Evaluation of the different levels of water supply in pistachio gardens using SEBAL algorithm (The case study of Sirjan Plain)

Subject Areas : Farm water management with the aim of improving irrigation management indicators

Alireza Badiehneshin ¹ , Masoud Parsinejad ² , Hamideh Noory ³

1 - Ph.D Student, Department of Irrigation and Reclamation Engineering, Faculty of Agricultural Engineering and Technology, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran
2 - Associate Professor, Department of Irrigation and Reclamation Engineering, Faculty of Agricultural Engineering and Technology, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran
3 - Assistant Professor, Department of Irrigation and Reclamation Engineering, Faculty of Agricultural Engineering and Technology, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran

Received: 2019-06-01 Accepted : 2019-10-02 Published : 2019-10-23

Keywords: Salinity, Actual evapotranspiration, Deficit irrigation, Pistachio,

Abstract :

Regarding the development trend of pistachio gardens in many provinces and the severe shortage of water resources in these areas, the supply of water requirement of pistachio is not feasible. In order to optimize management in water shortage conditions, it is necessary to evaluate the different levels of water supply during pistachio growth stages. The purpose of this study is determine the water supply status at different stages of pistachio growth using satellite images and SEBAL algorithm in Sirjan Plain. The actual evapotranspiration of pistachios was estimated using the SEBAL algorithm and Landsat 8 images. The result of this model was validated with Landsat 7 images. This model could calculate actual evapotranspiration of pistachio the same as other research with 20% error (0.6 mm/day). The results showed that supply of water in the third stage of growth (at the peak consumption) due to increased pistachio water requirement, insufficient water supply led to 30% deficit irrigation in Sirjan plain. In order to better irrigation management, production can be increased by reducing irrigation in the second stage and increasing irrigation in the third stage. The rate of deficit irrigation in the Sirjan Plain was 17% and it was in the tolerable threshold for the pistachio. The results show that the pistachio tree is resistant to deficit irrigation (up to 26%) in low salinity levels. In high water salinity (4000 μmho / cm), the effect of deficit irrigation and salinity is combined and pistachio production is rapidly reduced due to deficit irrigation.

References:

آمارنامه کشاورزی ایران سال 1395- 1396، محصولات باغی، مرکز فناوری اطلاعات و ارتباطات، معاونت امور برنامه­ریزی و اقتصادی، وزارت جهاد کشاورزی، ایران، https://maj.ir.

باقری هارونی، م.ح.، ارشد، ص.، مجنونی، ا. و مرید، س. 1391. مقایسه مدل‌های سنجش از دور تک منبعی و دومنبعی شار انرژی در برآورد تبخیر و تعرق واقعی در دشت تبریز. سنجش از دور و GIS ایران. 4(1): 81- 96.

ثنایی نژاد، س.ح.، نوری، س. و هاشمی نیا، س.م. 1390. برآورد تبخیر و تعرق واقعی با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای در منطقه مشهد. نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی). 25(3): 540- 547.

خلاصه وضعیت آب‌های زیرزمینی، 1392، وزارت نیرو،سازمان مدیریت منابع آب، معاونت پزوهش و مطالعات پایه منابع آب، دفتر مطالعات منابع اب استان کرمان.

دستورانی، م.ت.، پورمحمدی، س. و رحیمیان، م.ح. 1391. تخمین تبخیر- تعرق واقعی باغات پسته منطقه اردکان به کمک سنجش از دور. مجله پژوهش آب در کشاورزی. 26(1): 12-1.

دلگرم، س.، رحیم پور، م.، بختیاری، ب. و سیاری، ن. 1394. مقایسه تبخیر - تعرق واقعی حاصل از داده­های لایسیمتری و الگوریتم SEBAL در دشت کرمان، با استفاده از تصاویر سنجنده MODIS، مجله تحقیقات آب و خاک تهران، (1):36 - 53.

رائینی سرجاز، م.، پیری، ه.، غلامی، م.ع. و خزاعی، س. 1397. برآورد تبخیر تعرق واقعی با استفاده از تصاویر سنجنده OLI و الگوریتم سبال (مطالعه موردیک دشت ناز – ساری). نشریه هواشناسی کشاورزی. 6(1): 1- 8.

