بهینه‌سازی کود نیتروژن و آبیاری در زراعت گندم (Triticum aestivum L.) با استفاده از طرح مرکب مرکزی

بوم شناسی کشاورزی

مقاله 10، دوره 11، شماره 2 - شماره پیاپی 40، تیر 1398، صفحه 515-530   

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jag.v11i2.31912

نویسندگان

مهدی نصیری محلاتی^{* 1}؛ علیرضا کوچکی¹؛ فرنوش فلاح پور¹؛ محمد بهزاد امیری^{2، 1}

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

²گروه زراعت، دانشکده کشاورزی، مجتمع آموزش عالی گناباد، گناباد، ایران

چکیده

امروزه با توجه به مصرف بی­رویه نهاده­های کشاورزی علاوه بر تحمیل هزینه­های اضافی بر بخش تولید، آلودگی­های زیست­محیطی پیش­آمده در­نتیجه آن نیز مشکل­ساز شده­است. لذا به‌منظور برآورد مقادیر بهینه مصرف منابع آب و نیتروژن در زراعت گندم آزمایشی در قالب طرح مرکب مرکزی در مزرعه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد در سال زراعی 1390-1389 اجرا شد. تیمارهای آزمایشی با توجه به سطوح بالا و پائین کود نیتروژن (صفر و 400 کیلوگرم کود اوره در هکتار) و آبیاری (2500 و 5000 مترمکعب) طراحی شدند، نقطه مرکزی در هر تیمار پنج بار تکرار شد و درمجموع 13 ترکیب تیماری بدست­آمد. عملکرد بیولوژیک، عملکرد دانه، تلفات نیتروژن، کارایی مصرف نیتروژن  و کارایی مصرف آب  بعنوان متغیرهای وابسته مورد اندازه­گیری قرار گرفتند و با استفاده از یک مدل رگرسیونی، سطوح پاسخ این متغیرها تحت تأثیر تیمارها محاسبه شد. در­مجموع نتایج نشان داد که افزایش مصرف کود نیتروژن و آبیاری اثر مثبتی بر افزایش عملکرد دانه، عملکرد بیولوژیک و کارایی مصرف آب داشت در حالیکه افزایش آبیاری منجر به کاهش کارایی مصرف نیتروژن و افزایش تلفات نیتروژن شد. در نهایت  مقادیر بهینه مصرف کود نیتروژن و آبیاری بر اساس سه سناریوی اقتصادی، زیست­محیطی و اقتصادی- زیست­محیطی تعیین گردید. در سناریوی اقتصادی، مقدار بهینه کوددهی و آبیاری به­منظور دستیابی به 4045 کیلوگرم در هکتار عملکرد دانه و 9908 کیلوگرم در هکتار عملکرد بیولوژیک به ترتیب 274 کیلوگرم در هکتار کود اوره و 3964 مترمکعب در هکتار آبیاری بدست­آمد. در سناریوی زیست­محیطی، مقدار بهینه این منابع به‌منظور کاهش تلفات نیتروژن محاسبه شد و به ترتیب برای کوددهی و آبیاری مقادیر 64 کیلوگرم در هکتار و 2651 مترمکعب در هکتار بدست آمد. در سناریوی اقتصادی-زیست محیطی عملکرد دانه و کاهش تلفات نیتروژن همزمان مورد­نظر قرار گرفت، در­نتیجه مقادیر بهینه سطوح کوددهی و آبیاری به ترتیب معادل 153 کیلوگرم در هکتار و 3030 مترمکعب بدست­آمد. توجه همزمان به جنبه اقتصادی تولید و مسائل زیست­محیطی، برتری سناریوی اقتصادی- زیست­محیطی را نسبت به دو سناریوی دیگر نشان می­دهد.

کلیدواژه‌ها

تلفات نیتروژن؛ سناریوی اقتصادی-زیست محیطی؛ عملکرد دانه؛ کارایی مصرف منابع

مراجع

Aslan, N. 2007. Application of response surface methodology and central composite rotatable design for modeling the influence of some operating variables of a multi-gravity separator for chromite concentration. Powder Technology 86: 769–776.

Behera, S.K., and Panda, R.K. 2009. Effect of fertilization and irrigation schedule on water and fertilizer solute transport for wheat crop in a sub-humid sub-tropical region. Agriculture, Ecosystems and Environment 130: 141-155.

Bole, J.B., and Dubetz, S. 1986. Effect of irrigation and nitrogen fertilizer on the yield and protein content of soft white spring wheat. Canadian Journal of Plant Science 66: 281-289.

Boswell, F.C., Meisinger, J.J., and Case, W.L. 1985. Fertilizer technology and use: Production, marketing and use of nitrogen fertilizers. Soil Science Society of America publication. p. 229-292.

Box, G.E.P., and Wilson, K.B. 1952. On the experimental attainment of optimum conditions. Journal of the Royal Statistical Society 1: 13-18.

Box, G.E.P., and Hunter, J.S. 1957. Multi-factor experimental designs for exploring response surfaces. The Institute of Mathematical Statistics. p. 195-241.

Calderini, D., Torres- Leon, F., and Slafer, G.A. 1995. Consquences of wheat breeding on nitrogen and phosphorus yield, grain nitrogen and phosphorus concentration and associated traits. Annuls of Botany 76: 315- 322.

Caliandro, A., and Boari, F. 1992. Supplementary irrigation in arid and semi-arid regions. In: International conference on supplementary irrigation and drought water management, Italy, 27 September- 2 October.

