Mathematical Simulation of Climate Change Effects on Chickpea Production in Gonbad | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| زراعت دیم ایران | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Volume 11, Issue 2, March 2023, Pages 255-270 PDF (799.12 K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Document Type: Research Paper | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DOI: 10.22092/idaj.2023.357340.367 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Authors | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ali Rahemi-karizaki1; Korosh Sanaeii1; Nabi khaliliaqdam* 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1Department of Plant Production, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Gonbad Kavous University, Gonbad, Iran | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2Department of Agriculture, Payame Noor University, Tehran, Iran | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Abstract | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| The purpose of this study was to identify the effects of climate change on growth, development and yield of chickpea (Cicer arietinum L.) in Gonbad city in order to adapt and improve yield for future conditions. In this study scenarios of increasing temperature by two, four and six°C, increasing Co2 concentration by two percent and reducing rainfall by two percent alone and combined with each other on December, January and February planting dates for rainy and irrigated conditions. Using SSM-iLegume-Chickpea simulation model were investigated. The results showed that increasing the temperature alone in future climatic conditions will significantly decrease chickpea growth, which leads to premature and non-contact with end-season drought stress and yield increase in dry conditions. However, under irrigated conditions, crop yields decrease due to reduced growth period under water limitation conditions. Increasing Co2 concentration alone due to its effective role in photosynthesis, reduced transpiration and increased water use efficiency increased grain yield in rainfed conditions by 23.9 percent and 12.3 percent under water conditions, but under combined effects scenarios under rainfed conditions, temperature It increases grain production doubly, but under aqueous conditions the temperature increases, counteracting the increase in production due to increased Co2 concentration. Comparison of planting dates also showed that December planting date had higher yield in both dry and irrigated conditions compared to January and February. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Keywords | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Chickpea; Climate change; Model; Planting date; Temperature | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Full Text | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
مقدمه نخود (Cicer arietinum L.) یک گیاه خودگشن و دیپلوئید است. نخود سومین محصول مهم حبوبات در جهان پس از لوبیا و نخودفرنگی است .(Parthasarathy et al, 2010) اگرچه نخود یک محصول مناطق معتدله است اما کشت آن به تدریج در مناطق گرمسیری و نیمه گرمسیری گسترش زیادی یافته است. نخود در مقیاس وسیعی در مناطق خشک و نیمه خشک جهان کشت میشود. حدود 90 درصد نخود در جهان تحت شرایط دیم کشت میشود (Kumar and Abbo, 2001) در حالی که در ایران حدود 99 درصد کشت نخود بهصورت دیم میباشد (Agricultural Statistics, 2018). نخود علاوه بر نقش آن در تغذیه فواید بسیار زیادی در افزایش تولید و موفقیت محصولات بعدی، بهخصوص غلات و شکستن چرخه زندگی آفات و بیماریهای غلات ناشی از نظامهای تک کشتی دارد و از این جهت پایداری و سودآوری سیستمهای تولید را ارتقا میبخشد (;Ahlawat et al., 2003 Soltani and Sincler, 2012). از مهمترین مسایلی که طی دهههای اخیر در بخش کشاورزی نمود یافته و تولید محصولات زراعی را با محدودیت مواجه ساخته است، تغییرات اقلیم میباشد (Parhizkari et al., 2017). بهطوری که گرم شدن زمین، خشکسالی، سیل و تغییرات وسیع در وضعیت آب و هوا منجر به کاهش بهرهوری محصولات کشاورزی، کاهش درآمد کشاورزان و شاغلین بخش کشاورزی و در نهایت کاهش بهرهوری اقتصادی میشود و از آنجا که کشاورزی فعالیتی اقتصادی است که هدف آن تولید غذا و در نتیجه امنیت غذایی حال و آینده میباشد، تغییر اقلیم میتواند این امنیت را با مخاطره روبرو سازد (Soleymani nejad et al., 2019). مطالعه اثرات تغییر اقلیم به معنای افزایش درجه حرارت و غلظت CO2 و تغییر در بارندگی بر سیستمهای کشت میتواند به گسترش استراتژیهای سازگاری موردنیاز کمک کند. در نتیجه، این استراتژیها میتوانند عملکرد بیشتر و پایداری را تولید کنند (Gholipoor and Soltani, 2009). مدلهای