ارزیابی راهکارهای سازگار شدن گیاه ذرت در شرایط اقلیم آینده ایران با استفاده از مدل SSM-iCrop2

نوع مقاله : مقاله کامل علمی- پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه زراعت، دانشکده علوم زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

2 دانشیار، گروه زراعت، دانشکده علوم زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران، ایران،

3 دانشیار، گروه زراعت، دانشکده تولید گیاهی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران،

4 دانش‌آموخته دکتری گروه زراعت، دانشکده تولید گیاهی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران،

چکیده

سابقه و هدف: تغییر اقلیم یا همان تغییرات آب‌وهوایی یکی از مهم‌ترین تهدیدهای عمده و حیاتی است که امروزه بشر با آن مواجه می‌باشد و عملکرد بسیاری از گیاهان از جمله ذرت (Zea mays L.)؛ را تحت تاثیر خود قرار می‌دهد.ذرت از نظر تولید جهانی بعد از گندم (.Triticum aestivum L) و برنج (Oryza sativa L.) مقام سوم را به خود اختصاص داده است؛ و با توجه به روند تغییرات اقلیمی اخیر و گرم شدن هوا به‌نظر می‌رسد کشت و کار این گیاه به‌عنوان یک گونه با مسیر فتوسنتزی C4 اهمیت بیشتری پیدا کرده است. در حال حاضر ایران با اقلیمی خشک و خشک‌سالی‌های متوالی و روند افزایشی دما نیازمند انتخاب راهبردهای سازگاری با تغییر اقلیم است. به همین منظور محققان اثرات تغییر اقلیم بر تولید گیاهان زراعی را در شرایط اقلیمی آینده و سال 2050، با استفاده از مدل گردش عمومی مورد بررسی قرار دادند. با توجه به افزایش جمعیت و ایجاد امنیت غذایی و مواجه شدن کشت و کار گیاهان زراعی با معضل تغییر اقلیم؛ مطالعه حاضر برای شبیه‌سازی اثرات تغییرات اقلیم بر گیاه ذرت و ارائه راهکارهای سازگاری این گیاه برای مقابله با اثرات تغییر اقلیم صورت گرفت.
مواد و روش‌ها: در مطالعه حاضر، از مدل SSM-iCrop2 در دو دوره (2025) 2039-2010 و (2055) 2069-2040 و تحت دو سناریو انتشار RCP4.5 و RCP8.5 در 23 ایستگاه هواشناسی کشور استفاده شد. مدل SSM-iCrop2 مدل رشد، نمو و عملکرد را به صورت روزانه به عنوان تابعی از شرایط آب و هوایی، خصوصیات خاک و مدیریت زراعی شبیه‌سازی می‌کند. همچنین این مدل توانایی شبیه‌سازی مراحل فنولوژی، گسترش و پیری برگ، تاثیر خشکی هوا، شوری و CO2 بر تولید ماده خشک، توزیع ماده خشک، تاثیر دماهای اکستریم بر سطح برگ، تشکیل عملکرد و موازنه آب خاک را دارد. با توجه به افزایش میزان دما و غلظت CO2 در آینده برای بهبود عملکرد ذرت سه راهکار سازگاری تغییر در تاریخ کشت، رسیدگی و ترکیب دو راهکار دیررسی و تسریع در کاشت که سبب افزایش عملکرد می‌شوند؛ در نظر گرفته شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد استفاده از راهکار دیررسی در هر دو دوره و راهکار تسریع در کاشت در دوره میانه (2055) و همچنین ترکیب این دو راهکار سبب افزایش عملکرد در گیاه ذرت گشته است؛ که این افزایش در 10 درصد دیررسی با 20 روز تسریع در کاشت نسبت به راهکارهای دیگر با شدت بیشتری نشان داده شد.
نتیجه‌گیری: بطورکلی می‌توان توصیه کرد که برای مقابله با اثرات تغییر اقلیم در گیاه ذرت این گیاه باید از نوع دیررس باشد و 20 روز زودتر از تاریخ کاشت رایج کشت شود؛ تا مراحل حساس رشد مانند گلدهی، پرشدن غلاف و رسیدگی با تنش‌های محیطی مواجه نشود و بهترین عملکرد حاصل شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Evaluation of corn plant adaptation strategies in Iran's future climatic conditions using SSM-iCrop2 model

