Ανάλυση και προσομοίωση του συστήματος νερού-εδάφους-ατμόσφαιρας σε σχέση με την ανάπτυξη και απόδοση ετήσιων καλλιεργειών
Creators: name: Αλεξίου, Ιωάννης Γ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2005
Subjects: Ριζόστρωμα
Ριζικό σύστημα
Effective crop rooting depth
Maximum water uptake rate by roots

description: Σκοπός της διατριβής αυτής είναι η ανάλυση και η προσομοίωση του συστήματος νερού-εδάφους-ατμόσφαιρας σε σχέση με την ανάπτυξη και την απόδοση ετήσιων καλλιεργειών. Λεπτομερή δεδομένα συλλέχθηκαν από αρδευόμενους με καταιονισμό πειραματικούς αγρούς, εγκατεστημένους σε πηλώδες έδαφος και καλλιεργημένους με καλαμπόκι και βαμβάκι, κατά τις περιόδους 1998 και 1999, στην κεντρική Ελλάδα. Η εδαφική υγρασία μετριόταν με διάταξη TDR και ο δείκτης φυλλικής επιφάνειας με το σύστημα SunScan. Επίσης μετριόταν το νερό άρδευσης και οι παραγωγές. Το αποτελεσματικό βάθος ριζοστρώματος, η εξέλιξή του με το χρόνο και η μέγιστη πρόσληψη νερού από τις ρίζες από κάθε στρώση του εδάφους προσδιορίστηκαν με βάση τις μετρήσεις της εδαφικής υγρασίας. Το μοντέλο WAVE 2.1 χρησιμοποιήθηκε για την προσομοίωση του συστήματος νερού-εδάφους-ατμόσφαιρας. Η κατανομή της μέγιστης πρόσληψης προσεγγισμένη με τρεις συναρτήσεις (γραμμική, εκθετική και σιγμοειδή) και οι συναρτήσεις υδραυλικής αγωγιμότητας του van Genuchten και του Gardner χρησιμοποιήθηκαν στις προσομοιώσεις. Η ακρίβεια του μοντέλου ελεγχόταν με σύγκριση των αποτελεσμάτων του με τις πειραματικές μετρήσεις της εδαφικής υγρασίας, της εξατμισοδιαπνοής και της παραγωγής. Τα αποτελέσματα αξιολογούνταν με γραφήματα και στατιστικά κριτήρια. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το μοντέλο μπορεί να προβλέψει την κίνηση του νερού σε αρδευόμενα εδάφη στις ημίξηρες περιβαλλοντικές και αγρονομικές συνθήκες της κεντρικής Ελλάδας, όπως επίσης και την εποχιακή εξέλιξη της εξατμισοδιαπνοής. Η εδαφική υγρασία περιγράφεται πολύ καλά όταν αναφέρεται στο βάθος του ριζοστρώματος, ενώ όταν μελετάται κατά εδαφική στρώση, οι αποκλίσεις μεταξύ μετρήσεων και εκτιμήσεων είναι μεγαλύτερες, εδικά στην επιφανειακή στρώση. Οι προσομοιώσεις με τις τρεις κατανομές της μέγιστης πρόσληψης ήταν της ίδιας ακρίβειας, ενώ η συνάρτηση van Genuchten περιέγραφε την εδαφική υγρασία με μεγαλύτερη ακρίβεια σε σχέση με τη συνάρτηση Gardner. Όσον αφορά την παραγωγή ξηρής μάζας και σπόρου του καλαμποκιού, βρέθηκε ότι το μοντέλο υποεκτιμά τα μεγέθη αυτά κατά 10 και 20%, αντίστοιχα. Η ανάλυση ευαισθησίας έδειξε ότι οι παράμετροι της συνάρτησης μέγιστης πρόσληψης επηρεάζουν σημαντικά τις εκτιμήσεις του μοντέλου, όταν η μεταβολή των παραμέτρων γίνεται προς την κατεύθυνση αύξησης της τιμής της συνάρτησης, ενώ στην αντίθετη περίπτωση η επίδραση είναι πολύ μικρή. Επίσης οι παράμετροι της συνάρτησης χαρακτηριστικής καμπύλης, κυρίως η κλίση της, επηρεάζουν τις εκτιμήσεις του μοντέλου
description: The aim of the present work is the analysis and simulation of the water-soil-atmosphere system, in relation to growth and yield of annual crops. Detailed datasets were constructed for gun-sprinkler irrigated experimental fields on loamy soil, cropped with maize and cotton during the seasons 1998 and 1999 in central Greece. Soil water content was measured using TDR instrumentation and crop's LAI by the SunScan System. Irrigation water depths and yields were also measured. The effective crop rooting depth, its growth over time and the maximum water uptake rate by roots from each soil layer were determined after soil water content measurements. The WAVE 2.1 model fed with the experimental and meteorological data was used to simulate the water-soil-atmosphere continuum. The maximum water uptake distribution with depth approached by three functions (linear, exponential and sigmoidal) and the van Genuchten and Gardner functions of hydraulic conductivity were used to run the model. The success of the model was tested by comparing its output with the experimental data such as soil water content, evapotranspiration and yield. The results were evaluated using simulation graphics and specific modelling evaluation statistics. Results showed that the model is able to predict the fate of water in irrigated soils subjected to the semi-arid Mediterranean environment and agronomical conditions of central Greece. Reliable predictions of the seasonal evolution of the crops evapotranspiration were obtained by the model. Soil water content was well predicted when considering total moisture storage in the root zone. However, the deviations between the predicted and observed moisture values increased when considering each soil layer separately, especially in the top one. The maximum water uptake describing functions generated simulations of equal accuracy, while van Genuchten's function describes the soil water content more precisely than the Gardner's one. As far as the predicted maize dry matter and seed yield, it was found that they are underestimated by the model about 10% and 20% respectively. Sensitivity analysis revealed that the parameters of the maximum water uptake function have a significant influence on model predictions when the change of parameters is towards the reduction of its value, while in the opposite case the effect is very small. It has been also shown that the characteristic curve parameters, mainly its slope, influence the model results