اقلیم جهانی ابزار مناسبی برای پیشبینی تغییر اقلیم و ارائه اطلاعات لازم برای اجرای مدلهای شبیهسازی رشد گیاهی تحت سناریوهای مختلف اقلیمی هستند (Jones and Thornton, 2003). آزمایشهای مزرعهای که یکی از راههای رسیدن به شناخت اثرات تغییر اقلیم است عموماً بسیار پرهزینه و زمانبر هستند، بنابراین استفاده از مدلهای آزمون شده و به کارگیری آمارهای درازمدت هواشناسی، راه جایگزین خوبی برای ارزیابی راهبردهای مختلف مدیریت زراعی و بهنژادی میباشد (Akram ghaderi and Soltani, 2007). تغییرات آبوهوایی، محصولات گیاهی و تولیدات دامی، توازن هیدرولوژی، نهادههای ورودی و دیگر اجزای نظامهای کشاورزی را بهشدت تحتتأثیر قرار میدهد (Apata et al., 2009). همچنین پیشبینی میشود، اگر میانگین دمای جهانی دو درجه سانتیگراد افزایش یابد، بهاحتمال بسیار، در سراسر جهان تولید محصولات کشاورزی کاهش خواهد یافت (Easterling, 2007). در مطالعهای که (Corobov, 2002) در خصوص اثرات تغییر اقلیم بر تولید حبوبات در مالدیو انجام داد؛ نتیجه گرفت که تغییر اقلیم که باعث افزایش گرمای جهانی شده، منجر به وقوع خشکی در طول دورههای رشد گیاه خواهد شد. نتایج یک مطالعه فراتحلیلی روی دادههای مطالعات مختلف صورتگرفته مناطقی از آمریکا، ایتالیا، ژاپن و سوئیس نشان داده است که شرایط اقلیمی آینده بر تولید گندم، ریگراس چندساله، برنج و سورگوم به ترتیب به میزان 31، 31، 25 و 31 درصد دارای اثرات کاهشی است (Kimbal et al., 2002). افزایش غلظت دیاکسیدکربن همچنین باعث کمشدن خسارات ناشی از خشکسالی در گیاهان زراعی میگردد که آن را میتوان به علت کاهش هدایت روزنهای و در نتیجه کاهش اتلاف آب برگ از طریق روزنهها و افزایش کارایی مصرف آب توسط گیاه نسبت داد (Donnelly et al., 2000). افزایش غلظت دیاکسیدکربن باعث افزایش تولید بسیاری از محصولات زراعی میشود؛ بنابراین میتوان نتیجه گرفت اثرات تغییر اقلیم در تولید گیاهان تحت افزایش غلظت دیاکسیدکربن مثبت، با افزایش دما منفی، و با زمان بارندگی و مقدار آن متغیر است (Hatfield et al., 2018). نتایج مطالعه شبیهسازی اثر تغییر اقلیم و بررسی تولید نخود در پنج منطقه ایران، نشان داد که پایداری تولید نخود در اغلب نقاط مورد بررسی افزایش خواهد یافت و به دنبال آن اصلاح ارقام نخود در جهت مقاومت به گرما و از روشهای زراعی، تاریخ کاشتهای زودتر جهت سازگاری با شرایط جدید پیشنهاد شده است (Gholipoor and Soltani, 2009). نتایج یک مطالعه در اراضی پاییندست سد طالقان نیز نشان داد که دو درجه سانتیگراد افزایش دما و 15 میلیمتر کاهش بارندگی ناشی از تغییر اقلیم بهصورت تلفیقی، سبب افزایش عملکرد جو، ذرت، چغندر و یونجه به ترتیب به میزان 9/14،1/19،4/17 و 0/13 درصد و کاهش عملکرد گندم، گوجهفرنگی و کلزا به ترتیب به میزان 4/21،5/16 و 2/26 درصد شده است (Parhizkari, 2019). نتایج مطالعهای در شهرستان شیراز روی گندم نشان داد، مناطق با اقلیم معتدل در آینده عملکرد و تولید بالاتری خواهند داشت و تأثیر دیاکسیدکربن و دما در این مناطق در مقایسه با مناطق سرد یا گرمتر بیشتر خواهد بود و دلیل اصلی این موضوع را بالاتر بودن سطح برگ، دوام سطح برگ، سرعت جذب و شاخص برداشت در آینده دانستند که همه این شاخصها همبستگی معنیداری با بیوماس و عملکرد دانه دارند (Qorani et al., 2019). بررسیهای صورتگرفته روی نتایج اعتبارسنجی مدل SSM-iLegum-Chickpea نشان داده است که این مدل توانایی مناسبی در پیشبینی عملکرد دارد و میتوان از آن در تحقیقات مربوط به تجزیهوتحلیل عملکرد نخود استفاده کرد (Soltani and Sincler, 2012). بنابراین باتوجهبه اینکه اثرات تغییر اقلیم، سبب تغییر در عملکرد محصول نخود در آینده خواهد شد مطالعه روی تغییرات اقلیمی و واکنش رشد و نمو نخود به این تغییرات جهت برنامهریزی کشت و توسعه این محصول در شهرستان گنبد ضروری به نظر میرسد. هدف مطالعه حاضر بررسی تأثیر تغییر اقلیم بر رشد و عملکرد محصول نخود در شهرستان گنبد و انتخاب تاریخ کاشت مناسب در شرایط اقلیم آینده میباشد.
مواد و روشها در این مطالعه برای شبیه سازی اثر تغییر اقلیم بر تولید نخود از مدل SSM-iLegum-Chickpea استفاده شد. در این مدل، واکنش فرایندهای رشد گیاه به عوامل محیطی شامل نور، طول روز، دما و قابلیت دسترسی به آب منظور شده است. همچنین تولید عملکرد بر اساس روش بهبودیافته افزایش در شاخص برداشت، مدل SSM را به گزینه مناسبی تبدیل کرده است. این مطالعه برای شهرستان گنبدکاووس واقع در شرق استان گلستان با موقعیت جغرافیایی 37 درجه و 15 دقیقه شمالی و 55 درجه و 10 دقیقه شرقی و ارتفاع 52 متر از سطح دریا که از مناطق مهم تولید نخود در استان گلستان است انجام شد. در گنبد زمستانها نسبتاً ملایم هستند و میانگین بارندگی سالانه برطبق آمار ۲۵ساله 460 میلیمتر در سال میباشد. ابتدا اطلاعات هواشناسی از ایستگاه هواشناسی سینوپتیک گنبد از سال 1371 تا 1395 (1993 تا 2017 میلادی) شامل دادههای روزانه دماهای حداکثر و حداقل، ساعات آفتابی و مقدار بارندگی جمعآوری و پس از پردازش و تبدیل ایام بهروز از سال میلادی (DOY) با استفاده از برنامه Srad-calc (Soltani and Sincler, 2012) میزان تشعشع خورشیدی بر اساس ساعات آفتابی و روز از سال محاسبه شد. سپس با تغییر در دادههای هواشناسی بر اساس سناریوهای