ارزیابی روند تغییرات مصرف و بهره‌وری نیتروژن در نظام‌های تولید گندم (Triticum aestivum L.) ایران

بوم شناسی کشاورزی

مقاله 2، دوره 9، شماره 2 - شماره پیاپی 32، تیر 1396، صفحه 360-378   

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jag.v9i2.29287

نویسنده

علیرضا کوچکی

دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

در طی چند دهه گذشته مصرف کودهای نیتروژنی و به تبع آن عملکرد گندم (Triticum aestivum L.) کشور به میزان چشمگیری افزایش یافته ولی روند این تغییرات به طور دقیق ارزیابی نشده است. در این تحقیق داده‌های عملکرد و مصرف کود در طی دوره ای 40 ساله (1389-1350) مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و روندتغییرات، بهره‌وری و انواع کارایی های نیتروژن و نیز سهم نسبی این نهاده در افزایش عملکرد گندم در ایران محاسبه شد. نتایج نشان داد که در طی چهار دهه میانگین رشد سالانه عملکرد و مصرف کود به ترتیب 9/2 و 9/6 درصد بوده است. در طی این مدت مصرف کودهای نیتروژنی در بوم‌نظام‌های تولید گندم 5/9 برابر افزایش یافته و از حدود 25 به 240 کیلوگرم در هکتار رسیده است در‌حالی‌که افزایش عملکرد گندم در این دوره 4/3 برابر شده است. البته روند مصرف کودهای نیتروژنی در بوم‌نظام‌های گندم کشور از اواسط دهه 80 به ثبات رسیده و نتایج پیش‌بینی بر اساس سری زمانی حاکی از آن است که مصرف این نهاده تا سال 1400 از 250 کیلوگرم در هکتار تجاوز نخواهد کرد. بهره‌وری نیتروژن (نسبت عملکرد به میزان نیتروژن مصرف شده) در تولید گندم 5/22 کیلوگرم دانه به‌ازای کیلوگرم نیتروژن مصرف شده است و با شیبی معادل 19/0- کیلوگرم در هکتار در سال در حال کاهش می‌باشد. میانگین کارایی مصرف نیتروژن (نسبت تفاوت عملکرد در شرایط مصرف و عدم مصرف کود به نیتروژن مصرف شده) 5/14 کیلوگرم دانه به‌ازای کیلوگرم نیتروژن مصرفی برآورد شد. تفکیک کارایی مصرف به اجزای آن نشان داد که میانگین 40 ساله کارایی جذب نیتروژن در بوم‌نظام‌های گندم کشور 5/35 درصد می‌باشد و روند کاهشی آن موجب شده تا در دهه 80 به حدود 30 درصد کاهش یابد. در مقابل کارایی استفاده از نیتروژن با میانگین 40 کیلوگرم دانه به‌ازای کیلوگرم نیتروژن جذب شده در طی دوره مطالعه روندی صعودی داشته است. سهم نسبی نیتروژن در عملکرد گندم با شیبی مثبت در حال افزایش می‌باشد و از 24 درصد در دهه 50 به 32 درصد در دهه 80 رسیده است. بر اساس یافته‌های این تحقیق به‌نظر می رسد که کاهش کارایی مصرف نیتروژن در بوم‌نظام‌های تولید گندم ایران عمدتاً به دلیل کاهش کارایی جذب این نهاده بوده و افزایش کارایی تبدیل پایین بودن بازیافت نیتروژن را جبران نکرده است.

کلیدواژه‌ها

بهره‌وری جزئی نیتروژن؛ کارایی جذب نیتروژن؛ کارایی مصرف نیتروژن

مراجع

Abeledo, L.G., Calderini, D.F., and Slafer, G.A. 2008. Nitrogen economy in old and modem malting barleys. Field Crops Research 106: 171-178.

Anbessa, Y., Juskiw, P., Good, A., Nyachiro, J., and Helm, J. 2009. Genetic variability in nitrogen use efficiency of spring barley. Crop Science 49: 1259-1268.

Balasubramanian, V., Alves, B., Aulakh, M., Bekunda, M., Cai, Z., Drinkwater, L., Mugendi, D., Van Kessel, C., and Oenema, O. 2004. Crop, Environmental and Management Factors Affecting Nitrogen Use Efficiency. In: Mosier, A.R., Syers, J.K., Freney, J.R. (Eds.), Agriculture and the Nitrogen Cycle. Island Press, Washington, DC p. 19-33.

