مدیریت آبیاری با مدل CROPWAT 8.0 و ارزیابی اقتصادی سه رقم توتون در منطقه رشت

استاد راهنما

دكتر محمدحسن بیگلویی

تابستان1393

  برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود (در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است) تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه : (ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است) فصل اول: کلیات تحقیق 2 1-1-  مقدمه. 3 1-2-  بیان مسئله. 4 1-3- اهمیت و ضرورت تحقیق.. 5 1-4- فرضیه ها 5 1-5- اهداف تحقیق.. 6 1-6- محدوده تحقیق.. 6 1-6-1- محدوده تحقیق از نظر موضوعی.. 6 1-6-2-  محدوده تحقیق از نظر مکانی.. 6 1-6-3- محدوده تحقیق از نظر زمانی.. 6 1-7- توتون و اهمیت آن دراقتصاد کشورها 6 فصل دوم: مروری بر منابع. 8 2-1- تاریخچه کشت توتون در جهان.. 9 2-2- تاریخچه کشت توتون در ایران.. 9 2-3- جایگاه كشت توتون درگیلان.. 10 2-4- سطح زیر کشت و تولد توتون در ایران و جهان.. 10 2-5- گیاهشناسی توتون.. 11 2-6- نیازهای اقلیمی توتون.. 12 2-7-  نیازهای زراعی توتون.. 12 2-8-  سیستم کشت توتون.. 14 2-9-آبیاری توتون.. 16 2-10- روشهای مدیریت آبیاری در سیستم کشت توتون و اثرات آن بر عملکرد. 19 2-11-کارایی مصرف آب توسط گیاه. 20 2-12- ارقام توتون.. 23 2-13- اثرات مدیریت آبیاری بر عملکرد توتون.. 23   2- 14- اثرات مدیریت آبیاری و ارقام مورد آزمایش بر اجزای عملکرد توتون.. 24 2- 15- مدل CROPWAT. 25 2-16- توابع تولید محصول نسبت به آب… 26 فصل سوم: مواد و روش ها 28 3-1- خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک محل انجام آزمایش…. 29 3-2- اطلاعات هواشناسی منطقه مورد آزمایش…. 30 3-3- مشخصات طرح آزمایشی.. 30 3-4- آبیاری توتون.. 30 3-5- مواد آزمایشی.. 30   3-5-1- معرفی ارقام. 30 3-5-2- معرفی مدل CROPWAT 8.0. 31 3-6- مراحل اجرای طرح.. 31 3-6-1- تهیه خزانه. 31 3-6-2- آماده سازی زمین و اعمال تیمارها 32 3-6-3- مراحل داشت توتون در زمین اصلی.. 33 3-7- صفات اندازه گیری شده. 35 3-7-1- طول برگ… 35 3-7-2- عرض برگ… 35 3-7-3- تعداد برگ… 35 3-7-4- ارتفاع گیاه. 35 3-7-5- قطر ساقه. 36 3-7-6- سطح برگ… 36 3-7-7- تعیین وزن تر و خشک برگ… 36 3-7-8- تعیین مقدار قند برگ… 36 3-7-9- تعیین مقدارنیکوتین برگ… 37 3-8- توابع تولید ارقام توتون نسبت به آب… 37 3-9- محاسبات آماری.. 37 فصـل چهارم: تجـزیه و تحلیل داده ها 38 4-1- اثر آبیاری بر عملکرد کمی.. 39 4-2- اثر آبیاری بر قیمت برگ خشک توتون.. 40 4-3- اثر آبیاری بر درآمد ناخالص در واحد سطح.. 40 4-4- اثر آبیاری  بر طول و عرض برگ توتون.. 45 4-5- اثر آبیاری  بر ارتفاع بوته. 45 4-6- اثر آبیاری بر تعداد برگ… 46 4-7- اثر آبیاری  بر  قطر ساقه. 46 4-8- اثر آبیاری  بر سطح برگ… 47 4-9- توابع تولید ارقام توتون نسبت به آب… 51 4-10- اثر آبیاری  بر میزان قند برگ توتون.. 52 4-11- اثر آبیاری بر میزان نیکوتین برگ توتون.. 54 فصـل پنجم: نتیجه گیری و بحث.. 60 5-1- نتیجه گیری.. 61 5-2-نتیجه گیری نهایی.. 66 5-3- پیشنهادات… 66 منابع و مآخذ. 68 چکیده انگلیسی.. 73   فهرست جداول­   عنوان                                                                                                                                     صفحه   جدول 2-1 سطح زیر کشت و تولید توتون در کشورهای مختلف جهان بر اساس آمار. 11 جدول 3-1 برخی خصوصیات شیمیایی خاک محل انجام آزمایش…. 29 جدول 3-2 برخی خصوصیات فیزیکی خاک محل انجام آزمایش…. 29 جدول 3-3 آمار هواشناسی ایستگاه تحقیقات توتون گیلان در سال انجام آزمایش…. 34 جدول 3-4 تعداد دور آبیاری و میزان آب مصرفی در هر دور و در کل دوره رشد گیاه. 35 جدول 4-1 تجزیه واریانس صفات عملکرد برگ تر و خشک، قیمت وزن واحد و قیمت در واحد سطح ارقام توتون در سطوح مختلف نیاز آبی   42 جدول 4-2 مقایسه میانگین عملکرد برگ تر و خشک، قیمت وزن واحد، قیمت در واحد سطح در سطوح مختلف نیاز آبی گیاه 43 جدول 4-3 مقایسه میانگین عملکرد برگ تر، عملکرد برگ خشک، قیمت وزن واحد و درآمد هکتاری در ارقام توتون.. 