علی‌اکبری، ا. و زند پارسا، ش. 1396. تأثیر سطوح مختلف آب آبیاری بر رشد و عملکرد درخت پسته در شهرستان انار استان کرمان. علوم و مهندسی آبیاری. 40(3): 123- 136.

عبداللهی عزت آبادی، م. و محمدی محمد آبادی، ا. 1393. بررسی اقتصادی نسبت بهینه اقتصادی آب به زمین در مناطق پسته­کاری شهرستان­های انار و رفسنجان. گزارش نهایی مؤسسه تحقیقات پسته کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، وزارت جهاد کشاورزی.

فرشی، ع.، شریعتی، م.، جارالهی، ر.، قائمی، م.، شهابی، ف. و تولایی، م. 1376. برآورد آب مورد نیاز گیاهان عمده زراعی و باغی، جلد دوم - گیاهان باغی، مؤسسه تحقیقات خاک و آب کشور. نشر آموزش کشاورزی، 630 صفحه.

کوهی، ن. 1395. ارزیابی سامانه­های اجرا شده زیر سطحی در باغات پسته استان کرمان (منطقه سیرجان). گزارش نهایی طرح تحقیقاتی، مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی استان کرمان. وزارت جهاد کشاورزی.

محمدی محمد آبادی، ا.، حسینی فرد، س.ج. و صداقتی، ن. 1387. اثرات تغییر سیستم آبیاری از روش سنتی (غرقابی) به زیرسطحی (تراوا) بر درختان بارور پسته. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی. دانشگاه اصفهان. 12(43):46-29.

موذن‌پور کرمانی، م.، محمدی محمد آبادی، ا.، آزاد، ا.، مهدیزاده، س. و محمدی، ن. 1386. تعیین تبخیر و تعرق گیاه پسته. گزارش نهایی مؤسسه تحقیقات پسته کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، وزارت جهاد کشاورزی.

Ahmad, M.U.D., Turral, H. and Nazeer, A., 2009. Diagnosing irrigation performance and water productivity through satellite remote sensing and secondary data in a large irrigation system of Pakistan. Agricultural water management, 96(4): 551-564.

Akbari, M., Toomanian, N., Droogers, P., Bastiaanssen, W. and Gieske, A., 2007. Monitoring irrigation performance in Esfahan, Iran, using NOAA satellite imagery. Agricultural water management, 88(1-3): 99-109.

Allen, R.G., Tasumi, M. and Trezza, R.S., 2002. Surface Energy Balance Algorithm for Land: advanced training and users manual. Idaho:[sn].

Bastiaanssen, W.G., 2000. SEBAL-based sensible and latent heat fluxes in the irrigated Gediz Basin, Turkey. Journal of hydrology, 229(1-2): 87-100.

Bastiaanssen, W.G.M., Noordman, E.J.M., Pelgrum, H., Davids, G., Thoreson, B.P. and Allen, R.G., 2005. SEBAL model with remotely sensed data to improve water-resources management under actual field conditions. Journal of irrigation and drainage engineering, 131(1): 85-93.

Carbonell‐Barrachina, Á.A., Memmi, H., Noguera‐Artiaga, L., Gijón‐López, M.D.C., Ciapa, R. and Pérez‐López, D., 2015. Quality attributes of pistachio nuts as affected by rootstock and deficit irrigation. Journal of the Science of Food and Agriculture, 95(14): 2866-2873.

Costa, J.D.O., Coelho, R.D., Wolff, W., José, J.V., Folegatti, M.V. and Ferraz, S.F.D.B., 2019. Spatial variability of coffee plant water consumption based on the SEBAL algorithm. Scientia Agricola, 76(2): 93-101.

Duchemin, B., Hadria, R., Erraki, S., Boulet, G., Maisongrande, P., Chehbouni, A., Escadafal, R., Ezzahar, J., Hoedjes, J.C.B., Kharrou, M.H. and Khabba, S., 2006. Monitoring wheat phenology and irrigation in Central Morocco: On the use of relationships between evapotranspiration, crops coefficients, leaf area index and remotely-sensed vegetation indices. Agricultural Water Management, 79(1): 1-27.

Gijón, M., Gimenez, C., Perez-López, D., Guerrero, J., Couceiro, J.F. and Moriana, A., 2011. Water relations of pistachio (Pistacia vera L.) as affected by phenological stages and water regimes. Scientia horticulturae, 128(4): 415-422.

