DOI: https://doi.org/10.1016/j.agwat.2025.109755
تاريخ النشر: 2025-08-27
المؤلف: Paula Paredes وآخرون
الموضوع الرئيسي: ممارسات الري وإدارة المياه
نظرة عامة
تؤكد المراجعة على أهمية تحديد درجة الحرارة الأساسية ($T_{base}$) ودرجة الحرارة العليا ($T_{upper}$) بدقة من أجل حساب فعال لأيام درجة النمو (GDD) وتوقعات موثوقة لظواهر المحاصيل، خاصة في تقدير مراحل النمو كما هو موضح في إرشادات FAO56. وتبرز أنه بينما يمكن أن تختلف هذه العتبات الحرارية مع مراحل نمو المحاصيل والأصناف، فإن قيمة واحدة غالبًا ما تكون كافية لدورة المحصول بأكملها، مما يتماشى مع الممارسات الشائعة في نمذجة نمو المحاصيل. تجمع المراجعة وتضع في جدول قيم $T_{base}$ و $T_{upper}$ لمجموعة متنوعة من المحاصيل، مما يوفر بيانات مرجعية أساسية يمكن أن تعزز توقعات نمو المحاصيل وتساعد في جدولة الري وإدارة الزراعة.
علاوة على ذلك، تعترف المراجعة بالشكوك المحتملة في البيانات المجمعة التي قد تؤثر على دقة الحساب. تدعو إلى مزيد من التجارب الميدانية والبيئات المسيطر عليها لتحسين تحديد $T_{base}$ و $T_{upper}$ تحت ظروف متنوعة، مما سيحسن التوقعات المعتمدة على GDD ويساهم في استراتيجيات إدارة الري الأفضل في سياق تقلب المناخ. تهدف النتائج إلى دعم اتخاذ القرارات الزراعية والحفاظ على الموارد، مما يعزز في النهاية ممارسات الزراعة المستدامة.
مقدمة
تتناول مقدمة هذه الورقة البحثية القضية المتزايدة لندرة المياه، خاصة في الزراعة، مما يستلزم تحسين ممارسات إدارة المياه بسبب الطلبات المتزايدة التي تفاقمت بفعل تغير المناخ. يبرز المؤلفون التحديات في تحديد متطلبات المياه للمحاصيل (CWR) بدقة وسط احتياجات الري الإقليمية المتنوعة وظروف المناخ. الطريقة التقليدية لتقدير تبخر المحاصيل (ET_c) تستخدم نهج K_c-ET_o، حيث يتم اشتقاق ET_c من التبخر المرجعي (ET_o) ومعامل المحصول (K_c) الذي يتغير خلال مراحل نمو المحصول. تؤكد الورقة على قيود أطوال المراحل الثابتة المعتمدة على التقويم في إرشادات FAO56، داعية إلى دمج تقنيات الاستشعار عن بعد لتحسين دقة مراقبة المحاصيل وإدارتها.
علاوة على ذلك، يناقش المؤلفون أهمية أيام درجة النمو (GDD) كطريقة موحدة لتتبع تطور النباتات بناءً على تراكم الحرارة. يوضحون الدور الحاسم لدرجات الحرارة الأساسية – درجة الحرارة الأساسية (T_base) ودرجة الحرارة العليا (T_upper) – في حساب GDD وفهم ديناميات نمو المحاصيل. تهدف الورقة إلى تجميع وتقديم قيم T_base و T_upper لـ 117 محصولًا، مما يسهل تطبيق GDD في حساب منحنيات معامل المحصول وفقًا لإرشادات FAO56rev المحدثة. تسعى هذه المراجعة إلى توفير منهجية مشتركة لحساب GDD، مما يعزز استراتيجيات إدارة المحاصيل والمياه في سياق تقلب المناخ والتغير.
طرق
تستعرض هذه القسم طرقًا متنوعة لحساب أيام درجة النمو (GDD) وتحديد درجة الحرارة الأساسية ($T_{base}$) ودرجة الحرارة العليا ($T_{upper}$) الضرورية لنمو المحاصيل. يتم تسليط الضوء على الطريقة المتوسطة، التي تحسب GDD عن طريق متوسط درجات الحرارة القصوى والدنيا اليومية وطرح $T_{base}$، كأبسط نهج. يمكن تعديل هذه الطريقة لأخذ $T_{upper}$ في الاعتبار، مما يحدد عتبة تتوقف عندها نمو المحاصيل. اقترح العديد من المؤلفين طرقًا بديلة، بما في ذلك نهج المثلث المزدوج والموجة المزدوجة، والتي تهدف إلى تمثيل تقلبات درجات الحرارة اليومية بشكل أفضل. تُوصى هذه الطرق المبسطة للظروف المثلى للنمو، بينما تُقترح نماذج أكثر تعقيدًا للسيناريوهات الأقل مثالية.