Barraclough, P.B., Howarth, J.R., Jones, J., Lopez-Bellido, R., Parmar, S., Shepherd, C.E., and Hawkesford, M.J. 2010. Nitrogen efficiency of wheat: genotypic and environmental variation and prospects for improvement. European Journal of Agronomy 33: 1-11.

Bell, M.A, Fischer, R.A., Byerlee, D., and Sayre, K. 1995. Genetic and agronomic contributions to yield gains: A case study for wheat. Field Crops Research 44: 55-65.

Bingham, I.J., Karley, A.J., White, P.J., Thomas, W.T.B., and Russell, J.R. 2012. Analysis of improvements in nitrogen use efficiency associated with 75 years of spring barley breeding. European Journal of Agronomy 42: 49-58.

Bingham, I.J. 2005. Agronomic approaches for modifying root systems of field crops: opportunities and constraints. Aspects of Applied Biology 73 (Roots and the Soil Environment II) 169-178.

Biswas, C.R., and Benbi, D.K. 1997. Nitrogen balance and N recovery after 22 years of maize–wheat–cowpea cropping in a long-term experiment. Nutrient Cycling in Agroecosystem 47: 107-114.

Bouwman, A.F., Van Drecht, G., and Van der Hoek, K.W. 2005. Nitrogen surface balances in intensive agricultural production systems in different world regions for the period 1970–2030. Pedosphere 15(2): 137–155.

Bruinsma, J.E. 2003. World Agriculture: Towards 2015/2030. In: An FAO Perspective, Earthscan, London 432 pp.

Bulman, P., Mather, D.E., and Smith, D.L. 1993. Genetic-improvement of spring barley cultivars grown in eastern Canada from 1910 to 1988. Euphytica 71: 35-48.

Cassman, K.G. 2001. Crop science research to assure food security. In: J. Nosberger, H.H. Geiger and P.C. Struik (Eds). Crop Science, CAB International p. 33-51.

Cassman, K.G., Dobermann, A., and Walters, D.T. 2002. Agroecosystems, nitrogen-use efficiency, and nitrogen management. Ambio 31: 132-140.

Cassman, K.G., Dobermann, A., Walters, D.T., and Yang, H. 2003. Meeting cereal demand while protecting natural resources and improving environmental quality. Annual Review of Environmental Resources 28: 315-358.

Dawson, C.J., and Hilton, J. 2011. Fertilizer availability in a resource-limited world: production and recycling of nitrogen and phosphorus. Food Policy 36: S14-S22.

Dobermann, A., and Cassman, K.G. 2005. Cereal area and nitrogen use efficiency are drivers of future nitrogen fertilizer consumption. Scientific China Series in Life Sciences 48 (Supp.): 1-14.

Dobermann, A., Witt, C., Dawe, D., Gines, G.C., Nagarajan, R., Satawathananont, S., Son, T.T., Tan, P.S., Wang, G.H., Chien, N.V., Thoa, V.T.K., Phung, C.V., Stalin, P., Muthukrishnan, P., Ravi, V., Babu, M., Chatuporn, S., Kongchum, M., Sun, Q., Fu, R., Simbahan, G.C., and Adviento, M.A.A. 2002. Site-specific nutrient management for intensive rice cropping systems in Asia. Field Crops. Research 74: 37-66.

Eickhout B., Bouwman, A.F., and van Zeijts, H. 2006. The role of nitrogen in world food production and environmental sustainability. Agriculture, Ecosystems and Environment 116: 4-14.

Erley, G.H., Behrens, T., Ulas, A., Wiesler, F., and Horst, W.J. 2011. Agronomic traits contributing to nitrogen efficiency of winter oilseed rape Cultivars. Field Crops Research 124: 114-123

FAO. 2010. Fertilizer Requirements in 2015 and 2030. Rome: FAO, UN.

Fixen, P.E., and West, F.B. 2002. Nitrogen fertilizers: meeting contemporary challenges. Ambio 31: 169-176.

Foulkes, M.J., Reynolds, M.P., and Sylvester-Bradley, R. 2009. Genetic Improvement of Grain Crops: Yield Potential. In: Sadras, V.O., Calderini, D.F. (Eds.), Crop Physiology Applications for Genetic Improvement and Agronomy. Academic Press, Amsterdam p. 355-386.