تغییر اقلیم دادههای جدیدی ایجاد شد. سناریوها شامل افزایش درجه حرارت به میزان دو، چهار و شش درجه سانتیگراد، افزایش غلظت CO2 به میزان دوبرابر و کاهش بارندگی به میزان دو درصد و ترکیبی از حالات فوق که در کل نه سناریو نسبت به دوره پایه سالهای 1993-2017 میباشد. در سناریوهای افزایش دما، میزان تغییرات به درجه حرارت حداکثر و حداقل روزانه افزوده شد. برای بارندگی نیز میزان دو درصد از بارندگی واقعی کم شد، اما تعداد بارندگی ثابت ماند. بهاینترتیب سناریوهای افزایش دما و کاهش بارندگی، جهت بررسی اثرات غیرمستقیم افزایش غلظت CO2 و سناریوی افزایش دوبرابری غلظت CO2، جهت بررسی تأثیر مستقیم این افزایش، بهصورت جداگانه بررسی شدند. سناریوهای تغییر اقلیم نیز که شامل ترکیبی از افزایش دوبرابری غلظت CO2، افزایش درجه حرارت و کاهش بارندگی بودند، جهت بررسی اثر ترکیبی و متقابل این عوامل، شبیهسازی شدند. مدل SSM-iLegume-Chickpea برای شرایط دیم و آبی و هرکدام از سناریوها اجرا شد. نوع کاشت باتوجهبه شرایط آبوهوایی منطقه، پاییزه و نوع رقم آزاد انتخاب شد. شبیهسازی برای هرکدام از شرایط دیم و آبی، سه تاریخ کاشت مختلف (15 آذر، 15دی و 15 بهمن) انتخاب و شبیهسازیها برای 25 سال (1993-2017) انجام شد. مقدار آب موجود در خاک برای کاشت 15 میلیمتر (حد ظرفیت مزرعه) در نظر گرفته شد. تراکم بوته برای کشت آبی نخود، 35 بوته و کشت دیم 25 بوته در مترمربع درنظر گرفته شد. با اجرای مدل شبیهسازی، میزان عملکرد بیولوژیک (گرم) و عملکرد دانه (گرم)، شاخص برداشت (عملکرد اقتصادی (دانه، گرم) بر عملکرد بیولوژیک(گرم)) و کارآیی مصرف آب (نسبت کل ماده خشک تولیدی(گرم) بر بر میزان آب مصرف شده (میلیمتر)) در شرایط دیم و آبی و تاریخ کاشتهای 15آذر، 15دی و 15بهمن از خروجی مدل ثبت شدند. تجزیه واریانس با استفاده از برنامه SAS (نسخه 4/9) (Soltani, 2007) و به صورت طرح بلوکهای کامل تصادفی اجرا شد که در آن، سالها تکرار و سناریوها تیمار درنظرگرفته شد. مقایسه میانگین صفات نیز با استفاده از آزمون LSD در سطح احتمال پنج درصد مقایسه شدند.
نتایج و بحث تجزیه واریانس دادهها نشان داد که در شرایط دیم و آبی اثر سناریوهای تاریخ کاشت و تغییر اقلیم بر روی تمام صفات اعم از عملکرد بیولوژیک، عملکرد دانه، شاخص برداشت و کارایی مصرف آب در سطح یک درصد معنیدار است. اما اثر متقابل تاریخ کاشت و تغییر اقلیم تنها بر روی عملکرد بیولوژیک معنیدار شد. عملکرد دانه: با مقایسه سناریوهای تغییر اقلیم بیشترین عملکرد دانه در شرایط دو برابر شدن غلظت CO2 به میزان 302 گرم بر مترمربع در شرایط آبی و کمترین عملکرد مربوط به تیمار کاهش دو درصدی بارندگی نسبت به شاهد در شرایط دیم با میزان 176 گرم بر مترمربع بدست آمد. عملکرد دانه با افزایش دما به میزان دو و چهار درجه سانتیگراد برای هر دو شرایط دیم کمی افزایش و برای شرایط آبی کاهش نشان داد، اما تغییر معنیدار نبود. افزایش دما به میزان شش درجه نسبت به شاهد، سبب افزایش %6/7 عملکرد دانه در شرایط دیم و کاهش%4/6 عملکرد در شرایط آبی شد. تأثیر مستقیم دوبرابر شدن غلظت CO2 بر عملکرد دانه به ترتیب باعث افزایش عملکرد به میزان 9/23 و 3/12 درصدی درشرایط دیم و آبی شد. اثر ترکیبی دوبرابر شدن غلظت CO2 همراه با کاهش دو درصدی بارندگی و افزایش دمای دو، چهار و شش درجه سانتیگراد برای شرایط دیم به ترتیب سبب افزایش % 8/28،% 9/30 و% 7/29 و برای شرایط آبی سبب افزایش% 11،% 3/9 و 5%/6 در عملکرد دانه گردید (شکل1). تغییر تاریخ کاشت از آذرماه به دی و بهمنماه به ترتیب سبب کاهش%3/15 و %2/42 در شرایط دیم و % 2/4 و % 4/11 در شرایط آبی گردید و مقایسه تاریخ کاشتهای مختلف نشان داد بیشترین میزان عملکرد دانه در تاریخ کشت آذرماه به ترتیب دیم و آبی، 2370 و 2910 کیلوگرم بر هکتار و کمترین میزان عملکرد دانه در تاریخ کاشت بهمنماه به ترتیب دیم و آبی 1660 و 2610 کیلوگرم در هکتار به دست آمد (شکل2). در مطالعهای گزارش شد افزایش عملکرد از طریق تغییر تاریخ کاشت به علت تطبیق بهتر دوره رشدی گیاه با فصل رشد است که در اثر تغییر اقلیم جابهجا شده است. در این شرایط اثرات منفی دماهای بالا بر عملکرد بهویژه در طول دوره پرشدن دانه که باعث کاهش شاخص برداشت میشود، کاهش خواهد یافت (Hajarpoor et al., 2012). باتوجهبه نتایج مقایسه میانگین میتوان بیان داشت که سناریوهای افزایش دما در شرایط دیم بر روی عملکرد دانه اثر مثبت و در شرایط آبی اثر منفی دارد. در واقع افزایش دما در شرایط معمول (بدون محدودیت آب) با توجه به کاهش دوره رشد
جدول 1- نتایج تجزیه واریانس صفات مربوط به عملکرد نخود در شرایط دیم و آبی شهرستان گنبد
شکل 1- اثر سناریوهای تغییر اقلیم بر عملکرد دانه در شرایط دیم و آبی محصول نخود شهرستان گنبد(NORMAL، شبیهسازی در شرایط دادههای هواشناسی موجود T+20C: افزایش 2 درجهای دما، T+40C: افزایش 4 درجهای دما، T+60C: افزایش 6 درجهای دما، 0.98R: کاهش دودرصدی بارندگی، 2×Co2: دوبرابر شدن غلظت دیاکسیدکربن، CC20C: افزایش 2 درجهای دما+ دوبرابر شدن غلظت دیاکسیدکربن+ کاهش دودرصدی بارندگی، CC40C: افزایش 4 درجهای دما+ دوبرابر شدن غلظت دیاکسیدکربن+ کاهش دودرصدی بارندگی، CC60C: افزایش 6 درجهای دما+ دوبرابر شدن غلظت دیاکسیدکربن+ کاهش دودرصدی بارندگی).
