مدلسازی خسارت آفت سن گندم (Eurygaster integriceps. Put) بر رشد و عملکرد گندم پائیزه (Triticum aestivum) تحت شرایط تغییر اقلیم

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه زراعت و اصلاح نباتات، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه رازی، کرمانشاه

2 استاد گروه زراعت، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد

چکیده

در شرایط تغییر اقلیم برهمکنش میان گیاهان زراعی و آفات دچار تغییر خواهد شد. بنابراین پیش­بینی خسارت آفات در این شرایط نقش مهمی در تعیین میزان تولیدات کشاورزی ایفا می­کند. مدل­های شبیه‌سازی رشد محصولات زراعی ابزار مناسبی برای مطالعه اثرات تغییر اقلیم هستند. علی‌رغم تنوع فراوان مدل­های رشد، در بیشتر آن‌ها ارزیابی اثرات تغییر اقلیم بر روابط بین آفات و محصولات زراعی، لحاظ نشده است. بنابراین به‌منظور دستیابی به این اهداف یک مدل بوم­شناختی فیزیولوژیک رشدونمو ساخته شد. ساختار اصلی این مدل برگرفته از مدل لینتول یک بود. در این شبیه‌سازی ابتدا مراحل فنولوژی به مدل لینتول اضافه شد، سپس فرمان بهاره شدن برای شبیه‌سازی رشد و نمو گندم پاییزه وارد مدل گردید و برای شبیه‌سازی تولید در شرایط پتانسیل، تکمیل و واسنجی شد. در نهایت مدل با وارد کردن خسارت سن گندم بر رشد و عملکرد گندم برای شرایط اقلیم رایج و آینده اصلاح گردید. پارامترهای لازم برای ساخت و واسنجی مدل از نتایج تحقیقات پیشین استخراج شد. این مدل در محیط FST برنامه‌نویسی شد و سپس با داده­های مشاهده شده مراحل فنولوژی، عملکرد وزن خشک کل و عملکرد دانه گندم و همچنین درصد کاهش عملکرد گندم به‌علت خسارت سن گندم ارزیابی شد. نتایج ارزیابی­ها نشان داد که مدل قادر بود با دقتی بالایی تغییرات مشاهده شده در صفات مورد بررسی را پیش‌بینی کند. در شرایط تغییر اقلیم به علت تسریع مراحل نموی، طول دوره رشد گندم از 240 به 217 روز کاهش یافت. در شرایط تغییر اقلیم در مقایسه با شرایط اقلیم فعلی افزایش متوسط درجه حرارت منجر به کاهش میانگین عملکرد دانه گندم در تراکم­های مختلف سن تا حدود 47 درصد و افزایش غلظت دی‌اکسید‌کربن منجر به افزایش آن تا حدود 36 درصد شد. همچنین برهمکنش افزایش غلظت دی‌اکسید‌کربن و درجه حرارت نیز باعث کاهش میانگین عملکرد دانه تا حدود 18 درصد نسبت به شرایط اقلیم فعلی شد. افزایش درجه حرارت و برهمکنش افزایش درجه حرارت و غلظت دی‌اکسیدکربن بر خلاف افزایش غلظت دی‌اکسیدکربن منجر به شروع زودتر ریزش سن گندم به مزارع و افزایش طول دوره همپوشانی این حشره با طول دوره رشد گندم گردید. بنابراین به‌نظر می‌رسد که در شرایط تغییر اقلیم آینده در مقایسه با شرایط اقلیم فعلی، میانگین میزان خسارت سن گندم در تراکم­های مختلف بر عملکرد دانه گندم حدود 7 درصد افزیش یابد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Modeling of Sunn Pest (Eurygaster integriceps Put.) Damage on Winter Wheat (Triticum aestivum) Growth and Yield Under Climate Change Condition

نویسندگان [English]

  • farzad mondani 1
  • mehdi nasiri mahalati 2
  • alireza koghaki 2
چکیده [English]

The future climate change will alter crop-pest interactions and will affect on amount of crops production, therefore, it is essential to predict pest damage in future conditions. Crop growth models are a technique that researchers could use to study possible impacts of climate change on crops. Although several dynamic models have been developed in recent years, most of them are not generally evaluating impacts of climate change on crop-pest interactions. In the present study, an eco-physiological crop model has been developed to meet these objectives. Its general structure relating to basic crop growth and yield is largely based on LINTUL model, and is written in Fortran Simulation Translator (FST) environment. In this modeling, first, we added phonological development stage (DVS) to LINTUL for simulation of winter wheat growth and then the model calibrated for potential production level. Finally, we incorporate effects of sunn pest damages to winter wheat growth and yield. Parameter values were derived from the literature. The model validated against observed values of DVS, total dry weight yield (TDWY) and grain yield (GY) of winter wheat and winter wheat yield loss due to sunn pest taken from a field experiment. Results indicated that the model was able to explain successfully the observed differences in DVS, TDWY and GY. The loss in TDWY and GY due to sunn pest was also explained satisfactorily. Our simulation results showed that life cycle of winter wheat (from 240 to 217) will be shortened due to accelerate development rate under future climate. The impact of rising temperature on average GY of winter wheat in sunn pest densities was negative (about 47%) while the impact of elevated [CO2] was positive (about 36%) on it. Interaction of elevated [CO2] and temperature also had a negative effect (about 18%) on average GY of winter wheat in sunn pest densities. The impact of rising temperature was positive on sunn pest while the impact of elevated [CO2] had not any effects on it. Therefore, it seems that sunn pest damage on winter wheat growth and yield will be increased (about 7%) in the future climate compared to current climate.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Climate change
  • Pest impact modeling
  • validation
  • Yield loss