43 جدول 4-4 مقایسه میانگین اثر متقابل آبیاری در ارقام توتون بر عملکرد برگ تر و خشک، قیمت وزن واحد وقیمت در واحد سطح.. 44 جدول 4- 5 تجزیه واریانس صفات طول برگ، عرض برگ، ارتفاع بوته، تعداد برگ، قطر ساقه و سطح برگ ارقام توتون در سطوح مختلف نیاز آبی.. 48 جدول 4-6 مقایسه میانگین طول برگ، عرض برگ، تعداد برگ، ارتفاع بوته، قطر ساقه و سطح برگ در سطوحمختلف نیاز آبی.. 49 جدول 4-7 مقایسه میانگین طول برگ، عرض برگ، تعداد برگ، ارتفاع بوته، قطر ساقه و سطح برگ در ارقام توتون.. 49 جدول 4-8 مقایسه میانگین اثر متقابل آبیاری در ارقام توتون بر طول برگ، عرض برگ، تعداد برگ، قطر ساقه، سطح برگ… 50 جدول 4-9 تجزیه واریانس صفات نیکوتین پابرگ، کمربرگ، لچه برگ و قند پابرگ، کمربرگ و لچه برگ ارقام توتون در سطوح مختلف نیاز آبی   58 جدول 4-10 مقایسه میانگین صفات نیکوتین پابرگ، کمربرگ، لچه برگ و قند پابرگ، کمربرگ و لچه برگ در ارقام توتون.. 58 جدول 4-11 مقایسه میانگین اثر متقابل آبیاری در ارقام توتون بر نیکوتین و قند پابرگ، کمربرگ و لچه برگ… 59   فهرست شکل­ها   عنوان                                                                                                                                     صفحه   شکل 4- 1 منحنی تابع تولید رقم Coker347. 51 شکل 4- 2 منحنی تابع تولید رقم PVH19. 51 شکل 4- 3 منحنی تابع تولید رقم ULT138. 52 شکل 4- 4  درصد قند برگ در سطوح نیاز آبی در پابرگ، کمربرگ و لچه برگ… 56 شکل 4- 5 درصد نیکوتین برگ در سطوح مختلف نیاز آبی در پابرگ، کمربرگ و لچه برگ… 57     چکیده به منظور بررسی مدیریت آبیاری توتون که یکی از محصولات با ارزش کشاورزی و صنعتی است و در شرایط مختلف آب و هوایی کشت می­شود، آزمایشی به صورت کرت­های خرد شده بر پایه بلوک­های کامل تصادفی با در نظر گرفتن 50 (I1) ، 75 (I2) و 100(I3) درصد نیاز آبی گیاه در کرت­های اصلی و ارقام توتون Coker347 (V1) ، PVH19 (V2) و ULT138 (V3) در کرت­های فرعی در سه تکرار به اجرا درآمد. این طرح در سال 1389 در مرکز تحقیقات توتون رشت انجام گرفت و مدیریت آبیاری سه رقم توتون با استفاده از داده­های هواشناسی منطقه با بکارگیری برنامه کامپیوتری CROPWAT8.0 برنامه­ریزی شد. بر اساس نتایج بدست آمده از نظر وزن تر محصول، ارقام نر عقیم نسبت به رقم کوکر آبدوست تر بوده و پتانسیل پذیرش آب بیشتری را از خود نشان دادند. از نظر این صفت رقم PVH19 (V2) با آبیاری 100درصد با 15710 کیلوگرم بیشترین و رقم کوکر347 (V1) با آبیاری 50 درصد با 8786 کیلوگرم کمترین عملکرد برگ تر را داشتند. از نظر تولید برگ خشک نیز ارقام نر عقیم نسبت به رقم کوکر دارای عملکرد بیشتری بودند. از نظر این صفت رقم PVH19 (V2) با نیازآبی 75 درصد و تولید 1761کیلو محصول برتر از سایر ارقام بوده و رقم کوکر347 با 50 درصد نیاز آبی با 912 کیلو کمترین مقدار محصول برگ خشک را داشت. نتایج طرح نشان داد که تیمار رقم PVH19 (V2) با 100 درصد نیاز آبی از نظر درآمد هکتاری با29010000 ریال بیشترین و تیمار، رقم Coker347 (V1) با50 درصد نیاز آبی با 9514700ریال کمترین درآمد را به خود اختصاص داد. نتایج حاصله نشان داد که با صرفه­جویی 25 درصدی در مصرف آب نه تنها از میزان محصول و درآمد کشاورز کم نمی­شود بلکه در هزینه­های مصرف آب و کارگری نیز صرفه­جویی قابل توجهی به عمل می­آید. بنابراین با در نظر گرفتن هزینه­ها و درآمد حاصل از اجرای طرح، تیمار (I2V2) ( PVH19 با نیازآبی 75 درصد) به عنوان تیمار برتر انتخاب و معرفی گردید.   واژگان کلیدی : توتون، منابع آب، كراپ وات، بهره وری آب کشاورزی، مدیریت آبیاری   فصـل اول کلیات تحقیق

