ارزیابی بیلان نیتروژن در نظام‌های زراعی تولید گندم(Triticum aestivum L.) ایران

بوم شناسی کشاورزی

مقاله 10، دوره 12، شماره 3 - شماره پیاپی 45، مهر 1399، صفحه 523-540   

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jag.v12i3.74308

نویسندگان

حمید رضا توکلی کاخکی¹؛ مهدی نصیری محلاتی^{* 2}؛ علیرضا کوچکی²؛ محسن جهان³؛ علیرضا بهشتی⁴

¹بخش تحقیقات علوم زراعی و باغی، مرکز تحقیقات آموزش کشاورزی و منابع طبیعی خراسان رضوی، سازمان تحقیقات،آموزش و ترویج کشاورزی، مشهد، ایران.

²گروه اگروتکنولوژی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

³گروه اگروتکنولوژی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.

⁴بخش تحقیقات علوم زراعی و باغی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی خراسان رضوی، مشهد، ایران

چکیده

پایداری و توسعه نظام‌های زراعی به‌طور مستقیم و غیرمستقیم به حضور نیتروژن وابسته است، از سوی دیگر، نظام‌های زراعی و باغی از جمله مسیرهای اصلی تلفات نیتروژن به‌شکل‌ تصعید و شستشو می‌باشند که پیامدهای زیست‌محیطی نامطلوبی را به‌همراه خواهد داشت. این پژوهش با هدف ارزیابی بیلان نیتروژن در نظام‌های زراعی گندم (Triticum aestivum L.) ایران با استفاده از مدل CENTURY اجرا شد. این مدل قادر است با تلفیق اثر متغیرهای اقلیمی، خاک و مدیریت زراعی فرآیندهای چرخه نیتروژن (N) را در سیستم‌های مختلف از جمله بوم‌نظام‌های زراعی شبیه‌سازی کند. در این ارتباط پس از تهیه بانک اطلاعاتی مورد نیاز مدل شامل داده‌های جغرافیایی، اقلیمی، مدیریت زراعی و خصوصیات خاک، روند تغییرات بیلان نیتروژن و سهم هر یک از اجزای تشکیل‌دهنده بیلان با استفاده از مدل مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به‌دست آمده نشان داد که بیشترین نیتروژن ورودی در دامنه (5/9– 5/12 گرم در متر مربع) مربوط به بوم‌نظام‌های زراعی گندم شمال غرب، غرب و جنوب غرب و کمترین مقدار آن در دامنه (3/7– 4/9 گرم در متر مربع) مربوط به نظام‌های زراعی گندم در شرق و جنوب شرقی کشور بود. همچنین بررسی نتایج به‌دست‌آمده در رابطه با سهم نسبی اجزای نیتروژن ورودی و خروجی نشان داد که نیتروژن حاصل از مصرف کود به‌عنوان اصلی‌ترین متغیر ورودی و نیتروژن دانه به‌عنوان مؤثرترین متغیرخروجی توانستند به‌ترتیب با ضریب تبیین 973/0 و 928/0 تغییرات کل موجود در نیتروژن ورودی و خروجی را توصیف کنند. با توجه به نتایج به‌دست آمده به‌نظر می‌رسد در رابطه با نیتروژن ورودی نقش مدیریت زراعی مانند تقسیط مصرف کود، هم‌زمانی زمان مصرف کود با نیاز گیاه و در مجموع، افزایش کارایی مصرف نیتروژن که بیشتر متکی بر مدیریت زراعی هستند، حائز اهمیت می‌باشد. امّا در خصوص خروج نیتروژن از نظام‌های زراعی گندم علاوه ‌بر مدیریت زراعی بقایا، تناوب و بهره‌گیری از ارقام اصلاح شده که از کارایی مصرف نیتروژن بالاتری برخوردار باشند، اهمیت بیشتری دارد.

