پیش‌بینی اثرات تغییر اقلیم بر عملکرد گندم آبی استان فارس با استفاده از مدل APSIM

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه شهید بهشتی

2 Shahid Beheshti University, Evin, Tehran

3 سازمان هواشناسی کشور

چکیده

سابقه و هدف: مطالعه‌ی اثرات تغییر اقلیم بر تولید محصولات زراعی در مقیاس منطقه‌ای به برآورد وضعیت اقلیمی آینده بستگی خواهد داشت. این برآوردها توسط مدل‌های اقلیمی و بیش از همه به‌وسیله‌ی مدل‌های گردش عمومی (GCMs) انجام می‌گیرد. هدف از این مطالعه پیش‌بینی اثرات تغییر اقلیم آینده بر عملکرد گندم در شش شهرستان استان فارس شامل آباده، داراب، اقلید، فسا، لار و شیراز است.
مواد و روش ها: در این تحقیق دو مدل گردش عمومی HadCM3 و IPCM4 تحت سه سناریوی انتشار B1، A1B و A2 در سه دوره (30-2011، 65-2046 و 99-2080) برای پیش‌بینی شرایط اقلیمی آینده موردبررسی قرار گرفت. برای تولید پارامترهای اقلیمی روزانه برای هر منطقه برنامه LARS-WG مورداستفاده قرار گرفت. داده‌های اقلیمی روزانه به‌دست‌آمده از خروجی LARS-WG به‌عنوان ورودی برای مدل APSIM (مدل شبیه‌سازی محصول زراعی) به‌منظور شبیه‌سازی رشد و نمو گندم تحت اقلیم آینده استفاده شد.
یافته ها: نتایج نشان داد که LARS-WG به‌خوبی تابش، دمای کمینه و بیشینه را شبیه‌سازی کرد. با این‌وجود، کارایی مدل در شبیه‌سازی بارش در این استان ضعیف‌تر از بقیه متغیرها عمل کرد. با توجه به نتایج به‌دست‌آمده، در آینده دمای کمینه و بیشینه در استان فارس روند افزایشی خواهد داشت. همان‌گونه که شبیه‌سازی نشان داد، بیشترین افزایش دما نسبت به دوره پایه در شهرستان شیراز و کمترین افزایش دما در مقایسه با دوره پایه در شهرستان لار خواهد بود. در مطالعه حاضر بیشترین عملکرد دانه در دوره پایه در شهرستان‌های شیراز و فسا (95/7753 و 79/7830 کیلوگرم در هکتار) و کمترین عملکرد دانه در شهرستان لار (62/6810 کیلوگرم در هکتار) مشاهده شد. بیشترین عملکرد دانه گندم در شهرستان اقلید و آباده (17/10761 و 33/10869 کیلوگرم در هکتار) در مقایسه با دوره پایه (83/7529 و 79/7402 کیلوگرم در هکتار) در دوره 99-2080 تحت سناریوی A2 به‌دست آمد. بیشترین درصد تغییرات عملکرد دانه گندم در مقایسه با دوره پایه تحت همه سناریوها، مدل‌های اقلیمی و دوره‌ها در شهرستان‌های اقلید (12+ تا 43+ درصد) و آباده (13+ تا 47+درصد) به‌دست آمد. ازطرفی، کمترین تغییرات عملکرد در مقایسه با دوره پایه در شهرستان‌های داراب (11+ تا 18+ درصد) و لار (11+ تا 20+ درصد) خواهد بود. همچنین نتایج آزمون t نشان داد که اختلاف قابل‌توجهی بین مدل‌های اقلیمی با در نظر گرفتن صفات موردبررسی وجود ندارد. تغییر اقلیم عملکرد دانه و شاخص سطح برگ را افزایش و طول فصل رشد گندم را کاهش داد. نتایج این مطالعه نشان داد که دلیل اصلی افزایش عملکرد دانه گندم درآینده استان فارس افزایش غلظت دی‌اکسید کربن است. به‌طورکلی بیشترین تأثیر بر رشد و نمو گندم در دوره 99-2080 تحت سناریوی A2 و کمترین تأثیر در دوره 30-2011 تحت سناریوی B1 به‌دست خواهد آمد.
نتیجه گیری: به طور کلی نتایج این تحقیق نشان داد که تحت شرایط تغییر اقلیم آینده در استان فارس، عملکرد دانه گندم در شرایط پتانسیل روند افزایشی خواهد داشت (از 12 تا 24 درصد). این افزایش عملکرد برآیند دو عامل افزایش دما و دی‌اکسید کربن خواهد بود. به طوری که در برخی مناطق مورد مطالعه اثرات مثبت افزایش غلظت دی‌اکسید کربن توسط افزایش دمای بیش‌ازحد مطلوب برای رشد و نمو گندم، خنثی شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Predicting the impacts of climate change on irrigated wheat yield in Fars province using APSIM model

چکیده [English]

Background and objectives: Over the last decade, climate change has been one of the most challenging issues in the scientific papers. Studying the impacts of climate change on crop productivity at regional scale will depend on the right estimate of future climate. This estimation is being implemented by climate models and most of them by general circulation models (GCMs). This study aims at predicting the future climate change impacts on wheat yield at six locations of Fars province.
Materials and methods: The current study was carried out at six locations including Abadeh, Darab, Eghlid, Fasa, Lar and Shiraz. Two general circulation models (HadCM3 and IPCM4) under three emission scenarios (B1, A1B and A2) for three periods (2011-30, 2046-65 and 2080-2099) were investigated for predicting future climate conditions in the study locations. LARS-WG software was used to generate daily climate parameters for each location. The daily climate data obtained from the outputs of LARS-WG were used as inputs for APSIM crop simulation model to simulate growth and development of wheat under future climate.
Results: The results showed that LARS-WG perfectly simulated radiation, minimum and maximum temperatures under future climate. However, the model performance was partly biased for precipitation compared with the other climate variables. According to the results obtained, the future minimum and maximum temperature in Fars will have an increasing trend. Compared to the baseline, the highest and lowest temperature rise will be occurred in Shiraz and Lar, respectively. In the current study, the higher grain yield during baseline period observed in Shiraz and Fasa (7753.95 and 7830.79 Kg/ha) and the lowest obtained in Lar (6810.62 Kg/ha). Compared to baseline period, the highest grain yield obtained in Eghlid and Abadeh (10761.17 and 10869.33 Kg/ha) in 2080-99 under A2 scenario. Averaging over emission scenarios, climate models and periods, the highest yield changes compared to the baseline was obtained in Eghlid (+12 to +43 percent) and Abadeh (+13 to +47 percent). In contrast, the lowest yield changes compared to the baseline was obtained in Darab (+11 to +18 percent) and Lar (+11 to +20 percent). Results of t-test also indicated that there was no significant difference between the climate models in terms of grain yield and other growth characteristics. Climate change increased grain yield and Leaf Area Index (LAI) and decreased length of growing season. Results of the current study showed that increasing of CO2 concentration in all locations was a major reason for increasing grain yield. Generally, the highest and lowest impact of climate change on wheat growth was observed in 2080-99 under A2 and in 2011-30 under B1, respectively.
Conclusion: Generally, the results revealed that wheat grain yield will have increasing trend in the future climate of Fars Province (from 12 to 24%). The increase in yield was a result of increasing both CO2 and temperature. However, positive effect of increasing CO2 was eliminated in some locations mainly due to increasing temperature more than optimal temperature of wheat.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Modelling
  • Rising temperature
  • General circulation models
  • LARS-WG