمایش مزرعه‌ای، ضرایب ژنتیکی ارقام شناسایی و مدل بر مبنای آن کالیبره/واسنجی شد. به‌منظور ارزیابی مدل، طی سال‌های زراعی ۱۳۹۷-۱۳۹۸ و ۱۳۹۸-۱۳۹۹ از مزارع کشاورزان نمونه‌برداری انجام شد. در شرایط واقعی کشت (مدیریت کشاورزان)، تعداد ۳۰ مزرعه جو و ۳۰ مزرعه گندم در استان البرز انتخاب گردید. از طریق پرسش‌نامه طیف گسترده‌ای از اطلاعات مشتمل بر تاریخچه مزرعه، عملیات کاشت، داشت، برداشت و چگونگی مدیریت مزرعه ثبت شد. هم‌چنین به‌منظور بررسی وضعیت رشد ارقام در مزارع انتخاب‌شده، از خاک و گیاه نمونه‌برداری شد.
یافته‌ها: نتایج شبیه‌سازی تاریخ گلدهی و بلوغ فیزیولوژیک با استفاده از زیر مدل‌های APSIM-Wheat و APSIM-Barley تطابق بسیار خوبی بین مقادیر شبیه‌سازی‌شده و مشاهده‌شده آزمایش در تمام ارقام موردمطالعه گندم، جو و تریتیکاله نشان داد و مدل توانست با دقت خیلی خوب (nRMSE˂10%) تاریخ‌های فنولوژیک را پیش‌بینی کند. در هر دو سال آزمایش مقدار جذر میانگین مربعات نرمال‌شده (nRMSE)، برای صفات عملکردهای دانه و زیست‌توده گندم، جو و تریتیکاله کم‌تر از 5 درصد بود، لذا مدل اپسیم توانست با دقت خیلی خوب مراحل عملکرد گیاهان را برآورد نماید. سایر شاخص‌های ارزیابی مدل (CRM، D-index و R²) نیز کارایی زیر مدل‌های مذکور را با کیفیت خوب تأیید کردند. تطابق مقادیر شبیه‌سازی صفات فنولوژیکی و عملکردی ارقام تریتیکاله بیش‌تر از گیاهان گندم و جو بود. تطابق مقادیر شبیه‌سازی‌شده صفات عملکردی نیز در ارقام جو بیش‌تر از گندم بود.
نتیجه‌گیری: بنابر نتایج این بررسی، براساس ضرایب ژنتیکی به‌دست‌آمده، با استفاده از زیرمدل‌های اپسیم می‌توان تاریخ‌های فنولوژیک و عملکرد ارقام را در سطوح مختلف رژیم‌های رطوبتی، کودی، تاریخ کشت‌های مختلف و غیره، در شرایط اقلیمی کالیبره شده بدون اجرای آزمایش‌های زمان‌بر و پرهزینه برآورد نمود. در این راستا استفاده از مدل زراعی اپسیم در پیش‌بینی، سناریوسازی و اتخاذ تصمیم‌های مدیریتی می‌تواند راه‌گشا باشد.

کلیدواژه‌ها

• اعتبارسنجی مدل
• پیش‌بینی تولید
• ضرایب ژنتیکی
• کالیبراسیون مدل
• مدل‌های زراعی

عنوان مقاله [English]

The parameterization and evaluation of the APSIM model to simulation of yield and phenological traits of some wheat, barley and triticale cultivars (Case study: Alborz province)

نویسندگان [English]

• Sorayya Navid ¹
• Mohammadreza Jahansouz ²
• Saied Soufizadeh ³

¹ Department of Agronomy and Plant Breeding, University College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran

² Department of Agronomy and Plant Breeding, University College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran

³ Department of Agroecology, Environmental Sciences Research Institute, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran

چکیده [English]

Objective: This study aimed to parameterize and evaluate the APSIM-Wheat and APSIM-Barley sub-models for simulating the yield and phenological traits of wheat, barley, and triticale cultivars in Alborz Province, Iran.
Methods: Model inputs included soil, climatic, plant, and management data. A four-year experiment was conducted to collect the required information. For model parameterization and determination of genetic coefficients, two-year field experiments were performed using a randomized complete block design with 14 treatments (six barley, six wheat, and two triticale cultivars) and three replications—conducted at the Atomic Energy Organization farm (2014–2015) and the Faculty of Agriculture, University of Tehran (2016–2017). Genetic coefficients were identified from field data, and the model was locally calibrated. For model evaluation, farm sampling was carried out during the 2018–2019 and 2019–2020 growing seasons. Under real farming conditions (farmers' management), 30 barley and 30 wheat farms were selected across Alborz Province. A comprehensive questionnaire was used to collect information on farm history, planting, management, and harvesting operations, along with overall farm management practices. Soil and plant samples were also collected to assess crop growth status.
Findings: Simulation of flowering and physiological maturity stages using APSIM-Wheat and APSIM-Barley showed strong agreement between simulated and observed values across all wheat, barley, and triticale cultivars. The model predicted phenological traits with excellent quality and acceptable accuracy, with normalized root mean square error (nRMSE) values below 10%. In both experimental years, nRMSE values for grain and biological yield were below 5% for all cultivars. Additional evaluation metrics (CRM, D-index, and R²) further confirmed the robustness of the sub-models. Agreement between simulated and observed traits was higher for triticale than for wheat and barley. Among barley cultivars, yield simulations showed better agreement than those for wheat cultivars.
Conclusions: The estimated genetic coefficients and APSIM sub-models can be reliably used to predict phenological dates and yields of the studied cultivars across diverse regions and environmental conditions — including varying moisture regimes, fertilizer levels, and sowing dates — without the need for time-consuming and costly field experiments.

کلیدواژه‌ها [English]

• Calibration of model
• Crop Models
• Genetic coefficients
• Model validation of model
• Prediction of yield