شکل 2- اثر تاریخ کاشت بر عملکرد دانه در شرایط دیم و آبی محصول نخود شهرستان گنبد
رویشی و ذخیره کمتر زیستتوده برای انتقال مواد غذایی در دوره زایشی باعث کاهش عملکرد خواهد شد، اما در شرایط دیم بهخصوص مناطق خشک و نیمهخشک و دارای خشکی انتهای فصل باعث زودرس شدن نخود و فرار از خشکی آخر فصل در شرایط دیم شده و در نهایت باعث افزایش عملکرد میشود. البته این افزایش و کاهش در نتایج، اختلاف چندانی با شرایط نرمال ندارد، بلکه سناریوهای افزایش دیاکسیدکربن است که نقش مهمی در افزایش عملکرد دانه ایفا میکند. افزایش غلظت CO2 بهتنهایی باعث افزایش عملکرد در اغلب گیاهان زراعی خواهد شد. بااینوجود به نظر میرسد افزایش دما و کاهش میزان بارندگی، تأثیر سودمند افزایش غلظت CO2 را خنثی میکند (Koocheki et al., 2001). در شرایط آبی، کوتاهتر شدن طول دوره رشد ناشی از افزایش دما در اغلب گیاهان زراعی باعث کاهش عملکرد میشود زیرا تابش کمتری جذب شده و زمان کمتری برای تجمع ماده خشک در اختیار گیاه خواهد بود (Fulco and Senthold, 2006 ؛ Menzel et al., 2006). همچنین نتایج مقایسه میانگین نشان داد که افزایش عملکرد در اثر افزایش دیاکسیدکربن، در شرایط دیم بیشتر از شرایط آبی است. در مطالعهای دیگر نیز اعلام شده است که بیشترین اثر افزایش غلظت دیاکسیدکربن زمانی حاصل میشود که محدودیت رطوبت وجود داشته باشد (Manderscheid and Weigel, 2007). افزایش %17/26 در متوسط عملکرد محصول نخود دیم را در شمال غرب ایران به دلیل کاهش دوره رشد گیاه و زودرستر شدن آن و در نتیجه انطباق بهتر رشد گیاه در شرایط دیم با ذخیره آبی خاک و کاهش دوره تنش انتهای فصل رشد گزارش شده است (Barzegar and Soltani, 2007). عملکرد بیولوژیک: باتوجه به نتایج مقایسه میانگین تیمارها، تغییرات عملکرد بیولوژیک نسبت به کاهش بارندگی به میزان دو درصد در هیچکدام از شرایط دیم و آبی و تاریخهای کاشت آذر، دی و بهمنماه نسبت به شاهد معنیدار نبود. بیشترین عملکرد بیولوژیک برای شرایط دیم و آبی در سناریوی ترکیبی افزایش دمای دو درجه سانتیگراد، کاهش دودرصدی بارندگی و افزایش دوبرابری غلظت CO2 در تاریخ کاشت آذرماه به ترتیب 8/654، 8/779 گرم بر مترمربع و کمترین عملکرد بیولوژیک برای شرایط دیم در تیمار کاهش دودرصدی بارندگی در تاریخ کاشت بهمنماه به میزان 2/380 گرم بر مترمربع و برای شرایط آبی مربوط
جدول 2- اثرات متقابل تاریخ کاشت و تغییر اقلیم در شرایط دیم و آبی نخود در شهرستان گنبد
NORMAL، شبیهسازی تولید نخود در شرایط دادههای هواشناسی موجود. T+2°C، شبیهسازی تولید نخود در شرایطی که دمای هوا دو درجه سانتیگراد افزایشیافته است. T+4°C، شبیهسازی تولید نخود در شرایطی که دمای هوا چهار درجه سانتیگراد افزایشیافته است. T+6°C، شبیهسازی تولید نخود در شرایطی که دمای هوا 6 درجه سانتیگراد افزایشیافته است. 0.98R، شبیهسازی تولید نخود در شرایطی که بارندگی دو درصد کاهشیافته است. CC2°C، شبیهسازی تولید نخود در شرایطی که CO2 هوا به دوبرابر غلظت کنونی افزایشیافته، میزان بارندگی دو درصد کاهشیافته و دمای هوا دو درجه سانتیگراد افزایشیافته است. CC4°C، شبیهسازی تولید نخود در شرایطی که CO2 هوا به دوبرابر غلظت کنونی افزایشیافته، میزان بارندگی دو درصد کاهشیافته و دمای هوا چهار درجه سانتیگراد افزایشیافته است. CC6°C، شبیهسازی تولید نخود در شرایطی که CO2 هوا به دوبرابر غلظت کنونی افزایشیافته، میزان بارندگی دودرصد کاهشیافته و دمای هوا 6 درجه سانتیگراد افزایشیافته است.
