اثر تغییر اقلیم بر صفات فنولوژیک نخود (Cicer arietinum L.) تحت شرایط دیم و آبی در شهرستان گنبد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه تولیدات گیاهی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه گنبد کاووس، گنبد کاووس، ایران،

2 دانش‌آموخته‌‌ کارشناسی‌ارشد ، رشته کشاورزی اکولوژیک، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه گنبد کاووس، گنبد کاووس، ایران،

3 دانشجوی کارشناسی ارشد ، رشته کشاورزی اکولوژیک، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه گنبد کاووس، گنبد کاووس، ایران،

4 دانشجوی دکتری اکولوژی گیاهان زراعی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه گنبد کاووس، گنبد کاووس، ایران،

چکیده

سابقه و هدف: نخود سومین محصول مهم حبوبات در جهان پس از لوبیا و نخودفرنگی است. تعدادی از دانشمندان اروپایی با مطالعه 542 گونه گیاهی در 26 کشور اروپا که شامل 125 هزار سری زمانی بود دریافتند که در فاصله سال‌های 1971 تا 2000 میلادی در 78 درصد موارد سرعت نمو به دلیل بالا رفتن دما افزایش یافته و طول مراحل کوتاه‌تر شده است. 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. هدف از انجام این مطالعه بررسی اثرات تغییر اقلیم بر صفات فنولوژیک گیاه نخود در شهرستان گنبد، در جهت سازگاری و بهبود عملکرد برای شرایط آینده است.
مواد و روش: ابتدا اطلاعات هواشناسی از ایستگاه هواشناسی سینوپتیک گنبد از سال 1993 تا 2017 میلادی جمع‌آوری و پس از پردازش و تبدیل ایام به روز از سال میلادی (DOY) با استفاده از برنامه Srad-calc 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. مدل SSM-iLegume-Chickpea برای شرایط دیم و آبی و هر کدام از سناریوها اجرا شد. نوع کاشت با توجه به شرایط آب و هوایی منطقه، پاییزه و نوع رقم آزاد انتخاب شد. شبیه‌سازی برای هر کدام از شرایط دیم و آبی، سه تاریخ کاشت مختلف (آذر، دی و بهمن) انتخاب و شبیه‌سازی‌ها برای 25 سال (1993-2017) انجام شد.
یافته‌ها: با توجه به نتایج تجزیه واریانس، سناریوهای تاریخ کاشت و تغییر اقلیم روی تمام صفات فنولوژیک مورد بررسی در هر دو شرایط دیم و آبی در سطح یک درصد معنی‌دار بود، در حالی که اثر متقابل تاریخ کاشت و تغییر اقلیم، به استثنای روز تا سبز شدن، بر روی سایر صفات در سطح یک درصد معنی‌دار بود. با افزایش دما در اقلیم آینده طول مراحل فنولوژی اعم از روز تا شروع گلدهی، روز تا شروع غلاف‌دهی، روز تا رسیدگی فیزیولوژیک و روز تا رسیدگی برداشت نسبت به شرایط نرمال کاهش خواهد یافت. بیشترین کاهش طول مراحل فنولوژی مربوط به سناریوی افزایش دمای 6 درجه و اثرات ترکیبی دو برابر شدن غلظت Co2، کاهش دو درصدی بارندگی و افزایش دمای 6 درجه نسبت به شرایط نرمال بود و کمترین کاهش به ترتیب در سناریوی‌های افزایش دما به میزان 2 درجه ، اثرات ترکیبی دو برابر شدن غلظت Co2، کاهش دو درصدی بارندگی و افزایش 2 درجه دما در هر دو شرایط دیم و آبی مشاهده گردید. بنابراین به دلیل عدم تغییر مراحل فنولوژیک تحت سناریوهای دوبرابر شدن Co2 و کاهش دو درصدی بارندگی نسبت به شرایط نرمال و به علت کاهش طول مراحل فنولوژیک تحت تأثیر سناریوی افزایش دما و همچنین به دلیل مشابهت نتایج سناریوهای افزایش دما به تنهایی در مقایسه با اثرات ترکیبی دوبرابر شدن Co2 و کاهش دو درصدی بارندگی و افزایش دما، می‌توان فهمید که تنها افزایش دما باعث کاهش طول مراحل فنولوژیک می‌شود.
نتیجه‌گیری: نتایج شبیه‌سازی‌ها در گنبد نشان داد افزایش غلظت Co2 در هر دو شرایط دیم و آبی و تاریخ کاشت‌های مختلف تأثیری روی مراحل فنولوژیک گیاه نخود ندارد اما افزایش دما به‌طور قابل ملاحظه‌ای دوره رشد محصول نخود را کاهش خواهد داد و گیاه نخود سریع‌تر وارد مرحله زایشی شده، هم از شرایط دمایی و رطوبتی مطلوب‌تری در مراحل زایشی برخوردار شده و هم باعث زودرسی و در نهایت فرار از خشکی و گرمای آخر فصل و افزایش عملکرد در شرایط دیم خواهد شد. اما تأخیر در کاشت نخود باعث کوتاهتر شدن دوره رشد نخود، عدم بهره‌وری از منابع موجود و کاهش عملکرد خواهد شد.
واژه‌های کلیدی: اقلیم آینده، دما، روزهای کاشت و مدل SSM-iLegume-Chickpea.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The effect of climate change on phenological traits of chickpea (Cicer arietinum L.) under rainfed and irrigated conditions in Gonbad

