بهینه‌سازی مصرف کودهای نیتروژن، فسفر و دامی در تولید ذرت علوفه‌ای با استفاده از روش سطح- پاسخ

پژوهشهای زراعی ایران

مقاله 6، دوره 21، شماره 4 - شماره پیاپی 72، دی 1402، صفحه 485-500   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jcesc.2023.82946.1254

نویسندگان

عبدالرضا نخبه زعیم¹؛ محسن جهان^{* 2}؛ علیرضا بهشتی³

¹دانشجوی دکترای اگرواکولوژی، گروه اگروتکنولوژی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

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

³مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی خراسان رضوی، سازمان تحقیقات آموزش و ترویج کشاورزی، مشهد، ایران

چکیده

استفاده بهینه از نهاده‌های شیمیایی یکی از راهکارهای اساسی به‌منظور حفظ میزان تولید و کاهش آلودگی‌های زیست محیطی است. در همین راستا، هدف از این پژوهش بهینه‌سازی مصرف کودهای نیتروژن و فسفر به‌همراه کود دامی در تولید ذرت علوفه‌ای می‌باشد. برای این منظور آزمایشی در قالب طرح باکس-بنکن طراحی طی دو سال زراعی 96-1395 و 97-1396 در مزرعه‌ای در شهرستان ساوجبلاغ استان البرز به‌اجرا درآمد. عامل‌های آزمایشی بر اساس سطوح بالا و پایین تیمارها انتخاب و در مجموع 15 ترکیب تیماری (کود نیتروژن از صفر تا 300 کیلوگرم در هکتار؛ کود فسفر از صفر تا 150 کیلوگرم در هکتار و کود دامی از صفر تا 40 تن در هکتار) مورد مقایسه قرار گرفتند. در این مطالعه از مدل رگرسیونی درجه دو برای برآورد مقادیر متغیرهای پاسخ استفاده شد. نتایج ارزیابی مدل رگرسیونی نشان داد که مدل از دقت کافی برای پیش‌بینی صفات مورد بررسی  برخوردار بود. مقادیر تیمارها بر اساس سه سناریوی اقتصادی، زیست‌محیطی و اقتصادی-زیست‌محیطی که به‌ترتیب صفات عملکرد علوفه، تلفات نیتروژن و کارایی زراعی مصرف نیتروژن، عامل اصلی تعیین‌کننده تیمارها در هر سناریو بودند، بهینه‌سازی شدند. در سناریوی اقتصادی-زیست‌محیطی که به دلیل مدنظر قرار دادن هم‌زمان مسائل اقتصادی و زیست‌محیطی نسبت به دو سناریوی دیگر اولویت داشت؛ مصرف 78.79 کیلوگرم نیتروژن در هکتار، 150 کیلوگرم فسفر در هکتار و 8.48 تن در هکتار کود دامی به‌عنوان مناسب‌ترین سطوح کود نیتروژن، فسفر و دامی در این آزمایش  شناخته شد که تولید 90.87 تن علوفه تر در هکتار با تلفات نیتروژنی برابر با 64.75 کیلوگرم در هکتار و بالاترین کارایی زراعی مصرف نیتروژن معادل 116.4 کیلوگرم علوفه به‌ازای کیلوگرم نیتروژن را به‌همراه داشت. به‌نظر می‌رسد که مصرف توأم کودهای شیمیایی و آلی براساس مقادیر پیشنهادشده در سناریوی اقتصادی-زیست‌محیطی تحقیق حاضر را می‌توان به‌عنوان مقادیر بهینه تیمارهای کودی جهت تولید پایدار ذرت علوفه‌ای برای محل اجرای آزمایش در نظر گرفت.

کلیدواژه‌ها

تلفات نیتروژن؛ سناریوی زیست‌محیطی؛ کودهای شیمیایی؛ مقادیر بهینه

مراجع

Adesemoye, A. O., Torbert, H. A., & Klopper, J. W. (2009). Plant growth promoting rhizobacteria allow reduced application rates of chemical fertilizers. Microbial Ecology, 58, 921-929. https://doi.org/10.1007/s00248-009-9531-y

Akintoye, H. A., Klinga, J. G., & Lucas, E. O. (1999). N-use efficiency of single, double and synthetic maize lines grown at four N levels in three ecological zones of West Africa. Field Crops Research, 60, 189-199. https://doi.org/10.1016/s0378-4290(98)00122-1

Alexandratos, N., & Bruinsma, J. (2012). World agriculture towards 2030/2050: the 2012 revision. Global Perspective Studies Team, FAO Agricultural Development Economics Division.

