بهینه‌سازی مصرف کود نیتروژن و آب در چغندرقند (Beta vulgaris L.) با استفاده از مدل‌سازی سطح- پاسخ

بوم شناسی کشاورزی

مقاله 4، دوره 13، شماره 1 - شماره پیاپی 47، فروردین 1400، صفحه 57-72   

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jag.v13i1.79767

نویسندگان

حامد منصوری^{* 1}؛ حمید نوشاد²؛ مهدی حسنی³

¹بخش تحقیقات چغندرقند، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان همدان، سازمان تحقیقات، آموزش وترویج کشاورزی، همدان، ایران.

²مؤسسه تحقیقات اصلاح و تهیه بذر چغندرقند، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

³بخش تحقیقات چغندرقند، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان همدان، سازمان تحقیقات،آموزش وترویج کشاورزی، همدان، ایران.

چکیده

هدف از انجام تحقیق حاضر، بهینه‌سازی منابع کود نیتروژن و آب در چغندرقند (Beta vulgaris L.) در شرایط آب‌وهوایی همدان با استفاده از روش سطح- پاسخ بود. برای این منظور، داده‌های مورد نیاز از منابع موجود استخراج و در قالب طرح مرکب مرکزی بهینه‌سازی در شرایط آب‌وهوایی همدان انجام گرفت. سطوح بالا و پایین کود نیتروژن و آبیاری به‌ترتیب 0 و 240 کیلوگرم نیتروژن خالص در هکتار و 8000 و 14000 متر‌مکعب در هکتار بودند. نتایج ارزیابی مدل بر اساس شاخص­های آماری نشان داد که مدل از دقت قابل قبول و معنی‌داری برای شبیه‌سازی صفات چغندرقند برخوردار بود، به‌طوری‌که مقدار شاخص RMSE برای تمام صفات مورد ارزیابی کمتر از هشت درصد به‌دست آمد. برای بهینه‌سازی از دو روش هم‌پوشانی لایه‌ها و حل عددی استفاده شد. بر اساس روش هم‌پوشانی لایه‌ها، میزان مصرف 9500 تا 12000 متر‌مکعب آب در هکتار و کاربرد 110 تا 130 کیلوگرم نیتروژن در هکتار به‌عنوان بهینه مصرف آبیاری و کود نیتروژن برآورد گردید. در روش حل عددی نیز کاربرد 133 کیلوگرم کود نیتروژن در هکتار به‌همراه 10667 متر‌مکعب آب به‌عنوان مقادیر بهینه تیمارها شبیه‌سازی شد. بر اساس مقادیر بهینه پیشنهادی توسط مدل در روش حل عددی، میزان عملکرد ریشه، شکر و شکر سفید، میزان نیتروژن مضره، کارایی مصرف آب و نیتروژن به‌ترتیب معادل 1/80 تن در هکتار، 94/14 تن در هکتار، 49/12 تن در هکتار در هکتار، 56/2 میلی اکی‌والان در 100 گرم، 39/1 کیلوگرم شکر بر متر‌مکعب آب و 24/74 کیلوگرم شکر بر کیلوگرم نیتروژن برآورد شد. 

کلیدواژه‌ها

طرح مرکب مرکزی؛ عملکرد بهینه؛ عملکرد شکر؛ کارایی مصرف آب؛ کارایی مصرف نیتروژن

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 coal cleaning. Fuel 86: 769–776.

Bannayan, M., Mansoori, H., and Eyshi Rezaei, E., 2014. Estimating climate change, CO₂ and technology development effects on wheat yield in northeast Iran. International Journal of Biometeorology 58: 395-405.

Box, G.E.P., and Hunter, J.S., 1957. Multi-factor experimental design for exploring response surfaces. Annals of Mathematical Statistics 28:195–241.

Box, G.E.P., and Wilson, K.B., 1951. On the experimental attainment of optimum conditions. Journal of the Royal Statistical Society: Series B (Statistical Methodology) 13: 1–45.

Hills, F.J., Winter, S.R., and Henderson, D.W., 1990. Sugar beet. In: Stewart, B.A., Nielsen, D.R., (Eds.). Irrigation of Agricultural Crops. pp. 795-810, Madison, Wisconsin, USA.

Hossain, M., and Mohona, M.J., 2018. Shoot-root traits of broccoli (Brassica oleracea var. italica L.) as influenced by different irrigation schedules. International Journal of Horticultural Science and Technology 5(1): 11-18.