نویسندگان [English]

  • Ali Rahemi Karizaki 1
  • Korosh Sanaie 2
  • Ali Nakhzari Moghaddam 1
  • Ebrahim Gholamalipour Alamdari 1
  • Sara Pirdehghan 3
  • Leila Habibian 4
1 scientific board member, Agricultural and Natural Resources Faculty.
2 Agroecology,, Gonbad Kavous University
3 Gonbad University, Agriculture and Natural Resources Faculty
4 Gonbad University, Agricultural and Natural resources Faculty.
چکیده [English]

Chickpea is the third most important cereal crop in the world after beans and peas. European scientists found that studying 542 plant species in 26 European countries, including 125,000 time series, found that in 78% of the time between 1971 and 2000, the rate of development increased due to rising temperatures and shorter stages. The shortening of the growth period caused by the increase in temperature in most crops reduces yield because it absorbs less radiation and has less time for dry matter accumulation. The purpose of this study was to identify the effects of climate change on phenological traits of chickpea in Gonbad city in order to adapt and improve yield for future conditions.

Materials and Methods
First, meteorological data from the Dome Synoptic Weather Station from 1993 to 2017, including daily data on maximum and minimum temperatures, sunshine hours and rainfall, and then processed and converted to DOY using the Srad -calc program (Soltani & Sinkler, 2012) Solar radiation was calculated based on sunny hours and days of the year. Then, new changes were made to the meteorological data based on climate change scenarios. The SSM-iLegume-Chickpea model was implemented for both rain and water conditions and each scenario. Planting type was selected according to the climatic conditions of the region, autumn and the type of free cultivar. Simulations For each rainfed and irrigated condition, three different planting dates (December, January and February) were selected and simulations were performed for 25 years (1993-2017).
Results
Planting date and climate change scenarios were significant at 1% level for all phenological traits in both rainfed and irrigated conditions, while the interaction effects of planting date and climate change except day to emergence were significant at 1% level. As the temperature rises in the future climate, the length of the phenological stages, ranging from day to flowering, day to pod start, day to physiological maturity, and day to harvest maturity will be reduced compared to normal conditions. Maximum decrease in phenology length was related to increase in temperature of 6°C and combined effects of doubling Co2 concentration, two percent decrease in precipitation and increase of 6°C under normal conditions, and minimum decrease in temperature increase scenario by 2°C. Co2 is a two percent decrease in recipitation and an increase of two degrees Celsius in both rainfed and irrigated conditions. Therefore, due to unchanged phenological stages under Co2 doubling scenarios and 2% reduction in rainfall compared to normal conditions, and reduction in phenological stages under the influence of temperature rise scenarios and similarity of the results of the temperature rise scenarios alone compared to the combined effects of Co2 doubling and 2% decrease in precipitation and an increase in temperature can be deduced that only an increase in temperature reduces the length of the phenological stages.

