برآورد خلاء عملکرد سیب‌زمینی (Solanum tuberosum L.) در استان خراسان رضوی و تعیین سهم آب و نیتروژن در آن با استفاده از رهیافت مدل‌سازی

پژوهشهای زراعی ایران

مقاله 6، دوره 23، شماره 3 - شماره پیاپی 79، مهر 1404، صفحه 321-339   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jcesc.2024.90184.1355

نویسندگان

محسن جهان^{* 1}؛ محسن نوری¹؛ حمیدرضا خزاعی¹؛ مهدی نصیری محلاتی¹؛ کوروش شجاعی نوفرست²؛ محمدحسن فلاح¹

¹گروه اگروتکنولوژی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

²مرکز تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی و منابع طبیعی، خراسان رضوی، مشهد، ایران

چکیده

خلاء عملکرد سیب‌زمینی (Solanum tuberosum L.) در استان خراسان رضوی براساس شیوه‌نامه اطلس جهانی خلاء عملکرد و با استفاده از مدل SUBSTOR-Potato برنامه DSSAT برآورد شد. مدل گیاهی با استفاده از داده‌های دو آزمایش مزرعه‌ای که در شرایط محدودیت آب و نیتروژن طراحی و اجرا شدند و همچنین اطلاعات جمع‌آوری‌شده از سایر آزمایشات زراعی در مناطق مورد مطالعه مورد واسنجی و ارزیابی قرار گرفت. استان براساس شیوه‌نامه اطلس جهانی خلاء عملکرد به سه ناحیه اقلیمی کشاورزی کلاستربندی شد. سپس، با استفاده از داده‌های آب‌وهوایی بلندمدت (2020-2011) و میانگین عملکرد واقعی هر ایستگاه، پتانسیل عملکرد برای هر ناحیه شبیه‌سازی شد و میزان خلاء عملکرد محاسبه گردید. در نهایت، در شرایط محدودیت‌های آب و نیتروژن، پتانسیل عملکرد مجدداً بررسی شد و سهم هر یک از این عوامل در ایجاد خلاء عملکرد تعیین گردید. بیشترین عملکرد پتانسیل در سطح استان مربوط به ناحیه یک و در شهرستان فریمان (در سال 2012) با مقدار 86.7 تن در هکتار برآورد گردید. کمترین مقدار عملکرد پتانسیل برای شهرستان بردسکن واقع در ناحیه اقلیمی سه با مقدار 8.3 تن در هکتار برآورد شد. میانگین خلاء عملکرد در دوره آماری 10 ساله در ناحیه یک 48.8 و در ناحیه دو 31.7 تن در هکتار برآورد گردید. میانگین تأثیر محدودیت آب و نیتروژن در ایجاد خلاء عملکرد سیب‌زمینی در ناحیه‌ یک به‌ترتیب 12.1 و 18 تن در هکتار و در ناحیه دو به‌ترتیب 10.9 و 8.3 تن در هکتار بود. پُر کردن بخشی از خلاء عملکرد با توجه به شرایط اقلیمی هر ناحیه متفاوت است، بااین‌حال انتخاب رقم زراعی سازگار، تاریخ کاشت و تراکم بوته مناسب از جمله مهم‌ترین گزینه‌‌های مدیریت زراعی به‌منظور جبران بخشی از خلاء عملکرد، صرف نظر از تفاوت‌‌های اقلیمی توصیه می‌شود.

