تعیین دوره گلدهی بهینه در گندم دیم تحت شر ایط تنش گرما و خشکی در برخی مناطق کشور با استفاده از مدل APSIM-Wheat | ||
| فصلنامه علوم محیطی | ||
| مقاله 6، دوره 22، شماره 4، 1403، صفحه 643-658 اصل مقاله (1.46 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.48308/envs.2024.1409 | ||
| نویسندگان | ||
| آرزو شهبازی1؛ سارا عابدینی1؛ رضا دیهیم فرد* 1؛ سجاد رحیمی مقدم2؛ امید نوری1 | ||
| 1گروه کشاورزی اکولوژیک، پژوهشکده علوم محیطی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران | ||
| 2گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه لرستان، خرم آباد، ایران | ||
| چکیده | ||
| سابقه و هدف: خشکی و تنش گرمایی از مهمترین عوامل محدودکننده تولید محصولات زراعی هستند. اثرات همزمان خشکی و گرما در طول مراحل رشد بخصوص مرحله گلدهی و پر شدن دانه که از حساسترین مراحل هستند میتواند مضرتر از اثرات یکایک آنها بوده و منجر به کاهش قابلتوجه عملکرد شوند. در این تحقیق، ترکیب تاریخ کاشت × رقم بر مبنای همزمانی تاریخ گلدهی گندم دیم با شرایط بهینه دمایی و نیز همزمانی نیاز گیاه با بارندگی فصلی و در نهایت رسیدن به حداکثر عملکرد با استفاده از رهیافت مدلسازی، مورد بررسی قرار گرفته است. مواد و روشها: این تحقیق در هشت منطقه در کشور با اقلیمهای متفاوت انجام شد. ملاک انتخاب این مناطق سطح زیر کشت بالا و نیز تنوع اقلیمی این مناطق بود. طبقهبندی اقلیمی این مناطق بر اساس روش GYGA صورت گرفت. بر اساس این روش مناطق مورد مطالعه به سه دسته دزفول و شوشتر (اقلیم گرم و خشک با تغییرات بالا در میانگین دمای فصلی)، همدان و نهاوند (اقلیم ملایم و خشک با تغییرات متوسط در میانگین دمای فصلی) خرمآباد و الیگودرز (اقلیم ملایم و خشک با تغییرات بالا در میانگین دمای فصلی) و زنجان و خدابنده (اقلیم سرد و خشک با تغییرات متوسط در میانگین دمای فصلی) دستهبندی شدند. در این پژوهش چندین روش مدیریتی شامل چهار تاریخ کاشت، چهار مقدار اولیه آب خاک و سه رقم در هشت منطقه با اقلیمهای متفاوت به مدت ۳۷ سال (۱۹۸۰ - ۲۰۱۶) با استفاده از یک نسخه تغییریافته مدل APSIM یکبار در شرایط تنش خشکی به تنهایی (دیم) و یکبار در شرایط همزمان تنش خشکی و گرما مورد بررسی قرار گرفتند تا بهترین تاریخ گلدهی تحت تاثیر این تیمارهای مدیریتی در مناطق کشت گندم دیم تعیین شود. نتایج و بحث: میانگین عملکرد دانه در شرایط خشکی برابر با ۹۹/۲ تن در هکتار و در شرایط همزمان خشکی و گرما برابر ۴۴/۲ تن در هکتار شبیه سازی شد. کاهش حدود ۵۰۰ کیلوگرم در هکتار عملکرد به دلیل تأثیر متقابل تنش گرما و خشکی و همزمانی گلدهی با دماهای آستانه خسارت گرما (شروع دمای بیشینه از 26 تا 35 درجه سانتیگراد) بر تعداد و وزن دانه و کاهش دوره رشد بود. بهطورکلی با تأخیر در سبزشدن گندم در شرایط دیم، درصد کاهش عملکرد در تمامی مناطق و ارقام بیشتر شد. استفاده از رقم متوسطرس با 52% بیشترین کاهش عملکرد و رقم خیلیزودرس با 16/% کمترین کاهش عملکرد را به همراه داشت. گلدهی گندم در مناطق سرد بعد از اتمام گلدهی در مناطق گرمتر رخ داد و در اقلیمهای معتدل وقوع تاریخهای گلدهی وسعت بیشتری نسبت به سایر مناطق داشت. نتیجهگیری: بهطورکلی در مناطق گرم، کاشت زودهنگام و ارقام زودرس میتواند با فراهم کردن زمان بیشتر برای فتوسنتز و فرار از گرما و خشکی باعث بهبود عملکرد شود. نتایج این تحقیق همچنین نشان داد در اقلیمهای سرد با دیرتر شدن تاریخ گلدهی، عملکرد بهصورت صعودی افزایش یافت لذا ارقام خیلی زودرس با تاریخ کاشت هفت اکتبر در این مناطق به کشاورزان توصیه میشود. در اقلیمهای معتدل علی رغم اینکه گندم برای مدت کوتاهی با گرما و خشکی انتهای فصل مواجه شد، ارقام متوسطرس در تاریخهای گلدهی دیرهنگام عملکرد بالاتری از خود نشان دادند. | ||
| کلیدواژهها | ||
| رقم؛ خشکی انتهای فصل؛ شبیهسازی؛ تاریخ کاشت | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Determining the Optimal Flowering Time in Rainfed Wheat Under Simultaneous Heat and Drought Stresses in Some Regions of Iran as Predicted by APSIM-Wheat Model | ||
| نویسندگان [English] | ||
| َArezu Shahbazi1؛ Sara Abedini1؛ Reza Deihimfard1؛ Sajjad Rahimi-Moghaddam2؛ Omid Noori1 | ||
| 1Department of Agroecology, Environmental Sciences Research Institute, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran | ||