1-    1- مقدمه

نگرش فراگیر و همه­جانبه به مدیریت مصرف آب در بخشهای مختلف تنها راه برای حل بحران آب است، تا در پرتو درک اهمیت این ماده حیاتی، بتوان با مدیریت علمی و دقیق، بهره­وری آن را بیش از پیش ارتقاء داد. زیرا بیش از 97 درصد از آبهای کره زمین بصورت آب شور است که در اقیانوس­ها جای گرفته و 15/2 درصد از 5/2 درصد آب شیرین باقیمانده بصورت یخ قطبی است در نتیجه فقط 65/0 درصد از آب شیرین قابل استفاده می­باشد که 16/0 درصد از آن به شکل بخار در جو موجود است و آب باقیمانده که 49/0 درصد کل آب شیرین کره زمین را تشکیل می­دهد بصورت آبهای زیرزمینی یا سطحی در دریاچه­ها، رودخانه­ها، نهرها موجود می­باشد اما تمامی این منابع آب الزاماً از لحاظ اقتصادی قابل مدیریت و بهره­برداری نیستند (هاشمی­نیا، 1383). استان گیلان با برخورداری از حدود 600 هکتار سطح زیر کشت توتون و با متوسط عملکرد 1500 کیلوگرم در هکتار بعد از استان های مازندران و گلستان سهم مهمی در تولید توتون کشور و از نظر صنعت ساخت سیگار مقام اول را در خاورمیانه دارد (بی­نام، 1392). سطح زیر کشت توتون در دنیا 69/3 میلیون هکتار و تولید سالانه آن 88/6 میلیون تن و عملکرد آن در کشور­های در حال توسعه حدود 6/1 و در کشورهای توسعه یافته حدود 2/2 تن در هکتار است (جدول 1- 1). سازمان خوار­و­بار­جهانی ((FAO, 2009 . همچنین سطح زیر کشت توتون در ایران حدود 5 هزار هکتار با تولید سالانه 14700 تن برآورد گردیده است (FAO, 2009) .توتون در استان­های شمالی کشور بیشتر بدون آبیاری (دیم) و در استان­های آذربایجان غربی و کردستان به صورت آبی کشت می شود. تغییرات عوامل اقلیمی در سال­های اخیر از جمله افزایش درجه حرارت هوا، کاهش میزان بارش و پراکنش نامنظم آن در طول مرحله رشد موجب ایجاد تنش خشکی در مراحل مختلف رشد گیاه شده و میزان عملکرد را در شرایط دیم به طور قابل ملاحظه­ای کاهش داده است )بیگلویی و همکاران، 1385). آبیاری گزینه با ارزشی برای افزایش بهره­وری آب در اراضی کشت دیم است و بدون توجه به آن دستیابی به عملکرد مطلوب در شرایط دیم امکان پذیر نمی­باشد. کم آبی همانند آب بیش از حد نیاز به طور معنی­داری موجب کاهش عملکرد و کیفیت توتون می­شود. از این رو آبیاری به مقدار کافی و در زمان مناسب در عملکرد توتون نقش بسزایی دارد. بارش باران ملایم همراه با هوای ابری پس از نشاءکاری، بارش سبک در اوایل مرحله رشد و باران ملایم همراه با هوای روشن و آفتابی در مرحله رشد سریع و عدم بارش در مرحله برگ چینی (بارش در این مرحله از رشد موجب شسته شدن صمغ سطح برگ­ها و کاهش کیفیت برگ می شود) بهترین شرایط برای رشد در مزرعه می­باشد. توتون گیاهی است که بر اساس نحوه خشکانیدن در چهار گروه گرمخانه­ای[1]، هواخشک[2]، آفتاب­خشک[3] و آتش­خشک[4] طبقه­بندی می­شود و کشت اصلی توتون­کاران گیلانی، توتون­های تیپ غربی مانند رقم COKER347 (V1) که عموما” برگ­درشت بوده و در گرم­خانه خشک می­شوند، می­باشد. بنابراین بکارگیری برنامه کامپیوتری کراپ­وات در قالب طرح تحقیقاتی می­تواند جهت تعیین زمان و مقدار آب مورد نیاز (مدیریت آبیاری) در عملکرد کمی و کیفی توتون­های ارقام تجاری PVH19 (V2) ، ULT138 (V3)  و رقم محلی COKER347 (V1) که از توتون­های گرمخانه­ای محسوب می شوند نقش بسزایی داشته باشد.