Gaju, O., Allard, V., Martre, P., Snape, J.W., Heumez, E., LeGouis, J., Moreau, D., Bogard, M., Griffiths, S., Orford, S., Hubbart, S., and Foulkes. M.J. 2011. Identification of traits to improve the nitrogen-use efficiency of wheat genotypes. Field Crops Research 123: 139-152

Gallais, A., and Coque, M. 2005. Genetic variation and selection for nitrogen use efficiency in maize, a synthesis. Maydica 50: 531-547.

Giller, K.E., Chalk, P., Dobermann, A., Hammond, L., Heffer, P., Ladha, J.K., Nyamudeza, P., Maene, L., Ssali, H., and Freney, J. 2004. Emerging Technologies to Increase the Efficiency of Use of Fertilizer Nitrogen. In: Mosier, A.R., Syers, J.K., Freney, J.R. (Eds.), Agriculture and the Nitrogen Cycle. Island Press, Washington, D.C. p. 35-51.

Hafner, S. 2003. Trends in maize, rice, and wheat yields for 188 nations over the past 40 years: a prevalence of linear growth. Agriculture, Ecosystem and Environment 97: 275-283.

Ho, M.D., Rosas, J.C., Brown, K.M., and Lynch, J.P. 2005. Root architectural tradeoffs for water and phosphorus acquisition. Functional Plant Biology 32: 737-748.

Horst, W.J., Behrens, T., Heuberger, H., Kamh, M., Reidenbach, G., and Wiesler, F. 2003. Genotypic Differences in Nitrogen Use-efficiency in Crop Plants. In: Lynch, J.M., Schepers, J.S., and Ünver, I. (Eds.), Innovative Soil-plant Systems for Sustainable Agricultural Production p. 75-92.

Jing, Q., Bouman, B.A.M., Hengsdijk, H., Van Keulen, H., and Cao, W. 2007. Exploring options to combine high yields with high nitrogen use efficiencies in irrigated rice in China. European Journal of Agronomy 26: 166-177.

Keshavarz, A., and Sadeghzadeh, K. 2000. Water management in agricultural sector, estimated future demand, drought crisis, current status and future prospects and ways to optimize water use. Ministry of Agriculture, the Research, Education and Extension 29 pp. (In Persian)

Koocheki, A., Nassiri Mahallati, M., Bakhshaie, S., and Davari, A. 2017. A meta-analysis on nitrogen fertilizer experiments on cereal crops in Iran. Agroecology In press. (In Persian with English Summary)

Krupnik, T.J., Six, J., Ladha, K., Paine, M.J., and Van Kessel, C. 2004. An Assessment of Fertilizer Nitrogen Recovery Efficiency by Grain Crops. In: Mosier, A.R., Syers, J.K., Freney, J.R. (Eds.), Agriculture and the Nitrogen Cycle. Island Press, Washington, D.C. p. 193-207.

Le Gouis, J., Beghin, D., Heumez, E., and Pluchard, P. 2000. Genetic differences for nitrogen uptake and nitrogen utilization efficiencies in winter wheat. European Journal of Agronomy 12: 163-173.

Liu, Ch., Watanabe, M., and Wang, Q.X. 2008. Changes in nitrogen budgets and nitrogen use efficiency in the agroecosystems of the Changjiang River Basin between 1980 and 2000. Nutrients Cycling in Agroecosystem 80: 19-37.

Liu, J., Liu, H., Huang, S., Yang, X., Wang, B., Li, X., and Ma, Y. 2010. Nitrogen efficiency in long-term wheat–maize cropping systems under diverse field sites in China. Field Crops Research 118: 145-151.

Lopez-Bellindo, R.J., and Lopez-Belindo, L. 2001. Efficiency of nitrogen in wheat under Mediterranean conditions: effect of tillage, crop rotation and N fertilization. Field Crops Research 71: 31-46.

Moll, R.H., Kamprath, E.J., Jackson, W.A. 1982. Analysis and interpretation of factors which contribute to efficiency of nitrogen utilization. Agronomy Journal 74: 562-564.

Mortimer N.D., Elsayed M.A., and Horne R.E. 2004. Energy and greenhouse gas emissions for bioethanol production from wheat grain and sugar beet. York, UK: NNFC: Report for British Sugar Number 23/1.