| 2Department of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agriculture, Lorestan University, Khorramabad, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Introduction: Drought and heat stress as the most important limiting factors in the production of crops and finally food security, have resulted from changing climate due to human interventions in increasing greenhouse gas emissions. It is also simulated that each 1 ◦C increase in temperature caused a 6% decline in global wheat production. The increase in temperature can further decline grain yield when occurred during the reproductive stage. The simultaneous effects of drought and heat during the growth stages, especially the flowering and grain filling stages, which are the most sensitive, can be more harmful than the individual effects and lead to a significant reduction in yield. The current study aimed at determining the optimal cultivar × sowing date in different climates to coincide the flowering date with optimum climaticconditions (temperature and rainfall) using a simulation modeling approach. Material and Methods: The current study was conducted in eight locations with different climates according to the GYGA (Global Yield Gap Atlas) methods. Dezful and Shushtar had warm and dry climates with high fluctuations in average seasonal temperature, Hamedan and Nahavand had mild and dry climates with medium fluctuations in average seasonal temperature, Khorramabad and Aligodarz had mild and dry climates with high fluctuations in average seasonal temperature and Zanjan and Khodabendeh had cold and dry climates with medium fluctuations in average seasonal temperature. Choosing the study locations was based on both areas under wheat cultivation and the diversity in their climates. In this research, several management methods including 4 sowing dates, 4 initial soil water, and 3 cultivars in 8 locations with different climates for 37 years (1980-2016) were investigated. A modified version of the APSIM-Wheat model was used in which a heat stress module could capture the impacts of heat stress on grain number and weight. The simulations were conducted under drought stress alone (rainfed) as well as the simultaneous drought and heat stress. Results and Discussion: The average grain yield under drought conditions was simulated at 2.99 tons per hectare, while the yield under simultaneous drought and heat stress was 2.44 tons per hectare, indicating a reduction of approximately 0.5 tons per hectare due to the combined effect of heat and drought stress. The mid-maturity cultivar had the highest yield reduction of 52% while the very early-maturity cultivar showed the lowest yield reduction of 0.16%. The wheat flowering time in cold regions occurred after the completion of flowering in warmer locations. In temperate climates, the occurrence of flowering dates was more extensive than in other locations. Overall, any delay in emergence under rainfed resulted in further yield reduction in all cultivars and locations. Conclusion: Under warm climates, an early-maturity cultivar along with early sowing could provide better environmental conditions for photosynthesis and plants could escape from terminal drought and heat stresses. In contrast, in cold climates, any delay in flowering date increases yield. In mild regions, using a mid-maturity cultivar resulted in late flowering dates and higher yields in spite of coinciding wheat with heat and drought for a short period of time. | ||
| کلیدواژهها [English] | ||
| Cultivar, Terminal drought, Simulation, Sowing date | ||
| مراجع | ||
|