1-2-  بیان مسئله

توتون یکی از محصولات با ارزش کشاورزی و صنعتی است که در شرایط مختلف آب هوایی در بیش از صد کشور دنیا کشت می شود و در اقتصاد بعضی از آنها تاثیر بسزایی دارد . با توجه به اینكه بزرگترین کارخانه سیگارت سازی خاور میانه در استان گیلان قرار دارد و در سال­های اخیر به دلیل رقابت شدید كشت­های رقیب در منطقه و كم شدن چشم­گیر سطح زیر كشت توتون از یك ­سو و كاهش نزولات آسمانی و پراكنش نامنظم آن در طول فصل رشد از سوی دیگر موجب پایین آمدن عملكرد در واحد سطح گردیده و هر ساله ارز زیادی صرف واردات توتون می­شود بنابراین برای تامین توتون كارخانه­های سیگارت سازی، نیاز به افزایش عملکرد در واحد سطح با اعمال مدیریت آبیاری می­باشد. با توجه به تحقیقات انجام گرفته، نیاز آبی توتون از نظر ارقام و مراحل رشد گیاه بسیار متفاوت است به گونه ای که آبیاری بلافاصله بعد از عمل نشاکاری غیر از مواقع خشکی و گرمای شدید توصیه نمی­شود زیرا حداکثر نیاز آبی آن 50 الی 70 روز بعد از نشاکاری (Ananymous, 1998) است وکمبود آب در اواسط مرحلة توسعه موجب کاهش رشد و کوچکتر ماندن برگ­ها می­شود و کمبود شدید آن در طول مرحله گل­دهی و رسیدگی، موجب تأخیر در مرحله برداشت محصول و در نتیجه کاهش وزن برگ و ترکیبات شیمیایی آن می­شود (Doorenbos and Kassam, 1986). در توتون کم آبی همانند آب بیش حد نیاز بطور معنی­داری موجب کاهش عملکرد كمی و كیفی آن می­شود، از این رو آبیاری به مقدار کافی و در زمان مناسب (مدیریت آبیاری) در عملکرد توتون نقش به سزایی دارد. بنابراین افزایش عملکرد کمی و کیفی توتون بدون توجه به  ارقام  و اعمال مدیریت آبیاری امکان پذیر نمی­باشد. در این آزمایش ارقام توتون Coker347 , ULT138  و PVH19  با سه سطح 50،  75 و100 درصد نیاز آبی با استفاده از مدل CROPWAT بر اساس شرایط آب و هوایی سال 1389 منطقه در مرکز تحقیقات توتون رشت جهت مقایسه عملکرد كمی و كیفی با رویکرد صرفه اقتصادی مورد آزمایش قرار گرفت.