کلیدواژه‌ها

اعتبارسنجی؛ امنیت غذایی؛ پهنه‌بندی؛ عملکرد پتانسیل؛ واسنجی؛ DSSAT

مراجع

1. Alva, A. K., Ren, H., Moore, A. D. (2012). Water and nitrogen management effects on biomass accumulation and partitioning in two potato cultivars. American Journal of Plant Sciences, 3, 164-170. https://doi.org/10.4236/ajps.2012.31019
2. Arora, V. K., Nath, J. C., & Singh, C. B. (2013). Analyzing potato response to irrigation and nitrogen regimes in a sub-tropical environment using SUBSTOR-Potato model. Agricultural Water Management, 124, 69-76. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2013.03.021
3. Ayas, S. (2013). The effects of different regimes on potato (Solanum tuberosum Hermes) yield and quality characteristics under unheated greenhouse conditions. Bulgarian Journal of Agricultural Science, 19(1), 87-95.
4. Bagheri, H. R., Gharineh, M. H., & Bakhshandeh, A. (2015). Agroecological zoning and gap analysis of potato yield using SUBSTOR-Potato simulation model and geographic information system in Chaharmahal-Bakhtiari province. Ph.D. Thesis, Faculty of Agriculture, Khuzestan University of Agriculture and Natural Resources, Ahvaz, Iran.
5. Bremner, J. M., & Mulvaney, C. S. (1982). Nitrogen-total. In Methods of Soil Analysis. Chemical and microbiological properties. A. L. Page, R. H. Miller, and D. R. Keeney eds. Soil Science Society of America: Madison, WI, USA, 2, 595–624.
6. Coates, J. (2013). Build it back better: Deconstructing food security for improved measurement and action. Global Food Security, 2(3), 188-194. https://doi.org/10.1016/j.gfs.2013.05.002
7. Deguchi, T., Iwama, K., & Haverkort, A. J. (2016). Actual and potential yield levels of potato in different production systems of Japan. Potato Research, 59, 207-225. https://doi.org/10.1007/s11540-016-9322-z
8. Devaux, A., Kromann, P., & Ortiz, O. (2014). Potatoes for sustainable global food security. Potato Research, 57, 185-199. https://doi.org/10.1007/s11540-014-9265-1
9. Dobermann, A., & Cassman, K. G. (2002). Plant nutrient management for enhanced productivity in intensive grain production systems of the United States and Asia. Plant and Soil, 247, 153-175. https://doi.org/10.1023/A:1021197525875
10. Doring, T. F., Brandt, M., Heß, J., Finckh, M. R., & Saucke, H. (2005). Effects of straw mulch on soil nitrate dynamics, weeds, yield and soil erosion in organically grown potatoes. Field Crops Research, 94(2-3), 238-249. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2005.01.006
11. Fageria, N. K., & Baligar, V. C. (2005). Enhancing nitrogen use efficiency in crop plants. Advances in Agronomy, 88, 97-185. https://doi.org/10.1016/S0065-2113(05)88004-6
12. (2017). FAOSTAT. Food and Agriculture Organization of the United Nations. Food Security, 1(1), 5-7. Available in: http://faostat.fao.org/countryprofiles.
13. (2021). Potato. FAOSTAT database for agriculture.
14. Fallah-Ghalhari, Gh., Moosavi-Baygi, M., & Habibi-Nokhandan, H. (2000). Forecasting seasonal precipitation based on synoptic patterns using adaptive neural fuzzy inference system (ANFIS). Research on Natural Geographia, 66, 121-139. (In Persian)
15. Greenwood, D. J., Neeteson, J. J., & Draycott, A. (1985). Response of potatoes to N fertilizer: Dynamic model. Plant and Soil, 85, 185-203.
16. Hall, A. J., & Richards, R. A. (2013). Prognosis for genetic improvement of yield potential and water-limited yield of major grain crops. Field Crops Research, 143, 18-33. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2012.05.014
17. Haverkort, A. J. (2014). Yield gaps and ecological footprints of potato production systems in Chile. Potato Research, 57, 13-31. https://doi.org/10.1007/s11540-014-9250-8
18. Hochman, Z., Gobbett, D., Horan, H., & Garcia, J. N. (2016). Data rich yield gap analysis of wheat in Australia. Field Crops Research, 197, 97-106. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2016.08.017
19. Hoogenboom, G., Wilkens, P. W., Thornton, P. K., Jones, J. W., Hunt, L. A. & Imamura, D. T. (1999). Decision support system for agrotechnology transfer v3. 5. DSSAT Version, 3, 1-36. https://doi.org/10.1007/978-94-017-3624-4_8
20. IISD Report. (2012). Food Security and Climate Change Initiative. International Institute for Sustainable Development. https://www.iisd.org/system/files/publications/food_security_agriculture_financing.pdf
21. Jaggard, K. W., Qi, A., & Ober, E. S. (2010). Possible changes to arable crop yields by 2050. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 365(1554), 2835-2851. https://doi.org/10.1098/rstb.2010.0153
22. Kamali, Gh., & Bazgir, S. (2009). Prediction of wheat yield using agrometeorological indices in some western areas of the Iran, Journal of Agricultural Sciences and Natural Resources, 15(2), 113-121
23. Koocheki, A., Nassiri-Mahallati, M., Mansoori, H., & Moradi, R. (2017). Effect of climatic and management factors on potential and gap of wheat yield in Iran using WOFOST Model. Iranian Journal of Field Crops Research, 15(2), 244-256. (in Persian with English abstract). https://doi.org/10.22067/gsc.v15i2.54278
24. Merlos, F. A., Monzon, J. P., Mercau, J. L., Taboada, M., Andradea, F. H., Halle, A. J., Jobbagy, E., Cassman, K. G., & Grassini, P. (2015). Potential for crop production increase in Argentina through closure of existing yield gaps. Field Crops Research, 184, 145-154. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2015.10.001