نویسندگان [English]

  • Fahimeh Alizadeh 1
  • Faezeh Zaefarian 2
  • Benyamin Torabi 3
  • Majid Alimagham 4
1 Department of Agronomy, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University
2 Department of Agronomy, Faculty of Crop Sciences, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran
3 Department of Agronomy, Faculty of Plant Production, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
4 Department of Agronomy, Faculty of Plant Production, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources
چکیده [English]

Background and objectives: Climate change is one of the most important and vital threats that humanity is facing today, and the performance of many plants, including corn (Zea mays L.); affects. In terms of global production, corn ranks third after wheat (Triticum aestivum L.) and rice (Oryza sativa L.); and according to the recent climate changes and the warming of the air, it seems that the cultivation of this plant as a species with the C4 photosynthetic pathway has become more important.Currently, Iran, with its dry climate and consecutive droughts and increasing temperature, needs to choose strategies to adapt to climate change. For this purpose, the researchers investigated the effects of climate change on the production of agricultural plants in the future climate conditions and 2050, using the general circulation model.Considering the increase in population and the establishment of food security and the cultivation of crops facing agricultural challenges with the problem of climate change; the present study was conducted to simulate the effects of climate change on the corn plant and to provide adaptation solutions for this plant to deal with the effects of climate change.
Materials and methods: In the present study, used SSM-iCrop2 model in two periods (2025) 2010-2039 and (2055) 2069-2040 and under two release scenarios RCP4.5 and RCP8.5 in 23 meteorological stations of the country. The SSM-iCrop2 model simulates growth, development and yield on a daily basis as a function of weather conditions, soil properties and crop management. Also, this model has the ability to simulate the stages of phenology, leaf expansion and aging, the effect of air dryness, salinity and CO2 on dry matter production, dry matter distribution, the effect of extreme temperatures on the leaf surface, yield formation and soil water balance.
Considering the increase in temperature and CO2 in the future, to improve the yield of corn, there are three strategies to adapt to the change in the date of planting, processing and combining the two strategies of delaying and accelerating the planting, which increase the yield; is considered.
Results: The results showed that the use of the late arrival strategy in both periods and the strategy of accelerating planting in the middle period (2055) and also the combination of these two strategies have increased the yield of the corn plant; this increase in 10% lateness with 20 days acceleration in planting was shown more strongly than other strategies.
Conclusion: In general, it can be recommended that in order to deal with the effects of climate change in the corn plant, this plant should be of late type and should be planted 20 days earlier than the common planting date; so that the sensitive stages of growth such as flowering, pod filling and maturity are not faced with environmental stresses to have the best performance.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Planting date
  • RCP
  • ripening
  • temperature
  • yield