Goldhamer, D. A., 1995. Irrigation management. Pistachio Production, 71-81.

Goldhamer, D.A., 2005. Tree water requirements and regulated deficit irrigation. Pistachio production manual, 4: 103-116.

Goldhamer, D. and Beede, R., 2004. Regulated deficit irrigation effects on yield, nut quality and water-use efficiency of mature pistachio trees. The Journal of Horticultural Science and Biotechnology, 79(4): 538-545.

Goldhamer, D.A., Phene, B.C., Beede, R., Sherlin, L., Mahan, S. and Rose, D., 1986. Effects of sustained deficit irrigation on pistachio tree performance. California Pistachio Industry Annual Report, 87(1987): 61-66.

Iniesta, F., Testi, L., Goldhamer, D.A. and Fereres, E., 2008. Quantifying reductions in consumptive water use under regulated deficit irrigation in pistachio (Pistacia vera L.). agricultural water management, 95(7): 877-886.

Jia, Z., Liu, S., Xu, Z., Chen, Y. and Zhu, M., 2012. Validation of remotely sensed evapotranspiration over the Hai River Basin, China. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 117(D13).

Jin, N., Ren, W., Tao, B., He, L., Ren, Q., Li, S. and Yu, Q., 2018. Effects of water stress on water use efficiency of irrigated and rainfed wheat in the Loess Plateau, China. Science of the total environment, 642: 1-11.

Jin, Y., He, R., Marino, G., Whiting, M., Kent, E., Sanden, B.L., Culumber, M., Ferguson, L., Little, C., Grattan, S. and Lagos, L.O., 2018. Spatially variable evapotranspiration over salt affected pistachio orchards analyzed with satellite remote sensing estimates. Agricultural and forest meteorology, 262: 178-191.

Kanber, R., Yazar, A., Önder, S. and Köksal, H., 1993. Irrigation response of pistachio (Pistacia vera L.). Irrigation Science, 14(1): 7-14.

Kiptala, J.K., Mohamed, Y., Mul, M.L. and Zaag, P., 2013. Mapping evapotranspiration trends using MODIS and SEBAL model in a data scarce and heterogeneous landscape in Eastern Africa. Water Resources Research, 49(12): 8495-8510.

Mahmoud, S.H. and Alazba, A.A., 2016. A coupled remote sensing and the Surface Energy Balance based algorithms to estimate actual evapotranspiration over the western and southern regions of Saudi Arabia. Journal of Asian Earth Sciences, 124: 269-283.

Memmi, H., Gijón, M.C., Couceiro, J.F. and Pérez-López, D., 2016. Water stress thresholds for regulated deficit irrigation in pistachio trees: Rootstock influence and effects on yield quality. Agricultural Water Management, 164: 58-72.

Sun, Z., Wei, B., Su, W., Shen, W., Wang, C., You, D. and Liu, Z., 2011. Evapotranspiration estimation based on the SEBAL model in the Nansi Lake Wetland of China. Mathematical and Computer Modelling, 54(3-4): 1086-1092.

Tasumi, M., Trezza, R., Allen, R.G. and Wright, J.L., 2003, September. US Validation tests on the SEBAL model for evapotranspiration via satellite. In 2003 ICID Workshop on Remote Sensing of ET for Large Regions (Vol. 17).

Teixeira, A.D.C., Bastiaanssen, W.G.M., Ahmad, M. and Bos, M.G., 2009. Reviewing SEBAL input parameters for assessing evapotranspiration and water productivity for the Low-Middle Sao Francisco River basin, Brazil: Part A: Calibration and validation. agricultural and forest meteorology, 149(3-4): 462-476.

USDA. 2017. California agricultural statistics reviews 2016 crop year.

Usman, M., Liedl, R. and Shahid, M.A., 2014. Managing irrigation water by yield and water productivity assessment of a rice-wheat system using remote sensing. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 140(7): 04014022.

Zhang, T., Peng, J., Liang, W., Yang, Y. and Liu, Y., 2016. Spatial–temporal patterns of water use efficiency and climate controls in China's Loess Plateau during 2000–2010. Science of the Total Environment, 565: 105-122.