Ababaei, B. and Chenu, K., 2020. Heat shocks increasingly impede grain filling but have little effect on grain setting across the Australian wheatbelt. Agricultural and Forest Meteorology. 284. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2019.107889 Andarzian, B., Hoogenboom, G., Bannayan, M., Shirali, M. and Andarzian, B., 2015. Determining optimum sowing date of wheat using CSM-CERES-Wheat model. Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences. 14, 189–199. https://doi.org/10.1016/j.jssas.2014.04.004 Deihimfard, R., Rahimi-Moghaddam, S., Eyni-Nargeseh, H. and Collins, B., 2023. An optimal combination of sowing date and cultivar could mitigate the impact of simultaneous heat and drought on rainfed wheat in arid regions. European Journal of Agronomy. 147. https://doi.org/10.1016/j.eja.2023.126848 Dreesen, F.E., De Boeck, H.J., Janssens, I.A. and Nijs, I., 2012. Summer heat and drought extremes trigger unexpected changes in productivity of a temperate annual/biannual plant community. Environmental and Experimental Botany. 79, 21–30. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2012.01.005 Eyni Nargeseh, H., Deihimfard, R., Soufizadeh, S., Haghighat, M. and Nouri, O., 2016. Predicting the effects of climate change on irrigated wheat yield in Fars province using APSIM model. Electronic Journal of Crop Production. 8 (4), 203-224. (In Persian with English Abstract)………. Lamaoui, M., Jemo, M., Datla, R., and Bekkaoui, F., 2018. Heat and drought stresses in crops and approaches for their mitigation. Frontiers in Chemistry. 6. https://doi.org/10.3389/fchem.2018.00026 Mccown, R.L., Hammer, G.L., Hargreaves, J.N.G., Holzworth, D., and Huth, N.I., 1995. APSIM: an agricultural production system simulation model for operational research, Mathematics and Computers in Simulation. 39 (3-4), 225-231. https://doi.org/10.1016/0378-4754(95)00063-2 Pradhan, G.P., Prasad, P.V.V., Fritz, A.K., Kirkham, M.B., and Gill, B.S., 2012. Effects of drought and high temperature stress on synthetic hexaploid wheat. Functional Plant Biology. 39, 190–198. https://doi.org/10.1071/FP11245 Rahimi-Moghaddam, S., Deihimfard, R., Azizi, K., and Roostaei, M., 2021. Characterizing spatial and temporal trends in drought patterns of rainfed wheat (Triticum aestivum L.) across various climatic conditions: A modelling approach. European Journal of Agronomy 129. https://doi.org/10.1016/j.eja.2021.126333 Sharifi-Haddad, N., Deihimfard, R., Noori, O., and Rahimi Moghaddam, S., 2021. Simulating grain yield and water use efficiency in dominant maize cultivars under water limited and climate change conditions (In Persian with English Abstract). Agroecology 13 (1): 103-115. Soltani, A., Alimagham, S.M., Nehbandani, A., Torabi, B., Zeinali, E., Zand, E., Ghassemi, S., Vadez, V., Sinclair, T.R., and van Ittersum, M.K., 2020. Modeling plant production at country level as affected by availability and productivity of land and water. Agricultural Systems. 183. https://doi.org/10.1016/j.agsy.2020.102859 Tefera, A.T., O’Leary, G.J., Rao, S., Shunmugam, A.S.K., Silva-Perez, V., Brand, J., and Rosewarne, G.M., 2024. Identification of agro-phenological traits of lentil that optimise temperature and water limited flowering time and seed yield. European Journal of Agronomy 155. https://doi.org/10.1016/j.eja.2024.127138 Wahid, A., Gelani, S., Ashraf, M., and Foolad, M.R., 2007. Heat tolerance in plants: An overview. Environmental and Experimental Botany. 61 (3), 199-223. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2007.05.011 Wang, B., Liu, D.L., Asseng, S., Macadam, I., and Yu, Q., 2015. Impact of climate change on wheat flowering time in eastern Australia. Agricultural and Forest Meteorology. 209–210, 11–21. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2015.04.028 Wollenweber, B., Porter, J.R., and Schellberg, J., 2003. Lack of interaction between extreme high-temperature events at vegetative and reproductive growth stages in wheat. 189 (3), 142-50. https://doi.org/10.1046/j.1439-037X.2003.00025.x | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 6,989 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 5,639 |
||