کلیدواژه‌ها

کود؛ نیتروژن ورودی؛ نیتروژن دانه؛ نیتروژن خروجی؛ شبیه سازی

مراجع

Annabi Milani, A., 2007. Interaction of irrigation regimes and nitrogen sources on grain yield and water use efficiency of wheat. Agroecology Journal 2: 43-56. (In Persian with English Summary)

Annual report of wheat breeding program (Bread and Drum). 2013. SPII. Karaj, Iran.

Annual report of wheat breeding program (Bread and Drum). 2014. SPII. Karaj, Iran.

Arora, A., Mohan, J., 1999. Ammonia volatilization during moisture stress from wheat (Triticum aestivum L.) plant canopy. Indian Journal of Experimental Biology 37: 701-705.

Bahrani, A., and Tahmasebi Sarvestani, Z., 2007. Effect of rate and times of nitrogen application on accumulation and remobilization efficiency of flag leaf in two wheat cultivars. Journal of Water and Soil Science 11: 147-155. (In Persian with English Summary)

Bakhshaie, S., Rezvani Moghaddam, P., and Goldani, M., 2014. The effects of nitroxin and nitrogen fertilizer on yield and yield components of winter wheat (Triticum aestivum L.). Journal of Iranian Field Crop Research 12: 360-368. (In Persian with English Summary)

Barbosa, P., Camia, A., Kucera, J., Liberta, G., Palumbo, I., San-Miguel-Ayanz, J., and Schmuck, G., 2008. Assessment of forest fire impacts and emissions in the European Union based on the European Forest Fire Information System. Developments in Environmental Science 8: 197-208.

Bateman, E., and Baggs, E., 2005. Contributions of nitrification and denitrification to N2O emissions from soils at different water-filled pore space. Biology and Fertility of Soils 41: 379-388.

Bishop, P., and Manning, M., 2010. Urea Volatilisation: The Risk Management and Mitigation Strategies. Palmerston North, New Zealand: Fertilizer and Lime Research Centre, Massey University.

Black, A.S., Sherlock, R.R., Smith, N.P., Cameron, K.C., and Goh, K.M., 1985 b. Effects of form of nitrogen, season, and urea application rate on ammonia volatilisation from pastures. New Zealand Journal of Agricultural Research 28: 469–474.

Boswell, F.C., Meisinger, J.J., and Case, W.L., 1985. Production, marketing and use of nitrogen fertilizers. In: Fertilizer Technology and Use. 3 rd Ed. SSSA Madison, WI 229-292 pp.

Brun, F., Wallach, D., Makowski, D., and Jones, J.W., 2006. Working with dynamic crop models: evaluation, analysis, parameterization, and applications, Elsevier.

Butterbach-Bahl, K., Gundersen, P., Ambus, P., Augustin, J., Beier, C., Boeckx, P., Dannenmann, M., Sanchez Gimeno, B., Ibrom, A., and Kiese, R., 2011. Nitrogen processes in terrestrial ecosystems. The European nitrogen assessment: sources, effects and policy perspectives, pp. 99-125.

Cameron, K., Di, H., and Moir, J., 2013. Nitrogen losses from the soil/plant system: a review. Annals of Applied Biology 162: 145-173.

Chien, S.H., Prochnow, L.I., Cantarella, H., and Donald, L.S., 2009. Recent developments of fertilizer production and use to improve nutrient efficiency and minimize environmentalimpacts. Advances in Agronomy 102: 268–322.

Deihimfard, R., Mahallati, M.N., and Koocheki, A., 2015. Yield gap analysis in major wheat growing areas of Khorasan province, Iran, through crop modelling. Field Crops Research 184: 28-38.

Delgado, J., and Shaffer, M., 2008. Nitrogen Management Modeling Techniques: Assessing Cropping Systems/Landscape Combinations.

Di, H., and Cameron, K., 2002. Nitrate leaching in temperate agroecosystems: sources, factors and mitigating strategies. Nutrient Cycling in Agroecosystems 64: 237-25.