Cossey, D.A., Thomason, W.E., Mullen, R.W., Wyun, K.J., Woolfolk, C.W., Johnson, G.V., and Raun, W.R. 2002. Relationship between ammonium and nitrate in wheat plant tissue and estimated nitrogen loss. Journal of Plant Nutrition 25 (7): 1429– 1442.

Davis, J.G., Westfall, D.G., Mortvedt, J.J., and Shanahan, J.F. 2002. Fertilizing winter wheat. Agronomy Journal 84: 1198-1203.

Dawson, J.C., Huggins, D.R., and Jones, S.S. 2008. Characterizing nitrogen use efficiency in natural and agricultural ecosystems to improve the performance of cereal crops in low-input and organic agriculture systems. Field Crops Research 107: 89-101.

FAO (Food and Agriculture organizations of the United Nations). 2013. FAOSTAT, agricultural production. [WWW document]. URLhttp://faostat3.fao.org/home/index.html.

Gan, Y., Malhi, S.S., Brandt, S., Katepa-Mupondwa, F., and Stevanson, C. 2008. Nitrogen use efficiency and nitrogen uptake of juncea Canola under diverse environments. Agronomy Journal 100: 285-295.

Haefner, J.W. 2005. Modeling Biological Systems: Principles and Applications. 2nd ed., Utah State University, USA.

Harper, L.A., Sharpe, R.R., Langdale, G.W., and Giddens, J.E. 1987. Nitrogen cycling in a wheat crop: Soil, plant and aerial nitrogen transport. Agronomy Journal 79: 965-973.

Hatfield, J.L., and Prueger, J.H. 2004. Nitrogen over-use, under-use, and efficiency. Crop Science 26: 156-168.

Hosseini, R., Galeshi, S., Soltani, A., and Kalateh, M. 2012. The effect of nitrogen on yield and yield component in modern and old wheat cultivars. Electronic Iranian Journal of Crop Production 4: 187-199. (In Persian with English Summary).

Kiziloglu, F.M., Sahin, U., Kuslu, Y., and Tunc, T. 2009. Determining water-yield relationship, water use efficiency, crops and pan coefficients for silage maize in a semiarid region. Irrigation Science 27: 129-137.

Koocheki, A., Nassiri Mahallati, M., Moradi, R., and Mansouri, H. 2014. Optimizing of water, nitrogen and density in canola cultivation by central composite design. Soil Science and plant Nutrition 60 (2): 286-298.

Li, Z.Z., Li, W.D., and Li, W.L. 2004. Dry-period irrigation and fertilizer application affect water use and yield of spring wheat in semiarid regions. Agricultural Water Management 65: 133–143.

Mahajan, G., Chauhan, B.S., Timsina, J., Singh, P.P., and Singh, K. 2012. Crop performance and water-and nitrogen-use efficiencies in dry-seeded rice in response to irrigation and fertilizer amounts in northwest India. Field Crops Research 134: 59-70.

Mahler, R.L., Koehler, F.E., and Lutcher, L.K. 1994. Nitrogen source, timing of application and placement: Effects on winter wheat production. Agronomy Journal 86: 637-642.

Mei-Hua, D., Xiao-Jun, S., Yu-Hua, T., Bin, Y., Shao-Lin, Z., Zhao-Liang, Z., and Kimura, S.D. 2012. Orimizing nitrogen fertilizer application for rice production in the Taihu lake region, China. Pedosphere 22: 48-57.

Ortiz, R., Nurminen, M., Madsen, S., Rognil, O.A., and Bjornstad, A. 2002. Genetic gains in Nordic spring barley breeding over sixty years. Euphytica 126: 283-289.

Pandy, P.K., Maranville, J.W., and Admou, A. 2001. Tropical wheat response to irrigation and nitrogen in a sahelian environment. I. Grain yield, yield components and water use efficiency. European Journal of Agronomy 15: 93-105.

Raun, W.R., and Johnson, G.V. 1991. Improving nitrogen use efficiency for cereal production. Agronomy Journal 91: 357- 363.

Ritter, W.F. 1980. Nitrate leaching under irrigation in the US: a review. Journal of Environmental Health 24: 349–378.

Rong, Y., and Xuefeng, W. 2011. Effects of nitrogen fertilizer and irrigation rate on nitrate present in the profile of a sandy farmland in Northwest China. Procedia Environmental Sciences 11: 726-732.

Sandhu, K.S., Arora, V.K., Chand, R., Sandhu, B.S., and Khera, K.L. 2000. Optimizing time distribution of water supply and fertilizer nitrogen rates in relation to targeted wheat yields. Experimental Agriculture 36: 115–125.

Shahsavari, N., and Saffari, M. 2005. Effect of amount of nitrogen on yield and yield components of three bread wheat cultivars in Kerman. Iranian Journal of Agricultural Sciences 18: 81-87. (In Persian with English Summary)

Whalley, W.R., Clark, L.J., Gowing, D.J.G., Cope, R.E., Lodge, R.J., and Leeds- Harrison, P.B. 2006. Does soil strength play a role in wheat yield losses caused by soil drying? Plant and Soil 280:279–90.

Wu, C.F.J., and Hamada, M. 2000. Experiments: Planning, Analysis, and Parameter Design Optimization. New York, 760 pp.

Zhou, X., Wang, H., Chen, Q., and Ren, J. 2007. Coupling effects of depth of film-bottomed tillage and amount of irrigation and nitrogen fertilizer on spring wheat yield. Soil & Tillage Research 94: 251-261.