25. Metzger, M. J., & Flanagin, A. J. (2013). Credibility and trust of information in online environments: The use of cognitive heuristics. Journal of Pragmatics, 59, 210-220. https://doi.org/10.1016/j.pragma.2013.07.012
26. Ministry of Agriculture. (2022). Review of harvest level statistics and production rate of 36 years of crops. Ministry of Agricultural Jihad, Planning and Economic Deputy. Information and Communication Technology Center. https://maj.ir also in: https://agrieng.org/1401
27. Mohammadi, A., Koocheki, A., & Nassiri-Mahallati, M. (2018). Evaluation of LINTUL1-POTATO Model for simulation of development stages and potential yield of spring-sown potato (Solanum tuberosum) in Iran. Journal of Agroecology, (in Persian with English abstract).
28. Neumann, K., Verburg, P. H., Stehfest, E., & Müller, C. (2010). The yield gap of global grain production: A spatial analysis. Agricultural Systems, 103(5), 316-326. https://doi.org/10.1016/j.agsy.2010.02.004
29. Rosegrant, M. W., Koo, J., Cenacchi, N., Ringler, C., Robertson, R. D., Fisher, M., & Sabbagh, P. (2014). Food security in a world of natural resource scarcity: The role of agricultural technologies. Washington, DC: International Food Policy Research Institute (IFPRI). 250 p.https://doi.org/10.2499/9780896298477
30. Mohammadi, A. (2020). Strategies for optimal agricultural management in delayed potato cultivation. Applied Science of Potato, 3(2), 27-34. (In Persian). Available Online at: https://pem.areeo.ac.ir/article_123326_be6943fb65aad7cc09abc77063059f50.pdf
31. Shahnazari, A., Liu, F., Andersen, M. N., Jacobsen, S. E., & T Jensen, C. R. (2007). Effects of partial root-zone drying on yield, tuber size and water use efficiency in potato under field conditions. Field Crops Research, 100(1), 117-124. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2006.05.010
32. Shock, C. C., Feibert, E. G., & Saunders, L. D. (1998). Potato yield and quality response to deficit irrigation. Horticultural Science, 33, 655-659. https://doi.org/10.21273/HORTSCI.33.4.655
33. Sobhani, A. R., & Hamidi, H. (2013). Effects of water deficit and potassium on yield and water use efficiency of potato crop in linear sprinkler irrigation method (line source). Environmental Stress in Crop Sciences, 6(1), 1-15. (in Persian with English Abstract).
34. Svubure, O., Struik, P. C., Haverkort, A. J., & Steyn, J. M. (2015). Yield gap analysis and resource footprints of Irish potato production systems in Zimbabwe. Field Crops Research, 178, 77-90. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2015.04.002
35. Taei, J. S., Ghanbari, A., Amiri, E., Ghaffari, A., Siahsar, B., & Ayoubi, S. (2013). Agroecological zoning of wheat in the Borujen Watershed: Rianfed and irrigated wheat cropping system evaluation. Journal of Agricultural Science and Sustainable Production, 22(4), 1-12. (in Persian with English abstract). Available Online at: https://sustainagriculture.tabrizu.ac.ir/article_801.html?lang=en
36. Tavakkoli-Kakhki, H. R. (2016). Zoning and evaluation of nitrogen use efficiency and nitrogen balance for wheat and corn cropping systems of Iran by using simulation model and GIS. Ph.D. Dissertation. the Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran. 151 pp. (In Persian with English abstract).
37. Van Bussel, L. G., Grassini, P., Van Wart, J., Wolf, J., Claessens, L., Yang, H., & van Ittersum, M. K. (2015). From field to atlas: Upscaling of location-specific yield gap estimates. Field Crops Research, 177, 98-108. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2015.03.005
38. Van Ittersum, M. K., Cassman, K. G., Grassini, P., Wolf, J., Tittonell, P., & Hochman, Z. (2013). Yield gap analysis with local to global relevance- a review. Field Crops Research, 143, 4-17. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2012.09.009
39. Van Wart, J., van Bussel, L. G., Wolf, J., Licker, R., Grassini, P., Nelson, A., Boogaard, H., Gerber, J., Mueller, N. D., Claessens, L., & van Ittersum, M. K. (2013). Use of agro-climatic zones to upscale simulated crop yield potential. Field Crops Research, 143, 44-55. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2012.11.023
40. Vos, J., & Van der Putten, P. E. L. (1998). Effect of nitrogen supply on leaf growth, leaf nitrogen economy and photosynthetic capacity in potato. Field Crops Research, 59(1), 63-72. https://doi.org/10.1016/S0378-4290(98)00107-5
41. Westermann, D.T. (2005). Nutritional requirements of potatoes. American Journal of Potato Research,82, 301–307. https://doi.org/10.1007/BF02871960
42. Willmott, C. J. (1982). Some comments on the evaluation of model performance. Bulletin of the American Meteorological Society, 63(11), 1309-1313.‏
43. Zebarth, B. J., Rees, H., Tremblay, N., Fournier, P., & Leblon, B. (2002). Mapping spatial variation in potato nitrogen status using the N Sensor. In XXVI International Horticultural Congress: Toward Ecologically Sound Fertilization Strategies for Field Vegetable Production. Acta Horticultura, 627, 267-273. https://doi.org/17660/ActaHortic.2003.627.34
44. Zhang, B., Li, F. M., Huang, G., Cheng, Z. Y., & Zhang, Y. (2006). Yield performance of spring wheat improved by regulated deficit irrigation in an arid area. Agricultural Water Management, 79(1), 28-42. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2005.02.007