Fageria, N., and Baligar, V., 2005. Enhancing nitrogen use efficiency in crop plants. Advances in Agronomy 88: 97-185.

Gerami, F., Aynehband, A., and Fateh, E., 2013. Effect of green manures and nitrogen fertilizer levels on early growth, yield and yield components of wheat (Triticum aestivum L.). Journal of Sustainable Agriculture and Production Science 23: 1-17. (In Persian with English Summary)

Farshid, R., Zamani,G., Behdani, M., and Sahrai, E., 2012. Effects of salinity and nitrogen application methods on yield and yield components of wheat (Triticum aestivum L.). Journal of Iranian Field Crop Research 10: 18-24. (In Persian with English Summary)

Harper, L.A., and and Sharpe, R.R., 1995. Nitrogen dynamics in irrigated corn: soil-plant nitrogen and atmospheric ammonia transport. Agronomy Journal 87: 669-675.

Hosseini, R., Galeshi, S., Soltani, A., and Kalateh, M., 2011. The effect of nitrogen on yield and yield component in modern and old wheat cultivars. Electronic Journal of Crop Producation 4: 187-200. (In Persian with English Summary)

Farquhar, G.D., Firth, P.M., Wetselaar, R., and Weir, B., 1980. On the gaseous exchange of ammonia between leaves and the environment: determination of the ammonia compensation point. Plant Physiology 66: 710-714.

Kemanian, A.R., Stöckle, C.O., and Huggins, D.R., 2007. Estimating grain and straw nitrogen concentration in grain crops based on aboveground nitrogen concentration and harvest index. Agronomy journal 99: 158-165.

Khasseh Serjani, A., Farahbakhsh, H., Ravari, S.Z., Pasandipoor, N., and Karami, A., 2011. Evaluation the effect of biological, zinc sulphate and nitrogen fertilizer on quantitative and qualitative characteristics of wheat yield .Iranian Journal of Soil Research 25: 125-135. (In Persian with English Summary)

Koocheki, A., Nassiri Mahallati, M., Soltani, A., Sharifi, H., and Ghorbani, R., 2006. Effects of climate change on growth criteria and yield of sunflower and chickpea crops in Iran. Climate Research 30: 247-253.

Koocheki, A., Nassiri Mahallati, M., Mansoori, H., and Moradi, R., 2012. Assessment of nitrogen flow and use efficiency in the course of production to utilization for wheat and maize in Iran. Journal of Agroecology 4(3): 192-200. (In Persian with English Summary)

Linacre, E.T., 1977. A simple formula for estimating evaporation rates in various climates, usingtemperature data alone. Agricultural Meteorology 18: 409-424.

Liu, X., Ju, X., Zhang, F., Pan, J., and Christie, P., 2003. Nitrogen dynamics and budgets in a winter wheat–maize cropping system in the North China Plain. Field Crops Research 83: 111-124.

Mdhej, A., Naderi, A., Imam, Y., Aynehband, A., and Normohamadi, G., 2009. Effect of different nitrogen level on grain yield , grain protein content and agronomic nitrogen use efficiency in wheat genotypes under optimum and post- anthesis heat stress conditions. Seed and Plant Production Journal 25: 353-371. (In Persian with English Summary)

Morgan, J.A., and Parton, W.J., 1989. Characteristics of ammonia volatilization from spring wheat. Crop Science 29: 726-731.

Nassiri, M., Koocheki, A., Kamali, G., and Shahandeh, H., 2006. Potential impact of climate change on rainfed wheat production in Iran: (Potentieller Einfluss des Klimawandels auf die Weizenproduktion unter Rainfed-Bedingungen im Iran). Archives of Agronomy and soil Science 52: 113-124.

Parry, M.L., Canziani, O.F., Palutikof, J.P., Van der Linden, P.J., and Hanson, C.E., 2007. IPCC, 2007: Climate change 2007: impacts, adaptation and vulnerability. Contribution of Working Group II to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge.

Parton, W., McKeown, R., Kirchner, V., and Ojima, D., 1992. Users guide for the CENTURY model.