به سناریوی افزایش دما به میزان شش درجه سانتیگراد در تاریخ کاشت بهمنماه به دست آمد. تأثیر مستقیم دوبرابر شدن غلظت CO2 تحت شرایط دیم در تاریخ کاشتهای آذر، دی و بهمنماه به ترتیب سبب افزایش %19، %21 و %20 و برای شرایط آبی در تاریخ کاشتهای مذکور به ترتیب سبب افزایش%17، %16 و %15 در عملکرد بیولوژیک شد (جدول2). باتوجهبه نتایج بررسی مقایسههای میانگین مشخص شد که افزایش دما در شرایط آبی نسبت به شرایط دیم کاهش بیشتری در عملکرد بیولوژیک را سبب میشود. اما افزایش دیاکسیدکربن باعث افزایش عملکرد بیولوژیک میشود که دلیل آن نقش CO2 در افزایش فتوسنتز میباشد که این افزایش در شرایط دیم بیشتر از شرایط آبی است. البته در اثرات ترکیبی افزایش دما و CO2 با افزایش دما از میزان عملکرد بیولوژیک کاسته میشود که این امر بیانگر این است که افزایش دما نقش مثبت افزایش غلظت CO2 را در افزایش عملکرد بیولوژیک تا حدودی خنثی میکند. بین عملکرد بیولوژیک و عملکرد دانه همبستگی معنیداری وجود دارد بهنحویکه با افزایش عملکرد بیولوژیک، عملکرد دانه نیز افزایش پیدا خواهد کرد. در مطالعهای با شبیهسازی که روی محصول نخود در شرایط دیم و آبی در مراغه انجام دادند به این نتیجه رسیدند که تغییر اقلیم آینده باعث افزایش عملکرد بیولوژیک خواهد شد و این افزایش در شرایط دیم بیشتر از شرایط آبی خواهد بود (Soltani and Gholipoor, 2006). در یک بررسی در هندوستان به این نتیجه رسیدند که افزایش غلظت دیاکسیدکربن به میزان دوبرابر باعث افزایش زیستتوده گندم میشود (Aggarwal and Kalra, 1994). افزایش دما در شرایط آبی باتوجهبه نتایج مقایسههای میانگین از طریق کاهش طول دوره رشد و کاهش فتوسنتز سبب کاهش عملکرد بیولوژیک خواهد شد. در مطالعهای دریافتند افزایش دما در شرایط اقلیم آینده سبب کاهش طول فصل رشد گیاه میشود و کاهش طول فصل رشد گیاه منجر به کاهش دریافت تشعشع فتوسنتزی و در نتیجه کاهش عملکرد بیولوژیک میشود (Wheeler et al., 2000). در تحقیقی که روی گندم در استان فارس انجام شد، نتایج نشان داد که در شرایط افزایش غلظت دیاکسیدکربن تا 531 پیپیام و افزایش دما بین 2 تا 4/5 درجه سانتیگراد در شرایط اقلیم آینده، شاهد افزایش 24/19 درصدی عملکرد دانه،%91/18 زیستتوده و%23/0 شاخص برداشت در گندم خواهیم بود (Qorani et al., 2019). البته اگر گیاه در مراحل انتهای فصل رشد با دمای بالا (در اثر تغییر اقلیم) مواجه شود، طول فصل رشد و بیوماس آن نیز کاهش مییابد و در چنین شرایطی شاخص برداشت نیز کاهشی خواهد بود. نتایج همچنین نشان داده است که تغییر اقلیم بر روی نخود تحت شرایط کشت آبی اثر منفی خواهد گذاشت، درحالیکه اثرات مثبتی بر روی سرعت رشد، عملکرد بیولوژیک و شاخص برداشت نخود دیم خواهد داشت که منجر به عملکرد اقتصادی بیشتر این گیاه خواهد شد (Koocheki et al., 2006). افزایش غلظت دیاکسیدکربن باعث بالابردن تولید بسیاری از محصولات زراعی میشود؛ لذا چنین استنتاج شده است که اثرات تغییر اقلیم بهصورت افزایش غلظت دیاکسیدکربن در تولید گیاهان دارای اثرات مثبت، در صورت افزایش دما دارای اثرات منفی و اثرات آن بسته به زمان و میزان تغییر در مقدار بارش متغیر است (Hatfield et al., 2018). شاخص برداشت: با بررسی نتایج مقایسه میانگین (شکل3) با افزایش دما شاخص برداشت در شرایط دیم در مقایسه با شرایط آبی افزایش یافت. باتوجهبه اینکه شاخص برداشت، نسبت عملکرد دانه به عملکرد بیولوژیک میباشد و همانطور که قبلاً بحث شد در شرایط دیم عملکرد دانه نسبت به
شکل 3- اثر سناریوهای تغییر اقلیم روی شاخص برداشت در شرایط دیم و آبی محصول نخود شهرستان گنبد (NORMAL، شبیهسازی در شرایط دادههای هواشناسی موجودT+20C: افزایش 2 درجهای دما، T+40C: افزایش 4 درجهای دما، T+60C: افزایش 6 درجهای دما، 0.98R: کاهش دو درصدی بارندگی، 2×Co2: دو برابر شدن غلظت دیاکسیدکربن، CC20C: افزایش 2 درجهای دما+ دو برابر شدن غلظت دیاکسیدکربن+ کاهش دودرصدی بارندگی، CC40C: افزایش 4 درجهای دما+ دو برابر شدن غلظت دیاکسیدکربن+ کاهش دودرصدی بارندگی، CC60C: افزایش 6 درجهای دما+ دوبرابر شدن غلظت دیاکسیدکربن+ کاهش دودرصدی بارندگی).
