ارزیابی کارایی مدل‌های رشد، نمو گیاهان زراعی در شرایط افزایش CO2

نوع مقاله : مقالات پژوهشی

نویسنده

چکیده

چکیده
تشعشع، آب و دی اکسید کربن سه جزء اساسی مورد نیاز گیاهان برای رشد و نمو بوده و در یک دامنه وسیع، افزایش هر سه جزء باعث افزایش رشد و بهره دهی زیست کره می‌گردد. افزایش مصرف سوخت‌های فسیلی باعث افزایش غلظت دی اکسید کربن اتمسفر می‌شود و لذا بر اساس اصول پایه فیزیولوژی گیاه افزایش دی اکسید کربن بایستی باعث افزایش فتوسنتز و بهره دهی اولیه اکوسیستم‌ها شود. در عین حال این احتمال وجود دارد که دیگر مکانیزم‌های فیزیولوژیک حاکم بر رشد و نمو گیاهان نیز دستخوش تغییر شود. برای دستیابی به این شناخت نیاز به یک ابزار پیش بینی است و مدل‌های شبیه سازی ابزار مناسب آن هستند. عمده تحقیقات مربوط به تأثیرات تغییر اقلیم بر تولید محصولات زراعی با استفاده از مدل‌های رشد و نمو گیاهان انجام می‌گیرد، با وجود آنکه تمامی مدل‌های رشد و نمو گیاهان برای شرایط فعلی ساخته شده اند. محققین با استفاده از روابط تجربی بین مقادیر دی اکسید کربن و یا دما و رشد و نمو گیاهان و تغییر در این روابط، سازگاری و تغییرمیزان تولید محصولات زراعی را در شرایط احتمالی تغییر اقلیم آینده پیش بینی می‌نمایند. هدف از انجام این تحقیق، بررسی کارایی مدل‌ها و تعیین احتمال نیاز به تغییر برخی روابط کمی شده مکانیسم‌های رشد و نمو گیاهان در شرایط تغییر اقلیم، می‌باشد. برای انجام این تحقیق از داده‌های منتشر شده از دو تحقیق بین المللی بر روی برنج (افزایش دی‌اکسید کربن و ازت) و بادام زمینی (افزایش دی اکسید کربن و درجه حرارت) استفاده شده است. مدل‌های شبیه سازی واکنش گیاهان به افزایش دی‌اکسید کربن افزایش تولید را تا 30% در محیطهای کنترل شده در شرایطی که محدودیت آب و عناصر غذایی وجود ندارد، پیش بینی کرده اند، اما داده‌های حاصل از آزمایشات مزرعه ای (Free Air CO2 Enrichment: FACE) تصویر دیگری را به نمایش گذاشته است. نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که روش‌های جدیدی برای مدلسازی واکنش گیاهان به تغییرات دی اکسید کربن برای درک بهتر وضعیت گیاهان و اکوسیستم‌ها در شرایط آینده مورد نیاز می‌باشد. یکی از راهکارهای اساسی برای تصحیح مدل ها، توصیف فرایندهای اساسی وابسته به دی اکسید کربن است. این امر شامل تحلیل داده‌های آزمایشی برای فرآیندهایی همچون فتوسنتز، مصرف آب و اختصاص مواد فتوسنتزی است. نیاز دوم دستیابی به ساختاری از مدل است که در آن اجزای اصلی و فرایندهای اکوسیستم‌ها که در رابطه غیر مستقیم با دی اکسید کربن هستند شامل اثرات متقابل دی اکسید کربن ودیگر متغیرهای مدیریتی و محیطی در نظر گرفته شده باشد. نتایج این تحقیق نشان داد که شبیه سازی شاخص سطح برگ بر اساس کربن در شرایط افزایش دی اکسید کربن منجر به خطای بالای شبیه سازی شده و همچنین اثرات متقابل پارامتر‌های محیطی به خوبی در مدل‌ها فرموله نشده است.

واژه های کلیدی: تغییر اقلیم و کشاورزی، مدل‌های شبیه سازی گیاهان زراعی، افزایش دی اکسید کربن

عنوان مقاله [English]

Crop models efficiency and performance under elevated atmospheric CO2

نویسنده [English]

  • M. Bannayan Aval
چکیده [English]

Abstract
Radiation, water and CO2 are three major resources requirement for crops growth and development and within a wide range, increasing each of them would increase the biosphere productivity. Higher usage of fossil fuels is increasing the atmospheric CO2 and according to known crop physiological functions, such conditions should increase the crops production. However there is a possibility that these functions forced to modify as well due to such a change in atmosphere. In order to realize such a change, robust models are required which in turn demands high quality data and complete test of the models. Most climate change studies benefit from crop models however, all models are structured and developed based on current conditions. Our objectives in this study are verification of two crop models for such a possible future climate change and to find whether there are any required modifications for these crop models. Required data for this study were obtained from two international studies on rice plant under FACE experiment in Japan and on peanut crop in USA. Rice experiment included the effects of nitrogen and elevated CO2 and peanut experiment was looking for the effects of CO2 and temperature. Observed data were employed within CSM-DSSAT for peanut and Oryza2000 model for rice plant. The results showed that both models wrongly simulated the magnitude and direction of crops responses mostly for interaction of CO2 and nitrogen and/or temperature which indicated the requirement of modification of some relationships in the crop models in order to be used for any future recommendation under climate change.

Key words: Climate change, Crop models, Rice plant, Peanut crops