تحديد $T_{base}$ أمر حاسم لنمذجة الوقت الحراري بدقة، ومع ذلك يمكن أن تؤدي طرق إحصائية متنوعة إلى نتائج مختلفة تتأثر بالبيانات المستخدمة. تشمل الطرق الشائعة لتقدير $T_{base}$ نهج الانحدار الخطي وتقليل معاملات التباين. ومع ذلك، تظهر التحديات بسبب الصلة الفسيولوجية لهذه التقديرات، حيث قد تؤدي إلى قيم سالبة أو تفترض ثبات $T_{base}$ عبر مراحل النمو، وهو ما لا يكون غالبًا هو الحال. يؤكد القسم على ضرورة المعايرة المحددة للموقع ووجود بيانات تاريخية واسعة لتعزيز موثوقية نماذج GDD، مع الإشارة أيضًا إلى أن التعديلات على $T_{base}$ و $T_{upper}$ بناءً على العوامل البيئية قد تحسن الدقة ولكن تعقد عملية التحديد.
مناقشة
تركز قسم المناقشة في الورقة البحثية على حساب وتجميع عتبات درجة الحرارة الأساسية ($T_{base}$) ودرجة الحرارة العليا ($T_{upper}$) لمجموعة متنوعة من المحاصيل، المستمدة من مراجعة أدبية شاملة. أبرزت المراجعة اتجاهًا حيث قدمت الدراسات القديمة، التي كانت تجريبية في الغالب، بيانات أكثر تفصيلًا مقارنة بالدراسات الحديثة التي غالبًا ما اعتمدت على أساليب النمذجة. شمل البحث عدة قواعد بيانات ولغات، مستهدفًا الدراسات التي حددت قيم $T_{base}$ و $T_{upper}$ عبر دورة المحصول بأكملها، مع استبعاد تلك المعتمدة على قياسات درجة حرارة التربة. تتضمن البيانات المجمعة الناتجة مجموعة واسعة من المحاصيل، موضحة الطرق المستخدمة لتقدير درجات الحرارة، وظروف النمو، ومراحل المحصول المحددة.
تكشف النتائج أن المحاصيل ذات الموسم البارد عمومًا تظهر قيم $T_{base}$ حوالي 4°C وقيم $T_{upper}$ بالقرب من 30°C، بينما تميل المحاصيل ذات الموسم الدافئ إلى أن تكون قيم $T_{base}$ حوالي 10°C وقيم $T_{upper}$ تتراوح بين 35°C إلى 40°C. تشمل الأمثلة المحددة الخضروات الجذرية مثل الجزر والفجل، التي لديها قيم $T_{base}$ تتراوح بين 4°C و 6°C وقيم $T_{upper}$ من 30°C إلى 35°C. يناقش القسم أيضًا التباين في عتبات درجات الحرارة بسبب الاختلافات في الأصناف، وتواريخ الزراعة، وظروف التجربة، مما يبرز الحاجة إلى الحذر عند تطبيق هذه القيم في الممارسات الزراعية. بشكل عام، تعتبر الجدولة الشاملة مصدرًا قيمًا للباحثين والممارسين في مجال علوم المحاصيل.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.agwat.2025.109755
Publication Date: 2025-08-27
Author(s): Paula Paredes et al.
Primary Topic: Irrigation Practices and Water Management
Overview
The review emphasizes the importance of accurately defining the base temperature ($T_{base}$) and upper temperature ($T_{upper}$) thresholds for effective calculation of Growing Degree Days (GDD) and reliable predictions of crop phenology, particularly in estimating growth stages as outlined in the FAO56 guidelines. It highlights that while these temperature thresholds can vary with crop growth stages and cultivars, a single value is often sufficient for the entire crop cycle, which aligns with common practices in crop growth modeling. The review compiles and tabulates $T_{base}$ and $T_{upper}$ values for various crops, providing essential reference data that can enhance predictions of crop growth and inform irrigation scheduling and agronomic management.