عملکرد بیولوژیک بیشتر بود پس بنابراین افزایش شاخص برداشت در شرایط دیم منطقی است. تحت سناریوی کاهش دودرصدی بارندگی در شرایط دیم و آبی، شاخص برداشت تفاوت معنیداری با شاهد نداشت و در سناریوی افزایش دوبرابری غلظت CO2 در شرایط دیم غیرمعنیدار و در شرایط آّبی شش درصد کاهش یافت. نتایج سناریوهای ترکیبی افزایش دما، کاهش دو درصد بارندگی و افزایش دوبرابری غلظت CO2 در صفت شاخص برداشت همگی کاهشی بودند. کاهش شاخص برداشت را میتوان نتیجه افزایش عملکرد بیولوژیک بیشتر در اثر افزایش غلظت CO2 نسبت به عملکرد دانه دانست. در مطالعهای شاخص برداشت و تغییرات آن را به عواملی همچون، طول دوره قبل و بعد از رشد دانه، ماده خشک کل و میانگین دما نسبت دادند و افزایش شاخص برداشت را نیز به کاهش طول دوره رویشی و در نتیجه شروع زودتر دوره زایشی و استفاده از رطوبت بیشتر در این دوره و افزایش طول دوره پرشدن دانه، افزایش انتقال ماده خشک به دانهها و افزایش عملکرد دانه ارتباط دادند (Soltani et al., 2005). در مطالعهای دیگر با شبیهسازی تولید گندم مشخص گردید که مهمترین عامل مؤثر در افزایش عملکرد دانه و شاخص برداشت، 20% کاهش زمان تا شروع پرشدن دانه (رشد رویشی) ضمن کاهش% 20 زمان تا پایان رشد دانه (عدم برخورد دوره پرشدن دانه با خشکی انتهای فصل و%20 افزایش کارایی مصرف نور بود (khaliliaqdam et al., 2016). با بررسی نتایج مقایسه میانگین با تأخیر در تاریخ کاشت در شرایط دیم شاخص برداشت کاهش پیدا میکند؛ اما در شرایط آبی تغییر تاریخ کاشت از آذر به دیماه تغییری ندارد و در بهمنماه %3/2 افزایش نیز دیده میشود (شکل4). گروهی از محققین تأثیر تاریخ کاشت را در پنج رقم نخود مورد بررسی قرار دادند و اظهار داشتند که تاریخ کاشت بر شاخص برداشت گیاه اثرگذار بوده و برطبق نتایج بهدستآمده با تأخیر در تاریخ کاشت و مواجهشدن گیاهان با دمای بالاتر، شاخص برداشت کاهش یافت (Pezeshkpoor et al., 2011). کارایی مصرف آب: بررسی نتایج مقایسه میانگین در خصوص تغییرات کارایی مصرف آب نشان داد که در شرایط دیم و آبی با افزایش دما به میزان دو و چهار درجه سانتیگراد بهصورت مشابه کارایی مصرف آب به ترتیب %5/7 و%5/3 افزایش یافت (شکل 5). اما با افزایش دما به میزان شش درجه سانتیگراد در شرایط دیم و آبی به ترتیب %5/15 درصد و %8/6 سبب افزایش کارایی مصرف آب در نخود نسبت به شاهد گردید. سناریوی کاهش دودرصدی بارندگی اختلاف معنیداری نسبت به شاهد نشان نداد؛ اما تحت سناریوی دوبرابر شدن غلظت CO2 کارایی مصرف آب در شرایط دیم و آبی به ترتیب %20 و %15 افزایش یافت. تحت سناریوهای CC2°C، CC4°C و CC6°C کارایی مصرف آب در شرایط دیم به ترتیب %7/25، %29 و %31 و برای شرایط آبی %19، %20 و %5/22 افزایش یافت. دلیل افزایش کارایی مصرف آب را میتوان نتیجه کاهش تبخیر و تعرق و افزایش عملکرد دانه دانست. طی مطالعهای روی نیاز آبیاری و کارایی مصرف آب در گندمزارهای استان خوزستان، دریافتند که در اثر تغییر اقلیم آینده تبخیر و تعرق به دلیل کاهش هدایت روزنهای و کاهش طول فصل رشد کاهشیافته و با افزایش عملکرد دانه و همچنین با کاهش تبخیر و تعرق در شرایط تغییر اقلیم، کارایی مصرف آب افزایش مییابد (Deihimfard et al., 2017). در یک بررسی گزارش شده در شرایط تغییر اقلیم آینده مصرف
شکل 4- اثر تاریخ کاشت بر شاخص برداشت در شرایط دیم و آبی محصول نخود شهرستان گنبد .
آب نخود تا% 15 کاهش مییابد، در حالیکه کارایی مصرف آب در شرایط دیم %39 تا% 42 و در شرایط آبی % 13 تا %22 افزایش پیدا میکند (Soltani and Gholipoor, 2006). همچنین گزارش شده که کارایی مصرف آب گیاهان نسبت به گذشته افزایشیافته است، زیرا عملکرد دانه افزایشیافته درحالیکه مصرف آب ثابت باقیمانده است (Basso and Ritchie, 2018). بیشترین میزان کارایی مصرف آب در تاریخ کاشت آذرماه و کمترین میزان آن در تاریخ کاشت بهمنماه مشاهده شد. تغییر تاریخ کاشت از آذر به بهمنماه در شرایط دیم و آبی به ترتیب% 14 و % 13 در کاهش کارایی مصرف آب اثرگذار میباشد (شکل6). دلیل تغییر کارایی مصرف آب در تاریخ کاشت زودتر استفاده از دماهای مطلوب در زمان رشد رویشی و توسعه سریع سطح فتوسنتزی دانست. نتایج تحقیقی روی تاریخ کاشت نخود نشان میدهد، کاشت زودهنگام کارایی مصرف آب بالاتری نسبت به کاشت دیرهنگام دارد (Amiri, 2018). محققین اظهار داشتهاند افزایش غلظت CO2 باعث افزایش کارایی مصرف آب میشود تا زمانی کهبرگ در معرض دمای بیش از حد مطلوب (تنش گرما) قرار گیرد در آن صورت کارایی مصرف آب کاهش مییابد (Hatfield and Dold, 2019).