Conclusion
Simulation results in Gonbad city showed that increasing Co2 concentration in both rainfed and irrigated conditions and different planting dates had no effect on the phenological stages of chickpea but increasing temperature would significantly decrease the chickpea growth period, although this decrease in the length of chickpea growth is greater in the vegetative growth stage. As a result, the chickpea plant enters the reproductive stage faster, enjoys better temperature and humidity conditions in the reproductive stages, and causes premature and eventually evaporation of drought and late-season heat, and ultimately increases yield under conditions that will be dry. But delay in chickpea planting will shorten the chickpea growth period, depletion of available resources such as radiation, optimum humidity and temperature, dealing with end-season heat and drought, and ultimately yield loss.
Keywords: future climate, planting dates, SSM-iLegume-Chickpea and temperature.

کلیدواژه‌ها [English]

  • future climate
  • planting dates
  • SSM-iLegume-Chickpea and temperature
1.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. 76 p.
2.Kumar, J. and Abbo, S. 2001. Genetics of flowering time in chickpea and its bearing on productivity in semiarid environments. Adv Agron. 72: 107-138.
3.Agricultural Statistics, Volume I: Crops, 1976-96. 1979. Ministry of Agriculture Jihad, Deputy of Planning and Economics, Bureau of Statistics and Information Technology.
4.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. P: 113-119.
5.Moeinirad, A., Zeinali, E., Soltani, A., Galeshi, S. and Yeganehpoor, F. 2017. Investigation of SSM-wheat model to forecast of growth and yield of wheat in response to fertilizer nitrogen in order to decrease pollution environmental and diseases. Int J. Adv Biolol Biomed Res. 5: 2. 73-78.
6.IPCC. 2007. Climate change 2007: The physical science basis. Summary for policymakers. Paris: WMO/UNEP.
7.Khaliliaqdam, N., Mir Mahmoodi, T. and Mirabe Yeganeh, S. 2016. Simulation climate change effect on wheat production in rain-fed condition of Urmia. J of Agri Sci Sustain Prod. 26: 3. 201-214. (In Persian)
8.Bellard, C., Bertelsmeier, C., Leadley, P., Thuiller, W. and Courchamp, F. 2012. Impacts of climate change on the future of biodiversity Ecological. Letter. 15: 4. 365-377.
9.Bindi, M. and Olesen, J.E. 2011. The responses of agriculture in Europe to climate change.  Region Environ Change. 11: 1. 151-158.
10.Dadrasi, A. and Torabi, B. 2016. Predict the growth and yield of corn in Hamedan. Iranian J. of Field Crop Sci. 47: 4. 595-610. (In Persian)
11.Manschadi, A.M., Soufizadeh, S. and Deihimfard, R. 2010. The role and importance of simulation modelling in improving crop production in Iran. In Proceedings in the 11th Iranian Crop Science Congress, 24th-26th July, Tehran, Iran. pp. P:234-247. (Key paper)
12.Wu, W. and Ma, B. 2018. Assessment of canola crop lodging under elevated temperatures for adaptation to climate change. Agric For Meteorol. 248: 329-338.
13.Jalali, M. and Kargar, H. 2011. Statistical analysis and simulation of temperature in Boshehr station (1951-2005). J Geogr Space. 33: 149-173. (In Persian)
14.Jha, U.C., Bohra, A. and Singh, N.P. 2014. Heat stress in crop plants: its nature, impacts and integrated breeding strategies to improve heat tolerance. Plant Breed. 133: 6. 679-701.