ایرانی‌پور ش.، خرازی پاکدل، ع.، رجبی، غ. و رسولیان، غ. 1381. تلفات ویژه سنی و تغییرات سرعت نشو و نمای مراحل نابالغ سن گندم (Eurygaster integriceps) در چهار دمای ثابت آزمایشگاهی. مجله آفات و بیماری­های گیاهی، 70 (2)، 1-17.

جعفــرنــژاد، ا. و رحیمیــان‌مشــهدی، ح. 1381. مطالعــه رقابــت بین ارقــام گندم با یولاف وحشی و منداب. مجله علوم کشاورزی و منابع طبیعی، 10 (1)، 55-93.

خانجانی، م. 1383. آفات گیاهان زراعی ایران. چاپ اول انتشارات دانشگاه بو علی‌سینا همدان، صفحه 719.

طهماسبی، ا.، راشدمحصل، م. ح.، رضوانی‌مقدم، پ.، قنبری، ع. و زند، ا. 1390. ارزیابی جوانه‌زنی و سبزشدن توده‌های یولاف وحشی (Avena ludoviciana) حساس و مقاوم به علفکش­های آریلوکسی فنوکسی پروپیونات جمع‌آوری شده از مزارع گندم شهرستان‌های دزفول و اندیمشک. مجله پژوهش‌های زراعی ایران، 9 (3)، 406-415.

کوچکی، ع.، سلطانی، ا.، شریفی، ح. و کمالی، غ. ع. 1380. اثرات تغییر اقلیم بر خصوصیات رشد، نمو و عملکرد آفتابگردان و نخود آبی و دیم در شرایط تبریز. علوم و صنایع کشاورزی، 15 (1)، 155-164.

کوچکی، ع. و نصیری‌محلاتی، م. 1387. تأثیر تغییر اقلیم همراه با افزیش غلظت CO2 بر عملکرد گندم در ایران و ارزیابی راهکارهای سازگاری. پژوهش‌های زراعی ایران، 6 (1)، 139-153.

مظفری، غ. و عزیزیان، م. ص. 1390. بررسی طغیان آفت سن گندم بر مبنای ویژگی‌های دما در استان کردستان (مطالعه موری: شهرستان بیجار). پژوهش‌های جغرافیای طبیعی، 43 (76)، 121-135.

موحدی‌فاضل، م. و عبداللهی، غ. ع. 1381. بررسی روند تغییرات فصلی وزن تر، خشک و مقدار آب در سن معمولی گندم (Eurygaster integriceps) در اماکن تابستان و زمستان‌گذرانی. آفات و بیماری‌های گیاهی، 71 (1)، 69-77.

نصیری‌محلاتی، م. و  کوچکی، ع. 1388. پهنه‌بندی اگرواکولوژیکی گندم در استان خراسان: برآورد پتانسیل و خلاء عملکرد. مجله پژوهش‌های زراعی ایران، 7 (2)، 695-709.

نوری، ح.، آزمایش‌فرد، پ.، عبداللهی، غ.، نوری‌قنبلانی، ق. و خرازی‌پاکدل، ع. 1381. ارزیابی خسارت کمی حشرات کامل سن معمولی گندم در منطقه قزوین. مجله آفات و بیماری­های گیاهی، 69 (2)، 155-169.

Asseng S., Jamieson P. D., Kimball B., Pinter P., Sayre K., Bowden J. W. and Howden, S. M. 2004. Simulated wheat growth affected by rising temperature, increased water deficit and elevated atmospheric CO2. Field Crops Research, 85: 85-102.

Beaumont L. J., Hughes, L. and Poulsen, M. 2005. Predicting species distributions: use of climatic parameters in BIOCLIM and its impacts on prediction of species current and future distributions. Ecological Modeling, 186: 250-269.

Bergant K., Bogataj L. K. and Trdan, S. 2006. Uncertainties in modelling of climate change impact in future: An example of onion thrips (Thrips Tabaci Lindeman) in Slovenia. Ecological modeling, 194: 244-255.