نتیجهگیری نتایج نشان داد افزایش دما سبب زودرس شدن و عدم برخورد گیاه با تنش خشکی انتهای فصل شده و اثرات کاهش عملکرد ناشی از وقوع تنش خشکی در شرایط دیم را کاهش دهد. در شرایط آبی همین عامل زودرسی (کاهش طول دوره رشد) نیز سبب کاهش محصول میگردد. افزایش غلظت CO2 به دلیل نقش مؤثر آن در فتوسنتز، کاهش تعرق و افزایش کارایی مصرف آب تولید دانه را در شرایط دیم % 9/23 و در شرایط آبی%3/12 افزایش میدهد. تحت سناریوهای اثر ترکیبی در شرایط دیم، دما باعث افزایش مضاعف تولید دانه شده؛ ولی در شرایط آبی دما باعث خنثیشدن افزایش تولید بر اثر افزایش غلظت CO2 میشود. مقایسه تاریخهای کاشت نیز نشان داد تاریخ کاشت آذرماه نسبت به تاریخهای دی و بهمنماه عملکرد بالاتری در هر دو شرایط دیم و آبی داشت؛ بنابراین بهترین تاریخ کاشت برای شهرستان گنبدکاووس کشت نخود در آذرماه است.
شکل 5- اثر سناریوهای تغییر اقلیم بر کارایی مصرف آب در شرایط دیم و آبی محصول نخود شهرستان گنبد(NORMAL، شبیهسازی در شرایط دادههای هواشناسی موجود T+20C: افزایش 2 درجهای دما، T+40C: افزایش 4 درجهای دما، T+60C: افزایش 6 درجهای دما، 0.98R: کاهش دودرصدی بارندگی، 2×Co2: دوبرابر شدن غلظت دیاکسیدکربن، CC20C: افزایش 2 درجهای دما+ دوبرابر شدن غلظت دیاکسیدکربن+ کاهش دودرصدی بارندگی، CC40C: افزایش 4 درجهای دما+ دوبرابر شدن غلظت دیاکسیدکربن+ کاهش دودرصدی بارندگی ، CC60C: افزایش 6 درجهای دما+ دوبرابر شدن غلظت دیاکسیدکربن+ کاهش دودرصدی بارندگی).
شکل 6- اثر تاریخ کاشت بر کارایی مصرف آب در شرایط دیم و آبی محصول نخود شهرستان گنبد
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| References | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Aggarwal, P. K., and Kalra, N. 1994. Simulating the effect of climatic factors, genotype, water and nitrogen availability on productivity of wheat: II. Climatically potential yields and optimal management strategies. Field Crops Research. 38, 93-103.
Agricultural Statistics, Volume I: Crops, 1976-96. 1979. Ministry of Agriculture Jihad, Deputy of Planning and Economics, Bureau of Statistics and Information Technology.
Ahlawat, I., Ali, M., and Shivkumar, B. 2003. Cropping systems research in chickpea. Chickpea research in India (EdsMasood Ali, Shiv Kumar and NB Singh). Indian Institute of Pulses Research, Kanpur, India. 113-119.
Akram ghaderi, F., and Soltani, A. 2007. Determination of optimal plant traits for chickpea under irrigated conditions of Gorgan and Gonbad using simulation. Journal of Agricultural Sciences and Natural Resources, 14(5): 200-210.
Amiri, S.r. 2018. Determining the optimum sowing date of chickpea in Kermanshah province using modeling approach. Journal of Plant Ecophysiology, 9(32): 130-141. (In Persian).
Apata, T. G., Samuel, K. D., and Adeola, A. O. 2009. August. Analysis of climate change perception and adaptation among arable food crop farmers in South Western Nigeria. In Contributed paper prepared for presentation at the international association of agricultural economists’ 2009 conference, Beijing, China, August 16 (Vol. 22).
Barzegar, A.B., and Soltani, A. 2007. Effect of future climate change on yield of rainfed-chickpea in northwest of Iran. Proceedings of 2 national symposium of Agroecology. 16-17 Oct, University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran. (In Persian).
Basso, B., and Ritchie, J. T. 2018. Evapotranspiration in high-yielding maize and under increased vapor pressure deficit in the US Midwest Agriculture Environment. Letter. 3:170039.
Corobov, R. 2002. Estimation of climate change impacts crop production in the Republic of Moldova. GeoJournal. 57: 195-202.
Deihimfard, R., Eyni Nargeseh, H., and Farshadi, Sh. 2017. Modeling the Effects of Climate Change on Irrigation Requirement and Water Use Efficiency of Wheat Fields of Khuzestan Province. Journal of Water and Soil, 31(4): 1015-1030. (In Persian).
Donnelly, A., Jones, M.B., Burke, J.I., and Schnieders, B. 2000. Elevated CO2 provides protection from O3 induced photosynthetic damage and chlorophyll loss in flag leaves of spring wheat. Agriculture, Ecosystems and Environment. 80: 159-168.
Easterling, W. E. 2007. From the Cover: Climate Change and Food Security Special Feature: Climate change and the adequacy of food and timber in the 21st century. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 104(50), 19679.
Fulco, L., and Senthold, A. 2006. Climate change impacts on wheat production in a Mediterranean environment in Western Australia. Agricultural Systems. 90: 159-179.