Moreover, the review acknowledges potential uncertainties in the tabulated data that may affect calculation precision. It advocates for further field and controlled environment experiments to refine the determination of $T_{base}$ and $T_{upper}$ under diverse conditions, which would improve GDD-based predictions and contribute to better irrigation management strategies in the context of climate variability. The findings aim to support agricultural decision-making and resource conservation, ultimately promoting sustainable farming practices.
Introduction
The introduction of this research paper addresses the escalating issue of water scarcity, particularly in agriculture, necessitating enhanced water management practices due to increasing demands exacerbated by climate change. The authors highlight the challenges in accurately determining crop water requirements (CWR) amidst varying regional irrigation needs and climate conditions. The conventional method for estimating crop evapotranspiration (ET_c) utilizes the K_c-ET_o approach, where ET_c is derived from the reference evapotranspiration (ET_o) and a crop coefficient (K_c) that varies throughout the crop growth stages. The paper emphasizes the limitations of fixed calendar-based stage lengths in the FAO56 guidelines, advocating for the integration of remote sensing technologies to improve the accuracy of crop monitoring and management.
Furthermore, the authors discuss the significance of growing degree-days (GDD) as a standardized method for tracking plant development based on temperature accumulation. They outline the critical role of cardinal temperatures—base temperature (T_base) and upper temperature (T_upper)—in calculating GDD and understanding crop growth dynamics. The paper aims to compile and present tabulated values of T_base and T_upper for 117 crops, facilitating the application of GDD in computing crop coefficient curves as per the updated FAO56rev guidelines. This review seeks to provide a common methodology for GDD calculation, thereby enhancing crop and water management strategies in the context of climate variability and change.
Methods
The section outlines various methods for calculating Growing Degree Days (GDD) and determining the base temperature ($T_{base}$) and upper temperature ($T_{upper}$) critical for crop growth. The average method, which calculates GDD by averaging daily maximum and minimum temperatures and subtracting $T_{base}$, is highlighted as the simplest approach. This method can be modified to account for $T_{upper}$, establishing a threshold beyond which crop growth ceases. Several authors have proposed alternative methods, including the double triangle and double sine approaches, which aim to better represent daily temperature fluctuations. These simplified methods are recommended for optimal growing conditions, while more complex models are suggested for less-than-ideal scenarios.
The determination of $T_{base}$ is crucial for accurate thermal time modeling, yet various statistical methods can yield differing results influenced by the data used. Common methods for estimating $T_{base}$ include linear regression approaches and minimizing coefficients of variation. However, challenges arise due to the physiological relevance of these estimates, as they may yield negative values or assume a constant $T_{base}$ across growth stages, which is often not the case. The section emphasizes the necessity for site-specific calibration and extensive historical data to enhance the reliability of GDD models, while also noting that adjustments to $T_{base}$ and $T_{upper}$ based on environmental factors could improve accuracy but complicate the determination process.
Discussion
The discussion section of the research paper focuses on the calculation and tabulation of base temperature ($T_{base}$) and upper temperature ($T_{upper}$) thresholds for various crops, derived from a comprehensive literature review. The review highlighted a trend where older studies, primarily experimental, provided more detailed data compared to recent studies that often relied on modeling approaches. The search encompassed multiple databases and languages, targeting studies that determined $T_{base}$ and $T_{upper}$ values across the entire crop cycle, while excluding those based on soil temperature measurements. The resulting tabulated data includes a wide range of crops, detailing the methods used for temperature estimation, growth conditions, and specific crop stages.
The findings reveal that cool-season crops generally exhibit $T_{base}$ values around 4°C and $T_{upper}$ values near 30°C, while warm-season crops tend to have $T_{base}$ values around 10°C and $T_{upper}$ values ranging from 35°C to 40°C. Specific examples include root vegetables like carrots and radishes, which have $T_{base}$ values between 4°C and 6°C and $T_{upper}$ values from 30°C to 35°C. The section also discusses the variability in temperature thresholds due to differences in cultivars, planting dates, and experimental conditions, emphasizing the need for caution when applying these values in agricultural practices. Overall, the comprehensive tabulation serves as a valuable resource for researchers and practitioners in the field of crop science.