15.Sciarresi, C., Patrignani, A., Soltani, A., Sinclair, T., and Lollato, R.P. 2019. Plant traits to increase winter wheat yield in semiarid and subhumid environments. Agron. J. 111: 3. 1-13.
16.Zarakhani, F., Kamali, G.A., and Chiziari, A. 2014.  The effect of climate change on the economy of rain fed wheat (a case study in Northern Khorasan). J. of Agroecol. 6: 2. 301-310.
17.Yano, T., Aydin, M. and Haraguchi, T. 2007. Impact of climate change onirrigation demand and crop growth in a Mediterranean environment of Turkey. Sensors (Basel). 7: 2297-2315.
18.Haverkort, A.J. and Verhagen, A. 2008. Climate change and its repercussions for the potato supply Chain. Potato Res. 51: 223-237. (In Persian)
19.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)
20.Geoffrey, E.O., Wietse, H.P., Iwan, S., Omondi, P. and Ronald, W.A. 2018. Probabilistic maize    yield prediction over East Africa using dynamic ensemble seasonal climate forecasts. J. Agri Forest Meteorol. 250: 2. 243-261.
21.Schoppach, R., Soltani, A., Sinclair, T.R. and Sadok, W., 2017. Yield comparison of simulated rainfed wheat and barley across Middle-East. Agric. Syst. 153: 1. 101-108.
22.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. J. Water Soil. 31: 4. 1015-1030. (In Persian)
23.Soltani, A. and Sinclair, T.R. 2012b. Optimizing chickpea phenology to available water under current and future climates. Eur J  Agron 38: 22-31.
24.Soltani, A. and Sinclair, T. R. 2012a. Modeling physiology of crop development, growth and yield: Cabi. 340 p.
25.Soltani, A. 2007. Application of SAS software in statistical analysis. Mashhad University Press. 182 p. (In Persian)
26.Hajarpoor, A., Meghdadi, N., Soltani, A. and Kamkar, B. 2016. Assessment of the adaptation strategiesin rainfed chickpea in response to future climate change in Zanjan province. J  Agroecol. 8: 2. 169-181. (In Persian)
27.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. Glob Change Biol. 12: 1969-1976.
28.Soleymani Nanadegani, M., Parsinejad, M., Araghinejad, Sh. and Massah Bavani, A. 2011. Study on climate change effect on net irrigation requirement and yield for rainfed wheat. J Water Soil. 25: 2. 389-397. (In Persin)
29.Heydaribeni, M., Yazdanpanah, H.A. and Mehnatkesh, A. 2018. Impacts of climate change on rapeseed yield and phenological stages (Case study: Chaharmahal va Bakhtiari province). J Nat Geogr. 50: 2. 373-389. (In Persian)
30.Gholipoor, M. and Soltani, A. 2009. Future climate impacts on chickpea in Iran and ICARDA. Res J  Environ Sci. 3: 16-28. (In Persian)
32.Boifin, J., Durr, C., Fleury, A., Marinlafleche, A. and Maillet, I. 1992. Analysis of the variability of sugar beet (Beta vulgaris L.) growth during the earlystages.1. influence of various conditions on crop establishment. Agron. 12: 515-525.
33.Malézieux, E. 2012. Designing cropping systems from nature. Agron Sustain Dev. 32: 15-29.
34.Panahi, M.H., Zeinali, A., kalateh Arabim, M. and nehbandani, A. 2014. Modeling the response of wheat cultivars to temperature in field conditions. J Seed Res. 4: 2. 61-70. (In Persian)
35.Yousefi, M., Soltani, A., Zeinali, E. and Sarparast, R. 2006. Effect of temperature and sowing depth on emergence of chickpea. J  Agric Sci Nat Resour. 13: 2. 12-21. (In Persian)