1-3- اهمیت و ضرورت تحقیق

در استان گیلان توتون طی سالیان گذشته عمدتاً بدون آبیاری کشت می­شد و معمولاً بجز آب نشاءکاری آب دیگری در طول دوره داشت به آن داده نمی­شد. و این در شرایطی بود که میزان بارندگی استان بیش از 1500 میلی­متر در سال بود. در سال­های اخیر به دلیل کاهش میزان بارندگی و نامنظمی پراکنش آن بویژه در طول دوره رشد، توتونکاران ناگزیر به انجام آبیاری تکمیلی گردیده­اند. اما بعلت بی­اطلاعی از نیاز آبی توتون، در بسیاری از مناطق بیشتر و کمتر از نیاز واقعی گیاه آبیاری انجام می­گیرد. در حال حاضر جمعیت کشور بیش از 70 میلیون نفر است و برای تولید 65 میلیون تن محصول حدود 85 میلیارد متر مکعب آب ( با کارایی 62/0 کیلوگرم با مصرف 1000 لیتر) مصرف می شود. با توجه به پیش­بینی­های انجام شده در 50 سال آینده جمعیت ایران به حدود 120 میلیون نفر خواهد رسید. مسئله مهم پیش روی کشاورزی کشور این است که با افزایش جمعیت چگونه می­توان تولیدات کشاورزی را به دو برابر مقدار کنونی یعنی 130 میلیون تن رساند؟ بنابر­این با نگرش به منابع آبی به این واقعیت تلخ پی می­بریم که هر چند زمین کشاورزی به قدر کافی داشته باشیم، منابع آبی اجازه استفاده دو برابر فعلی یعنی 170 میلیارد متر مکعب را نمی­دهد. و این امر با توجه به قرار گرفتن ایران در گروه کشورهای « کمبود مطلق آب » مدیریت علمی و دقیق بهره­وری آب را بیش از پیش می طلبد.

1-4- فرضیه­ها

– مدیریت آبیاری با استفاده از برنامه CROPWAT  می­تواند در صرفه­جویی مصرف آب مؤثر باشد. –  مدیریت آبیاری مناسب می­تواند بر افزایش عملکرد کمی و کیفی توتون و اقتصادی بودن آن مؤثر باشد. – افزایش سود اقتصادی محصول به ازاء هر واحد آبیاری در شرایط محدودیت آب با اعمال مدیریت صحیح آبیاری می­تواند موجب گسترش تولید گیاه توتون در بین کشاورزان منطقه گردد.    

1-5- اهداف تحقیق

• با استفاده از برنامه کامپیوتری CROPWAT مدیریت آبیاری برای کشت ارقام مختلف توتون در منطقه رشت موجب صرفه جویی در مصرف آب و افزایش عملکرد کمی و کیفی آن خواهد شد.
• با توجه به شرایط اقلیمی منطقه با اعمال مدیریت صحیح آبیاری می­توان تولید ارقام مناسب گیاه توتون را در منطقه از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نمود.
• نتایج حاصل از این تحقیق می­تواند کاربرد چندگانه در مدیریت و برنامه­ریزی آبیاری از نظر افزایش بهره­وری آب جهت مقابله با بحران آن در مناطق تحت کشت توتون داشته باشد.

 1-6- محدوده تحقیق

1-6-1- محدوده تحقیق از نظر موضوعی

با توجه به قرار گرفتن ایران در یک منطقه خشک و نیمه خشک و اختصاص دادن درصد بالایی از آب مصرفی به بخش کشاورزی نیاز به بالا بردن راندمان کاربرد آب احساس می­شود. و یکی از راه­های بالابردن راندمان و جلوگیری از هدر رفت آب توجه به مسأله نیاز آبی گیاهان می­باشد. در این تحقیق با توجه به موقعیت جغرافیایی محل آزمایش علاوه بر اندازه­گیری خواص مرفولوژیکی و خواص کیفی توتون، پارامترهای اقتصادی کشت سه رقم توتون مدیریت و محاسبه گردید.

1-6-2-  محدوده تحقیق از نظر مکانی