مراجع

  1. Saddique, Q., Imran, M., Rahman, M. H., Jiatun, X., Waseem, M., Waqas, M. M., Ahmad, I., Chong, L. & Cai, H. (2020). Efects of elevated air temperature and CO2 on maize production and water use efeciency under future climate change scenarios in shaanxi province china. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change, 25(1), 1523-1543.
  2. Food and Agriculture Organization (FAO). (2020). Online statistical database: Trade. 9-16.
  3. Naveenkumar, K. L., Sen, D. & Khanna, V. (2018). Effect of maize production in a changing climate Its impacts, adaptation, and mitigation strategies through breeding. Jornal of Oncology Medicine, 2(4), 186-190.
  4. Shiri, M. (2018). The mitigation of climate change effect on maize grain yield by changing of planting date in Moghan. Cereal Research, 7(4), 563-578. (In Persian)
  5. Li, X., Takahashi, T., Suzuki, N. & Kaiser, H. M. (2014). Impact of climate change on maize production in Northeast and Southwest China and risk mitigation strategies. Apcbee Procedia, 8(2), 11-20.
  6. Pradela, W., Gattob, M., Hareaua, G., Pandeyc, S. K. & Bhardwayd, V. (2019). Adoption of potato varieties and their role for climate change adaptation in India. Climate Risk Management, 23(2), 114-123.
  7. Wang, H. Q., Ge, J., Dai, Z. & Tao, N. (2015). Geographical pattern in first bloom variability and its relation to temperature sensitivity in the USA and China. International Journal of Biometeorology, 59(3), 961-969.
  8. Zunfu, L., Feifei, L. & Guoquan L. (2019). Adjusting sowing date and cultivar shift improve maize adaption to climate change in China. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change, 25(1): 87-106.
  9. Tao, F., Zhang, Z., Zhang, S., Rotter, R., Shi, W., Xiao, D., Liu, Y., Wang, M., Liu, F. & Zhang, H. (2016). Historical dataprovide new insights into response and adaptation of maize production systems to climate change/variability in China. Field Crops Research, 185(1), 1-11.
  10. Shabbir, Gh., Khaliq, T., Ahmad, A. & Saqib, M. (2017). Assessing the climate change impacts and adaptation strategies. Nation Library of Medicine, 27(18), 22568-22578.
  11. Moradi, R., Koocheki, A. & Nassiri, M. (2014). Effect of climate change on maize production and shifting of planting date as adaptation strategy. Journal of Agricultural Science and Sustainable Production, 23(4), 111-130. (In Persian)
  12. Ansari, M., Lin, Y. & Lur, H. (2021). Evaluating and adapting climate change impacts on rice production in Indonesia: A cace study of the Keduang subwatershed, Central Java. Environment, 36(1), 1-17.
  13. Addis, Y. & Abirdew, S. (2021). Smallholder farmers perception of climate change and adaptation strategy choices in Central Ethiopia. Climate Change Strategies and Management, 13(4), 463-482.
  14. Yang, X., Sun, J., Gao, J., Qiao, S., Zhang, B., Bao, H., Feng, X. & Wang, S. (2021). Effects of climate change on cultivation patterns and climate suitability of spring maize in inner Environmental Science, Agricultural and Food Sciences, 8072(13), 1-21.
  15. Rachana, D., Pathaka, H., Chakrabartia, B., Singha, Sh. & Kumar Guptaa, D. (2020). Impact of terminal heat stress on wheat yield in India and options for adaptation. Agricultural Systems, 2(1), 181-197.
  16. Karami, F., Khaledi, SH., Shakibai, A., Barati, G. & Babaeian, I. (2018). Simulation yield of maize based on scenarios of climate change in Fars province. Journal of Applied Research in Geographical Sciences, 17(47), 77-93. (In Persian)
  17. Heydari, N. (2016). Climate change and its adaptation measures for agriculture. Journal of Water Management in Agriculture, 4(2), 13-26. [In Persian]
  18. Soltani, A. & Sinclair, T. R. (2012). Optimizing chickpea phenology to available water under current and future European Journal of Agronomy, 38(4), 22-31.
  19. Ruane, A., Winter, J., Dermid, S. & Hudson, N. (2015). Climate data and scenarios for integrated assessment. Climate change and agroecosystems: Agri Model Intercompar. Improvement Project, 25(2), 45-78.
  20. Collins, W. J., Bellouin, N., Doutriaux, M., Gedney, N., Hinton, T., Jones, C. D., Liddicoat, S., Connor, F., Rae, J., Senior, C., Totterdell, I., Woodward, S., Reichler, T. & Kim, T. (2011). The HadGEM2 family of met office unified model climate configurations. Geoscientific Model Development, 4(1), 723-757.
  21. Riahi, K., Rao, S., Krey, V., Chirkov, V., Fischer, G., Kindermann, G., Nakicenovic, N. & Rafaj, P. (2011). RCP5 A scenario of comparatively high greenhouse gas emissions. Climate Change, 109(1), 33-57.
  22. Qi-hua, L., Xiu, W., Bo-cong, C. & Jie, G. (2014). Effects of low light on agronomic and physiological characteristics of rice including grain yield and quality. Rice Science, 21(5): 243-251.
  23. Koocheki, A. & Nasiri mahalati, M. (2016). Climate change effects on agricultural production of Iran: II. Predicting productivity of field crops and adaptation strategies. Field Crops Research, 14(1), 1-20. [In Persian]
  24. Saeidi, R. & sotoodehnia, A. (2021). Yield reaction to evapotranspiration of maize, under the effect of water stress at different growth stages (in Qazvin Plain). Iranian Journal of Soil and Water Research, 52(3), 611-620. (In Persian)
مجله تولید گیاهان زراعی
دوره 17، شماره 2
تیر 1403
صفحه 17-30

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار