
تعداد نشریات | 26 |
تعداد شمارهها | 404 |
تعداد مقالات | 3,552 |
تعداد مشاهده مقاله | 5,509,356 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 3,769,406 |
مدلسازی تبخیر – تعرق خیار گلخانهای با استفاده از یادگیری ماشین: رویکرد جنگل تصادفی در مقابل ضرایب گیاهی سنتی و غیرخطی | ||
مدل سازی و مدیریت آب و خاک | ||
مقاله 5، دوره 5، شماره 2، 1404، صفحه 69-87 اصل مقاله (1.88 M) | ||
نوع مقاله: پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22098/mmws.2024.16164.1516 | ||
نویسندگان | ||
مرتضی خوش سیمای چنار* 1؛ آرش تافته2؛ نیاز علی ابراهیمی پاک2 | ||
1دانشجوی دکتری آبیاری و زهکشی، گروه آبیاری و آبادانی، دانشکده کشاورزی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، کرج، ایران | ||
2دانشیار مؤسسه تحقیقات خاک و آب، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران. | ||
چکیده | ||
تخمین مناسب تبخیر – تعرق گیاه (ETc) برای برنامهریزی آبیاری کارآمد بسیار حیاتی است. این مطالعه با هدف ارزیابی و مدلسازی ETc و ضریب گیاهی (Kc) خیار گلخانهای در دو دوره رشد پاییز – زمستان 1401 (A-W) و بهار – تابستان 1402 (S-S) در گلخانه تحقیقاتی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران انجام شد. تبخیر – تعرق مرجع داخل گلخانه (EToG) با استفاده از میکرولایسیمتر چمن و ETc با استفاده از روش بیلان آب خاک و اندازهگیری روزانه رطوبت خاک در سه کرت آزمایشی انجام شد. Kc روزانه خیار گلخانهای از نسبت ETc به EToG محاسبه شد. ابتدا مدل FAO56 برای برآورد Kc (Kc FAO56) و ETc حاصل از حاصلضرب آن در EToG (ETc = Kc FAO56 × EToG) مورد ارزیابی قرار گرفت که میانگین NRMSE و ME مربوط به ETc در دو دوره رشد موردبررسی به ترتیب برابر 31.2 درصد و 0.62 بهدست آمد. در مرحله دوم از یک معادله درجه سه غیرخطی بهمنظور برآورد Kc و ETc حاصل از حاصلضرب آن در EToG (ETc = Kc NonLinear × EToG) استفاده شد که میانگین NRMSE و ME در این روش نسبت به روش قبلی بهبودیافته و به ترتیب برابر 21.58 درصد و 0.82 به دست آمد. در مرحله سوم از الگوریتم جنگل تصادفی (RF) بهمنظور مدلسازی مستقیم ETc خیار گلخانهای با استفاده از EToG و پارامترهای هواشناسی اندازهگیریشده در داخل و بیرون گلخانه استفاده شد. نتایج ETc حاصل از الگوریتم RF نشان داد که این الگوریتم با داشتن انعطافپذیری و دقت بالا توانست پیشبینیهای قابل قبول تری از ETc ارائه دهد. میانگین NRMSE و ME مربوط به الگوریتم RF در دو دوره رشد به ترتیب برابر با 6.8 درصد و 0.95 در مرحله آموزش و 11.3 درصد و 0.86 در مرحله آزمایش بدست آمد. در مرحله سوم با بررسی اهمیت ویژگیها به روش Permutation Feature Importance (PFI) و انتخاب تنها چهار پارامتر اندازهگیریشده در گلخانه بهعنوان ورودی RF میتوان بدون نیاز به Kc خطی یا غیرخطی، ETc را با دقت بالایی برآورد کرد. این تحقیق اهمیت استفاده از روشهای یادگیری ماشین در مدلسازی ETc گلخانهای را نشان داده و میتواند به بهبود مدیریت آب در گلخانهها کمک کند. | ||
کلیدواژهها | ||
بیلان آب خاک؛ پایتون؛ تبخیر - تعرق مرجع؛ ضریب گیاهی غیرخطی؛ لایسیمتر | ||
مراجع | ||
منابع ایرجی، مریم، موحدی نائینی، سید علیرضا، کمکی، چوقی بایرام، ابراهیمی، سهیلا و یغمایی، بامشاد (1403). ارزیابی پارامترهای مؤثر جهت پیشبینی عیار پتاسیم شورابه با استفاده از الگوریتمهای ماشین بردار پشتیبان و جنگل تصادفی (مطالعه موردی: پلایای شهرستان خور و بیابانک، استان اصفهان). تحقیقات آب و خاک ایران، 55(1)، 161-145. doi: 10.22059/ijswr.2023.368909.669610 جعفری نجفآبادی، محمد سعید، تافته، آرش و ابراهیمی پاک، نیازعلی (1401). تعیین نیاز آبی و آب کاربردی فلفل دلمهای در گلخانه و مقایسه آن با نتایج سامانه نیاز آب. تحقیقات آب و خاک ایران، 53(8)، 1831-1848. doi: 10.22059/ijswr.2022.345968.669321 رضوانی، سید معینالدین، زارعی، قاسم و سالمی، حمیدرضا (1401). تبخیر-تعرق و ضریب گیاهی خیار گلخانهای در منطقه همدان. نشریه آبیاری و زهکشی ایران، 16(5)، 916-904. dor: 20.1001.1.20087942.1401.16.5.2.7 صداقت، آزاده، ابراهیمی پاک، نیازعلی، تافته، آرش و حسینی، سید نرگس (1401). ارزیابی سه روش دادهکاوی برای تخمین تبخیرتعرق مرجع در استان زنجان. تحقیقات آب و خاک ایران، 53(12)، 2739-2757. doi: 10.22059/ijswr.2023.352890.669419 صداقت، آزاده، تافته، آرش، ابراهیمی پاک، نیازعلی و حسینی، سید نرگس (1402). مقایسه برآوردهای تبخیرتعرق مرجع روزانه با روشهای دادهکاوی و سامانه نیاز آبی گیاهان در استان البرز. هواشناسی کشاورزی، 11(2)، 28-16. doi: 10.22125/agmj.2023.336962.1134
References Allen, R. G., Pereira, L. S., Raes, D., Smith, M., & others. (1998). Crop evapotranspiration-Guidelines for computing crop water requirements-FAO Irrigation and drainage paper 56. Fao, Rome, 300(9), D05109. Blanco, F. F., & Folegatti, M. V. (2003). Evapotranspiration and crop coefficient of cucumber in greenhouse. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, 7(2), 285–291. doi: 10.1590/S141543662003000200017 Borg, H., & Grimes, D. W. (1986). Depth Development of Roots with Time: An Empirical Description. Transactions of the ASAE, 29(1), 194–197. doi: 10.13031/2013.30125 Breiman, L. (2001). Random forests. Machine Learning, 45(1), 5–32. doi: 10.1023/A:1010933404324/METRICS Chen, H., Huang, J. J., & McBean, E. (2020). Partitioning of daily evapotranspiration using a modified shuttleworth-wallace model, random Forest and support vector regression, for a cabbage farmland. Agricultural Water Management, 228, 105923. doi: 10.1016/J.AGWAT.2019.105923 Ding, R., Kang, S., Li, F., Zhang, Y., & Tong, L. (2013). Evapotranspiration measurement and estimation using modified Priestley–Taylor model in an irrigated maize field with mulching. Agricultural and Forest Meteorology, 168, 140–148. doi: 10.1016/J.AGRFORMET.2012.08.003 Fernández, M. D., Bonachela, S., Orgaz, F., Thompson, R., López, J. C., Granados, M. R., Gallardo, M., & Fereres, E. (2010). Measurement and estimation of plastic greenhouse reference evapotranspiration in a Mediterranean climate. Irrigation Science, 28(6), 497–509. doi: 10.1007/S00271-010-0210-Z Gallardo, M., Thompson, R. B., & Fernández, M. D. (2013). Water requirements and irrigation management in Mediterranean greenhouses: the case of the southeast coast of Spain. Good Agricultural Practices for Greenhouse Vegetable Crops; Plant Production and Protection Paper, 217, 109–136. Ge, J., Zhao, L., Yu, Z., Liu, H., Zhang, L., Gong, X., & Sun, H. (2022). Prediction of Greenhouse Tomato Crop Evapotranspiration Using XGBoost Machine Learning Model. Plants 2022, Vol. 11, Page 1923, 11(15), 1923. doi: 10.3390/PLANTS11151923 Gong, X., Liu, H., Sun, J., Gao, Y., Zhang, X., Jha, S. K., Zhang, H., Ma, X., & Wang, W. (2017). A proposed surface resistance model for the Penman-Monteith formula to estimate evapotranspiration in a solar greenhouse. Journal of Arid Land, 9(4), 530–546. doi: 10.1007/S40333-017-0020-8/METRICS Gong, X., Qiu, R., Ge, J., Bo, G., Ping, Y., Xin, Q., & Wang, S. (2021). Evapotranspiration partitioning of greenhouse grown tomato using a modified Priestley–Taylor model. Agricultural Water Management, 247, 106709. doi: 10.1016/J.AGWAT.2020.106709 Gong, X., Wang, S., Xu, C., Zhang, H., & Ge, J. (2020). Evaluation of Several Reference Evapotranspiration Models and Determination of Crop Water Requirement for Tomato in a Solar Greenhouse. HortScience, 55(2), 244–250. doi: 10.21273/HORTSCI14514-19 Gu, C., Ma, J., Zhu, G., Yang, H., Zhang, K., Wang, Y., & Gu, C. (2018). Partitioning evapotranspiration using an optimized satellite-based ET model across biomes. Agricultural and Forest Meteorology, 259, 355–363. doi: 10.1016/J.AGRFORMET.2018.05.023 Harris, J. R., & Grunsky, E. C. (2015). Predictive lithological mapping of Canada’s North using Random Forest classification applied to geophysical and geochemical data. Computers & Geosciences, 80, 9–25. doi: 10.1016/J.CAGEO.2015.03.013 Huang, S., Yan, H., Zhang, C., Wang, G., Acquah, S. J., Yu, J., Li, L., Ma, J., & Opoku Darko, R. (2020). Modeling evapotranspiration for cucumber plants based on the Shuttleworth-Wallace model in a Venlo-type greenhouse. Agricultural Water Management, 228, 105861. doi: 10.1016/j.agwat.2019.105861 Ignatenko, V., Surkov, A., & Koltcov, S. (2024). Random forests with parametric entropy-based information gains for classification and regression problems. PeerJ Computer Science, 10, e1775. doi: 10.7717/PEERJ-CS.1775 Incrocci, L., Thompson, R. B., Fernandez-Fernandez, M. D., De Pascale, S., Pardossi, A., Stanghellini, C., Rouphael, Y., & Gallardo, M. (2020). Irrigation management of European greenhouse vegetable crops. Agricultural Water Management, 242, 106393. doi: 10.1016/j.agwat.2020.106393 Iraji, M., Movahedi naeini, S. A., Komaki, C. B., Ebrahimi, S., & Yaghmaei, B. (2024). Evaluation of effective parameters for predicting the potassium grade of saline water by using support vector machine and random forest algorithms (case study: playa of Khoor and Biabank area city, Isfahan province). Iranian Journal of Soil and Water Research, 55(1), 145–161. doi: 10.22059/ijswr.2023.368909.669610 [In Persian] Jafari najafabadi, M. S., Tafteh, A., & Ebrahimipak, N. (2022). Determining the Water Requirement and Applied Water of Bell Pepper in the Greenhouse and Comparing It with the Results of the Water Requirement System. Iranian Journal of Soil and Water Research, 53(8), 1831–1848. doi: 10.22059/ijswr.2022.345968.669321 [In Persian] James, L. (1988). Principles of farm irrigation systems design. https://www.cabidigitallibrary.org/doi/full/10.5555/19891934086 Jamieson, P. D., Porter, J. R., & Wilson, D. R. (1991). A test of the computer simulation model ARCWHEAT1 on wheat crops grown in New Zealand. Field Crops Research, 27(4), 337–350. doi: 10.1016/0378-4290(91)90040-3 Kisi, O., Karahan, M. E., & Şen, Z. (2006). River suspended sediment modelling using a fuzzy logic approach. Hydrological Processes, 20(20), 4351–4362. doi: 10.1002/hyp.6166 Kramer, O. (2016). Scikit-Learn. Studies in Big Data, 20, 45–53. doi: 10.1007/978-3-319-33383-0_5 Li, L., Chen, S., Yang, C., Meng, F., & Sigrimis, N. (2020). Prediction of plant transpiration from environmental parameters and relative leaf area index using the random forest regression algorithm. Journal of Cleaner Production, 261, 121136. doi: 10.1016/J.JCLEPRO.2020.121136 Marcoulides, K. M., & Raykov, T. (2018). Evaluation of Variance Inflation Factors in Regression Models Using Latent Variable Modeling Methods. Educational and Psychological Measurement, 79(5), 874. doi: 10.1177/0013164418817803 Medrano, E., Lorenzo, P., Sánchez-Guerrero, M. C., & Montero, J. I. (2005). Evaluation and modelling of greenhouse cucumber-crop transpiration under high and low radiation conditions. Scientia Horticulturae, 105(2), 163–175. doi: 10.1016/J.SCIENTA.2005.01.024 Merrill, S. D., Tanaka, D. L., & Hanson, J. D. (2002). Root Length Growth of Eight Crop Species in Haplustoll Soils. Soil Science Society of America Journal, 66(3), 913–923. doi: 10.2136/SSSAJ2002.9130 Moriasi, D. N., Arnold, J. G., Liew, M. W. Van, Bingner, R. L., Harmel, R. D., & Veith, T. L. (2007). Model Evaluation Guidelines for Systematic Quantification of Accuracy in Watershed Simulations. Transactions of the ASABE, 50(3), 885–900. doi: 10.13031/2013.23153 Mushab, F. S. (2020). Forecasting Crop Coefficient Values for Cucumber Plant (Cucumis sativus). Solid State Technology, 63(6), 9085–9092. https://www.solidstatetechnology.us/index.php/JSST/article/view/5304 Nikolaou, G., Neocleous, D., Christou, A., Polycarpou, P., Kitta, E., & Katsoulas, N. (2021). Energy and Water Related Parameters in Tomato and Cucumber Greenhouse Crops in Semiarid Mediterranean Regions. A Review, Part I: Increasing Energy Efficiency. Horticulturae 2021, Vol. 7, Page 521, 7(12), 521. doi: 10.3390/HORTICULTURAE7120521 Nikolaou, G., Neocleous, D., Kitta, E., & Katsoulas, N. (2023). Assessment of the Priestley-Taylor coefficient and a modified potential evapotranspiration model. Smart Agricultural Technology, 3, 100075. doi: 10.1016/J.ATECH.2022.100075 Orgaz, F., Fernández, M. D., Bonachela, S., Gallardo, M., & Fereres, E. (2005). Evapotranspiration of horticultural crops in an unheated plastic greenhouse. Agricultural Water Management, 72(2), 81–96. doi: 10.1016/J.AGWAT.2004.09.010 Pereira, A. R., Villa Nova, N. A., Pereira, A. S., & Barbieri, V. (1995). A model for the class A pan coefficient. Agricultural and Forest Meteorology, 76(2), 75–82. doi: 10.1016/0168-1923(94)02224-8 Priestley, C. H. B., & Taylor, R. J. (1972). On the assessment of surface heat flux and evaporation using large-scale parameters. Monthly Weather Review, 100(2), 81–92. doi: 10.1175/1520-0493(1972)100%3C0081: OTAOSH%3E2.3.CO;2 Rezvani, S., Zarei, G., & Salemi, H. (2022). Evapotranspiration and crop coefficient of greenhouse cucumber in the Hamedan region. Iranian Journal of Irrigation & Drainage, 16(5), 904–916. https://idj.iaid.ir/article_159921.html [In Persian] Ruiz-Aĺvarez, M., Gomariz-Castillo, F., & Alonso-Sarría, F. (2021). Evapotranspiration Response to Climate Change in Semi-Arid Areas: Using Random Forest as Multi-Model Ensemble Method. Water 2021, Vol. 13, Page 222, 13(2), 222. doi: 10.3390/W13020222 Sedaghat, A., Ebrahimipak, N., Tafteh, A., & Hosseini, S. N. (2023). Evaluation of three data mining methods to estimate reference evapotranspiration in Zanjan province. Iranian Journal of Soil and Water Research, 53(12), 2739–2757. doi: 10.22059/ijswr.2023.352890.669419 [In Persian] Sedaghat, A., Tafteh, A., Ebrahimipak, N., & Hosseini, S. N. (2023). Comparison of the reference evapotranspiration estimations by data mining methods and Crop Water Requirement System project in Alborz province. Journal of Agricultural Meteorology, 11(2), 16–28. doi: 10.22125/agmj.2023.336962.1134 [In Persian] Snyder, R. L. (1992). Equation for Evaporation Pan to Evapotranspiration Conversions. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 118(6), 977–980. doi: 10.1061/(ASCE)0733-9437(1992)118:6(977) Stanghellini, C. (1987). Transpiration of greenhouse crops: an aid to climate management. Wageningen University and Research. Sun, Y., Zhang, J., Wang, H., Wang, L., & Li, H. (2019). Identifying optimal water and nitrogen inputs for high efficiency and low environment impacts of a greenhouse summer cucumber with a model method. Agricultural Water Management, 212, 23–34. doi: 10.1016/J.AGWAT.2018.08.028 Tabari, H., Grismer, M. E., & Trajkovic, S. (2013). Comparative analysis of 31 reference evapotranspiration methods under humid conditions. Irrigation Science, 31(2), 107–117. doi: 10.1007/S00271-011-0295-Z/TABLES/6 Tafteh, A., & Babazadeh, H. I. (2014). Determine Yield Response Factors of Important Crops by Different Production Functions in Qazvin Plain. https://gnanaganga.inflibnet.ac.in:8443/jspui/handle/123456789/10474 Thom, A. S. (1972). Momentum, mass and heat exchange of vegetation. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 98(415), 124–134. doi: 10.1002/QJ.49709841510 Yan, H., Zhao, S., Zhang, C., Zhang, J., Wang, G., Li, M., Deng, S., Liang, S., & Jiang, J. (2024). Calibration and assessment of evapotranspiration methods for cucumber plants in a Venlo-type greenhouse. Irrigation and Drainage, 73(1), 119–135. Yong, S. L. S., Ng, J. L., Huang, Y. F., & Ang, C. K. (2023). Estimation of Reference Crop Evapotranspiration with Three Different Machine Learning Models and Limited Meteorological Variables. Agronomy 2023, Vol. 13, Page 1048, 13(4), 1048. doi: 10.3390/AGRONOMY13041048 Zhang, L., Huettmann, F., Zhang, X., Liu, S., Sun, P., Yu, Z., & Mi, C. (2019). The use of classification and regression algorithms using the random forests method with presence-only data to model species’ distribution. MethodsX, 6, 2281–2292. doi: 10.1016/J.MEX.2019.09.035 | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 388 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 74 |