Parton, W.J., and Rasmussen, P., 1994. Long-term effects of crop management in wheat-fallow: II. CENTURY model simulations. Soil Science Society of America Journal 58: 530-536.

Parton, W., 1996. The CENTURY model. Evaluation of soil organic matter models. Springer 283-291.

Pourazari, F., Ehsanzade, p., and Jahanbin, S., 2011. Response of hulled tetraploid wheats to nitrogen deficit stress in comparison to macaroni wheat. Iranian Journal of Field Crop Science 42: 285-294.

Shaffer, M.J., Ma, L., and Hansen, S., 2010. Modeling carbon and nitrogen dynamics for soil management, CRC Press.

Shahabifar, M., and Daryashenas, A., 2004. Increase of N use efficiency in wheat fertigation method by optimum split N at growth stage. Agricultural Research, Education and Extension Organization. Soil and Water Research Institute. 44674. (In Persian with English Summary)

Statistical year book., 2013. Department of Agricultural Statistics. Jihad-e-Agriculture Ministry, Iran. 167 p. (In Persian)

Sommer, S.G., Schjoerring, J.K., and Denmead, O.T., 2004. Ammonia emission from mineral fertilizers and fertilized crops. Advances in Agronomy 82: 558–622.

Stevenson, F.; 1985. Cycles of soil: Carbon, nitrogen, phosphorus, sulfur, micronutrients. Cycles of soil: carbon, nitrogen, phosphorus, sulfur, micronutrients.

Stockdale, E., Gaunt, J., and Vos, J., 1997. Soil-plant nitrogen dynamics: what concepts are required? European Journal of Agronomy 7: 145-159.

Sogbedji, J.M., Van Es, H.M., Yang, C.L., Geohring, L.D., and Magdoff, F.R., 2000. Nitrate leaching and nitrogen budget as affected by maize nitrogen rate and soil type. Journal of Environmental Quality 29: 1813-1820.

Soltani, A., Khooie, F., Ghassemi-Golezani, K., and Moghaddam, M., 2001. A simulation study of chickpea crop response to limited irrigation in a semiarid environment. Agricultural Water Management 49: 225-237.

Sugimoto, R., and Tsuboi, T., 2016. Seasonal and annual fluxes of atmospheric nitrogen deposition and riverine nitrogen export in two adjacent contrasting rivers in central Japan facing the Sea of Japan. Journal of Hydrology: Regional Studies.

Sutton, M.A., Howard, C.M., Erisman, J.W., Billen, G., Bleeker, A., Grennfelt, P., Van Grinsven, H., and Grizzetti, B. 2011. The European nitrogen assessment: sources, effects and policy perspectives, Cambridge University Press.

Taghipoor, F., 2005. The effect of nitrogen sources on the yield and quality of wheat. AgriculturalResearch Education and Extension Organization p. 84-955. (In Persian)

Thomson, A.J., Giannopoulos, G., Pretty, J., Baggs, E.M., and Richardson, D.J., 2012. Biological sources and sinks of nitrous oxide and strategies to mitigate emissions. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences 367: 1157–1168.

Wallach, D., and Goffinet, B., 1989. Mean squared error of prediction as a criterion for evaluating and comparing system models. Ecological Modelling 44: 299-306.

Williams, J., Dyke, P., and Jones, C., 1983. EPIC-A model for assessing the effects of erosion on soil productivity. Analysis of ecological systems: state-of-the-art in ecological modelling: proceedings, 24-28 May 1982, Colorado State Univ., Ft. Collins, Colo./edited by WK Lauenroth, GV Skogerboe, M. Flug.

Willmott, C.J., 1982. Some comments on the evaluation of model performance. Bulletin of the American Meteorological Society 63: 1309-1313.

Yang, J., Yang, J., Liu, S., and Hoogenboom, G., 2014. An evaluation of the statistical methods for testing the performance of crop models with observed data. Agricultural Systems 127: 81-89.