Muurinen, S., Slafer, G.A., Peltonen-Sainio, P. 2006. Breeding effects on nitrogen use efficiency of spring cereals under northern conditions. Crop Science 46: 561-568.

Naderi, A., Majidi Hervan, I., Hashemi Dezfooli, A.H., Nour Mohammadi, G., and Rezayee, A.M. 2000. Genetic variation for dry matter and nitrogen accumulation in grain of spring wheat genotypes under optimum and post-anthesis drought stress conditions. I. Grain yield and its related traits. Iranian Journal of Crop Sciences 3: 1-11. (In Persian with English Summary)

Ortiz-Monasterio, J.I., Sayre, K.D., Rajaram, S., and McMahom, M. 1997. Genetic progress in wheat yield and nitrogen use efficiency under four nitrogen rates. Crop Science 37: 898-904.

Rejesus, R.M., Heisey, P.W., and Smale, M. 1999. Sources of Productivity Growth in Wheat: A Review of Recent Performance and Medium to Long-Term Prospects. CIMMYT Economics Working Paper 99–05. CIMMYT, Mexico.

Roy, R.N., Misra, R.V., and Montanez, A. 2002. Decreasing reliance on mineral nitrogen-yet more food. Ambio 31: 177-183.

Salvagiotti, F., Castellari, J.M., Miralles, D.J., Pedro, H.M. 2009. Sulfur fertilization improves nitrogen use efficiency in wheat by increasing nitrogen uptake. Field Crops Research 113: 170-177.

Sinebo, W., Gretzmacher, R., and Edelbauer, A. 2004. Genotypic variation for nitrogen use efficiency in Ethiopian barley. Field Crops Research 85: 43-60

Smil, V. 1999. Nitrogen in crop production: An account of global flows. Global Biogeochemical Cycles 13: 647-662.

Sower, K.E., Pan, W.L., Miller, B.C., and Smith, J.L. 1994. Nitrogen use efficiency of split nitrogen application in soft winter wheat. Agronomy Journal 86: 942-948.

Statistical Year Book of Agriculture in Khorasan Razavi Province (SYBAKRP). 2011. Available at: Http://www.koaj.ir/news/default.asp?nk=63&maincatid=1184. (In Persian.). Khorasan Razavi Province, Iran.

Stevens, W.B., Hoeft, R.G., and Mulvaney, R.L. 2005. Fate of nitrogen-15 in a long-term nitrogen rate study. I. Interactions with soil nitrogen. Agronomy Journal 97: 1037-1045.

Sylvester-Bradley, R., and Kindred, D.R. 2009. Analysing nitrogen responses of cereals to prioritize routes to the improvement of nitrogen use efficiency. Journal of Experimental Botany 60: 1939-1951.

Tenkorang, F., and DeBoer, J.L. 2009. Forecasting long-term global fertilizer demand. Nutrients Cycling in Agroecosystem 83: 233-247.

Thomason, W.E., Raun, W.R., Johnson, G.V., Freeman, K.W., Wynn, K.J., and Mullen, R.W. 2002. Production system techniques to increase nitrogen use efficiency in winter wheat. Journal of Plant Nutrition 25: 2261-2283.

Walker, G.K. 1989. Model for operational forecasting of western Canada wheat yield. Agricultural Forest Meteorology 44: 339-351.

White, P.J., Brown, P.H. 2010. Plant nutrition for sustainable development and global health. Annals of Botany 105: 1073-1080.

Witcombe, J.R., Hollington, P.A., Howarth, C.J., Reader, S., and Steele, K.A. 2008. Breeding for abiotic stresses for sustainable agriculture. Philosophical Transaction of Royal Society of Biology 363: 703-716.

Zand, A., Koocheki, A., Rahimian Mashhadi, H., and Nassiri Mahallati, M. 2001. Study of trend analysis of morphological and Physiological criteria during the 50 years on some Iranian wheats. Journal of Agricultural Sciences and Technologies 16: 161-171. (In Persian with English Summary)

Zarea, A., Koocheki, A., and Nassiri Mahallati, M. 2006. Trend analysis of yield, production and cultivated area of cereal in Iran during the 50 years and prediction of future situation. Iranian Journal of Field Crops Research 4(1): 49-69. (In Persian with English Summary)