Critchley, B. R. 1998. Literature review of sunn pest Eurygaster integriceps Put. (Hemiptera, Scutelleridae). Crop Protection, 17: 271-287.

Da Matta, F. M., Grandis, A., Arenque, B. C. and Buckeridge, M. S. 2010. Impacts of climate changes on crop physiology and food quality. Food Research International, 43: 1814-1823.

De Wit, C. T. 1997. LINTUL1: A simple general crop growth model for optimal growing conditions (example: spring wheat).Dept. of Theoretical Ecology of the Wageningen Agricultural University and DLO-Research Centre for Agrobiology and Soil Fertility. P.O. Box 430, 6700 Wageningen, The Netherlands. 27 p.

F. A. O. 2009. Sunn Pests and their Control in the Near East, F. A. O Corporate Document Respository, pp. 1-17.

Fuhrer, J. 2003. Agroecosystem responses to combinations of elevated CO2, ozone and global climate change. Agriculture, Ecosystems and Environment, 97: 1-20.

Hogy, P., Keck, M., Niehaus, K., Franzaring, J. and Fangmeier, A. 2010. Effects of atmospheric CO2 enrichment on biomass, yield and low molecular weight metabolites in wheat grain. Journal of Cereal Science, 52: 215-220.

IPCC. 2007. Climate change 2007: The physical science basis. Summary for policy makers. Paris: WMO/UNEP.

Jamieson, P. D., Berntsen, J., Ewert, F., Kimball, B. A. ,Olesen, J. E., PinterJr, P. J., Porter, J. R. and Semenov M. A. 2000. Modelling CO2 effects on wheat with varying nitrogen supplies. Agriculture, Ecosystems and Environment, 82: 27-37.

Kazzazi, M., Bandani, A. R. and Hosseinkhani, S. 2005. Biochemical characterization of α-amylase of the Sunn pest, Eurygaster integriceps. Entomological Science, 8: 371-377.

Kimball, B. A., Kobayashi, K. and Bindi, M. 2002. Responses of agricultural crops to free-air CO2 enrichment. Advances in Agronomy, 77: 293-368.

 

 

McCarthy, J. J., Canziani, O. F., Leary, N. A., Dokken, D. J. and White K. S. 2001. Climate change 2001: impacts, adaptation and vulnerability. Contribution of Working Group II to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge University Press, Cambridge, New York. 1010 p.

McDonald, A., Riha, S., DiTommaso, A. and DeGaetano, A. 2009. Climate change and the geography of weed damage: Analysis of U.S. maize system suggests the potential for significant range transformations. Agriculture, Ecosystems and Environment, 130: 131-140.

Mehrabadi, M., Bandani, A. R., Saadati, F. and Ravan, S. 2009. Sunn pest, Eurygaster integriceps Putton (Hemiptera: Scutelleridae), digestive α-amylase, α-glucosidase and β-glucosidase. Journal of Asia-Pacific Entomology, 12: 79-83.

Parry, M. L., Rosenzweig, C., Iglesias, A., Livermore, M. and Fischer, G. 2004. Effects of climate change on global food production under SRES emission sandsocio-economic scenarios. Global Environmental Change, 14: 53-67.

Patterson D.T. 1995. Weeds in a changing climate. Weed Science, 43: 685-701.

Richter, G. M. and Semenov, M. A. 2005. Modeling impacts of climate change on Wheat yields in England and Wales: assessing drought risks. Agricultural Systems, 84: 77-97.

Spitters, C. J. T., Van Keulen, H. and Kraalingen, D. W. G. 1989. A simple and universal crop growth simulator: SUCROS87. In: Simulation and Systems Management in Crop Protection. Rabbinge, R., Ward , S. A. and Van Laar H. H. (Eds.), Pudoc, Wageningen, The Netherlands,. 147-181.

Trnka, M., Muska, F., Semeradova, D., Dubrovsky, M., Kocmankova, E. and Zalud, Z. 2007. European Corn Borer life stage model: Regional estimates of pest development and spatial distribution under present and future climate. Ecological modeling, 207: 61-84.

Tubiello, F. N., Amthor, J. S., Boote, K. J., Donatelli, M., Easterling, W. and Fischer, G. 2007. Crop response to elevated CO2 and world food supply. European Journal of Agronomy, 26: 215-233.

Van Kraalingen, D. W. G. 1995. The FSE system for crop simulation: version 2.1. Quantitative Approaches in Systems Analysis Report 1: C. T. de Wit Graduate School for Production Ecology and AB-DLO. Wageningen, The Netherlands. 58 p.

Willocquet, L., Savary, S., Fernandez, L., Elazegui, F. and Teng P. 2000. Development and evaluation of a multiple-pest, production situation specific model to simulate yield losses of rice in tropical Asia. Ecological Modelling, 131: 133-159.