Hosseinpour, M., 2008. Water and radiation use efficiency of winter sugar beet affected by nitrogen, irrigation and growth duration management. Final Report of Sugar Beet Seed Institute. Karaj, Iran. (In Persian with English Summary)

Jahan, M., Nassiri Mahallati, M., Khalilzade, H., Bigonah, R., and Razavi, A.R., 2016. Optimizing of nitrogen, phosphorus and cattle manure fertilizers application in winter wheat production using response-surface methodology (RSM). Iranian Journal of Field Crops Research 13(4): 823-839. (In Persian with English Summary)

Jahedi, A., Nourozi, A., Hassani, M., and Hamdi, F., 2012. Effect of irrigation methods and nitrogen application on sugar beet yield and quality. Sugar Beet 28(1): 43-53. (In Persian with English Summary)

Kalavathy, H.M., Regupathib, I., Pillai, M.G., and Miranda, L.R., 2009. Modelling, analysis and optimization of adsorption parameters for H₃PO₄ activated rubber wood sawdust using response surface methodology (RSM). Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 70: 35–45.

Koocheki, A., Nassiri, M., Moradi, R., and Mansouri, H., 2014. Optimizing water, nitrogen and crop density in canola cultivation using response surface methodology and central composite design. Soil Science and Plant Nutrition 1: 1-13.

Kwak, J.S., 2005. Application of Taguchi and response surface methodologies for geometric error in surface grinding process. International Journal of Machine Tools and Manufacture 45: 327–34.

Laufer, D., Nielsen, O., Wilting, P., Koch, H.J., and Märländer, B. 2016. Yield and nitrogen use efficiency of fodder and sugar beet (Beta vulgaris L.) in contrasting environments of Northwestern Europe. European Journal of Agronomy. 73: 124-132.

Mansouri, H., Bannayan, M., Rezvani Moghaddam, P., and Lakzian, A., 2014. Management of nitrogen fertilizer, irrigation and plant density in onion production using response surface methodology as optimization approach. African Journal of Agricultural Research 9(7): 676-687.

Mansouri, H., Bannayan, M., Rezvani Moghaddam, P., and Lakzian, A., 2015. Management of nitrogen, irrigation and planting density in persian shallot (Allium hirtifolium) by using central composite optimizing method. Agricultural Science and Sustainable Production 24(4): 41-60.

Masri, M.I., Ramadan, B.S.B., El-Shafai, A.M.A., and El-Kady, M.S., 2015. Effect of water stress and fertilization on yield and quality of sugar beet under drip and sprinkler irrigation systems in sandy soil. International Journal of Agriculture Sciences 5(3): 414-425.

Mirzaei, M.R., and Ghadami, A., 2005. Evaluation of quantity and quality of sugar beet under furrow and tape irrigation systems. Final Report of Sugar Beet Seed Institute. Karaj, Iran. (In Persian with English Summary)

Mohammadian, R., 2016. Determination of the best plant population and nitrogen amount of sugar beet under tape drip irrigation system. Final Report of Sugar Beet Seed Institute. Karaj, Iran. (In Persian with English Summary)

Mohammadian, R., Taleghani, D., and Sadeghzadeh, S., 2010. Effect of different irrigation managements on quantity and quality of sugar beet. Sugar Beet 26(2): 139-156.

Montgomery, D.C., 2001. Design and Analysis of Experiments, fifth ed., John Wiley & Sons, New York. 734 p.

Nassiri, M., Koocheki, A., Kamali, G.A., and Shahandeh, H., 2006. Potential impact of climate change on rainfed wheat production in Iran. Archives of Agronomy and Soil Science 52: 113-124.

Noshad, H., Abdollahian-Noghabi, M., and Babaei, B., 2012. Effect of Nitrogen and Phosphorous Application on the Efficiency of Nitrogen Uptake and Consumption in Sugar Beet (Beta vulgaris L.). Iranian Journal of Crop Sciences 43(3): 529-539. (In Persian with English Summary)

Obeng, D.P., Morrell, S., and Napier, T.J.N., 2005. Application of central composite rotatable design to modeling the effect of some operating variables on the performance of the three-product cyclone. International Journal of Mineral Processing 769: 181–92.

Topak, R., Süheri, S., and Acar, B., 2011. Effect of different drip irrigation regimes on sugar beet (Beta vulgaris L.) yield, quality and water use efficiency in Middle Anatolian, Turkey. Irrigation Science 29(1): 79-89.

Wenxue, L., Long, L., Jianhao, S., Tianwen, G., Fusuo, Z., Xingguo, B., Peng A., and Tang, C., 2005. Effects of intercropping and nitrogen application on nitrate present in the profile of an Orthic Anthrosol in Northwest China. Agriculture, Ecosystems and Environment 105: 483–491.

Zulkali, M.M.D., Ahmad, A.L., and Norulakmal, N.H., 2006. Oryza sativa L husk as heavy metal adsorbent: optimization with lead as model solution. Bioresource Technology 97: 21-25.