Gholipoor, M., and Soltani, A. 2009. Future climate impacts on chickpea in Iran and ICARDA. Research Journal of Environmental Sciences. 3: 16-28.
Hajarpoor, A., Soltani, A., Zeinali, E., and Sayyedi, F. 2012. Simulating of climate change on yield of chickpea, The Fourth Iranian Pluse Crops Symposium. Arak, Iran. (In Persian).
Hatfield, J. L., and Dold, C. 2019. Water-Use Efficiency: Advances and Challenges in a changing Climate. Frontiers in Plant Science. PP: 61-74.
Hatfield, J. L., Wright-Morton, L., and Hall, B. 2018. Vulnerability of grain crops and croplands in the Midwest to climatic variability and adaptation strategies. Climate Change. 146, 263–275.
Jones, P.G., and Thornton, P.K. 2003. The potential impacts of climate change on maize production in Africa and Latin America in 2055. Global Environmental Change. 13: 51- 59.
khaliliaqdam, N., Mir-Mahmoodi, T., and Mirab Yeganeh, S. 2016. Simulation of Climate Change Effect on Wheat Production In RainFed Conditions of Uremia. Sustainable Agriculture and Production science, 26(3): 201-214. (In Persian).
Kimbal, B.A., Kobayashi, K., and Bindi, M. 2002. Responses of agricultural crops to free air CO2 enrichment. Advances in Agronomy. 77: 293–368.
Koocheki A., Nassiri, M., and Sharifi, HR. 2001. A simulation study for growth, phenology and yield of wheat cultivars under the doubled CO2 concentration in Mashhad conditons. Biaban, 6: 117-127. (In Persian).
Koocheki, A., Nassiri, M., Soltani, A., Sharifi, H., and Ghorbani, R. 2006. Effects of climate change on growth criteria and yield of sunflower and chickpea crops in Iran. Climate Research. 247-253. (In Persian).
Kumar, J., and Abbo, S. 2001. Genetics of flowering time in chickpea and its bearing on productivity in semiarid environments. Advances in Agronomy. 72, 107–138.
Manderscheid, R., and Weigel, H.J. 2007. Drought stress effects on wheat are mitigated by atmospheric CO2 enrichment. Agronomy for Sustainable Development. 27: 79-87.
Menzel, A., Sparks, T. H., Estrella, N., Koch, E., Aasa, A., Ahas, R., Alm-Kubler, K., Bissolli, P., Braslavska, O.G., Briede, A., Chmielewski, F. M., Crepinsek, Z., Curnel, Y., Dahl, A., Defila, C., Donnelly, A., Filella, Y.,Jatczak, K., Mage, F., Mestre, A., Nordli, O., Penuelas, J., Pirinen, P., Remisova, V., Scheifinger, H., Striz, M.,Susnik, A., Van Vliet, A. J. H., Wielgolaski, F. E., Zach, S., and Zust, A. N. A. 2006. European phonological response to climate change matches the warming pattern. Global Change Biology. 12: 1969-1976.
Parhizkari, A. 2019. Evaluate the Effects of Climate Change Impertinence on Agricultural Production and Farmer's Income Situation in Down Lands of Taleghan Dam. Agricultural Economics Research, 9(4): 125-152. (In Persian).
Parhizkari, A., Mahmoodi, A., and Shokat Fadaee, M. 2017. Economic Analysis of the Effects of Climate Change on Available Water Resources and Agricultural Products in the Watersheds of Shahrood. Agricultural Economics Research, 9(1): 23-50. (In Persian).
Parthasarathy, P., Birthal, P.S., Bhagvatula, S., and Bantilan, M.C.S. 2010. Chickpea and Pigeonpea Economies in Asia: Facts, Trends and Outlook. International Crops Research Institute for the Semi-Arid Tropics (ICRISAT), Patancheru 502 324, Andhra Pradesh, India, pp. 76.
Pezeshkpoor, P., Nezami, A., Sabaghpour, S.H., and Ahmadvand, G. 2011. Goodness of autumn cultivation rather than spring cultivation of chickpea in Lorestan Province. The 4th Iranian Conference of Pulse Crops. Arak, Iran. 5 p. (In Persian).
Qorani, Y., Deihimfard, R., Nouri, O., and Amiri, S.R. 2019. Growth Analysis of Wheat (Triticum aestivum L.) Under Climate Change Conditions Using a Mechanistic Model in Fars Province of Iran. Sustainable Agriculture and Production science, 29(1): 33-50. (In Persian).
Soleymani nejad, S., Dourandish, A., Sabouhi sabouni, M., and Banayan aval. 2019. The Effects of Climate Change on Cropping Pattern (Case Study: Mashhad Plain). Iranian Journal of Agricultural Economics and Development Research, 50(2): 249-263. (In Persian).
Soltani, A. 2007. Application of SAS software in statistical analysis. Mashhad University Press Publications, 182 pages. (In Persian).
Soltani, A., and Gholipoor, M. 2006. Simulating and impact of climate change on growth, yield and water use of chickpea. Journal of Agricultural Sciences and Natural Resources, Vol 13(2): 69-79. (In Persian).
Soltani, A., and Sinclair, T. R. 2012. Modeling physiology of crop development, growth and yield: Cabi. PP: 340
Soltani, A., and Sinclair, T.R. 2012b. Optimizing chickpea phenology to available water under current and future climates. European Journal of Agronomy. 38: 22–31.
Soltani, A., Torabi, B., and Zarei, H. 2005. Modeling crop yield using a modified harvest index-based approach: application in chickpea. Field Crops Research. 91: 273-285.
Wheeler, TR., Craufurd, P., Ellis, R., Porter, J., and Vara Prasad, PV. 2000. Temperature variability and yield of annual crops. Agriculture, Ecosystems and Environment. 82: 159–167.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Statistics Article View: 790 PDF Download: 484 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Journal management system. designed by sinaweb