Amiri, M.B., Jahan, M., & Rezvani-Moghaddam, P. (2022). An exploratory methodto determine the plant characteristics affecting the final yield of Echium amoenum Fisch. & C.A. Mey. under fertilizers application and plant densities. Scientific Reports, 12:1881. https://doi.org/10.1038/s41598-022-05724-8

Christianson, L. E., & Harmel, R. D. (2015). 4R water quality impacts: an assessment and synthesis of forty years of drainage nitrogen losses. Journal of Environmental Quality, 44, 1852-1860. https://doi.org/10.2134/jeq2015.03.0170

Cojocaru, C., & Zakrzewska-Trznadel, G. (2007). Response surface modeling and optimization of copper removal from aqua solutions using polymer assisted ultrafiltration. Journal of Membrane Science, 298, 56-70. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2007.04.001

David, M. B., Drinkwater, L. E., & Mclsaac, G. F. (2010). Sources of nitrate yields in the Mississippi River basin. Journal of Environmental Quality, 39, 1657-1667. https://doi.org/10.2134/jeq2010.0115

Doberman, A., & Cassman, K. G. (2005). Cereal area, yield and nitrogen use efficiency are drives for future nitrogen fertilizer consumption. Science in China, 48, 745-758. https://doi.org/10.1007/BF03187115

Emdad, M. R., Tafteh, A., & Ghaffari Nejad, S. A. (2023). Effect of using organic fertilizer on the changes of soil physical properties in different rotations cultivation in permanent plots. Water and Soil Management and Modeling, Accepted Manuscript Available Online from 08 April 2023. (in Persian with English abstract). https://doi.org/10.22098/mmws.2023.12491.1245

Fageria, N. K. (2014). Nitrogen Management in Crop Production. New York: CRC Press. ISBN: 978-1-4822-2283-8.

FAO. (2022). FAOSTAT. Land, Inputs and Sustainability. Available at: https://www.fao.org/faostat/en/#data/RFN

Gastal, F., & Lemaire, G. (2002). N uptake and distribution in crops: an agronomical and ecophysiological perspective. Journal of Experimental Botany, 53(370), 789-799. https://doi.org/10.1093/jexbot/53.370.789

Greer, K. D., & Pittelkow, C. M. (2018). Linking Nitrogen Losses With Crop Productivity in Maize Agroecosystems. Frontiers in Sustainable Food Systems, 2(29), 1-9. https://doi.org/10.3389/fsufs.2018.00029

Halvorson, A. D., Bartolo, M. E., Reule, C. A., & Berrada, A. (2008). Nitrogen effects on onion yield under drip and furrow irrigation. Agronomy Journal, 100(4), 1062-1069. https://doi.org/10.2134/agronj2007.0377

Hawkesford, M. J., & Barraclough, P. (2011). The Basis of Nutrient Use Efficiency in Crops. WILEYBLACKWELL, USA. ISBN: 978-0-8138-1992-1.

Helmers, M. J., Zhou, X., Baker, J. L., Melvin, S. W., & Lemke, D. W. (2012). Nitrogen loss on tile drained Mollisols as affected by nitrogen application rate under continuous corn and corn-soybean rotations. Canadian Journal of Soil Science, 92, 493-499. https://doi.org/10.4141/cjss2010-043

Jafari Malekabadi, A., Afyuni, M., Mousavi, S. F., & Khosravi, A. (2004). Nitrate concentration in groundwater in Isfahan province. Journal of Water and Soil Science, 8(3), 69-83. (In Persian with English abstract). https://doi.org/20.1001.1.24763594.1383.8.3.6.1

Jahan, M., Nassiri Mahallati, M., Khalilzade, H., Bigonah, R., & 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 abstract). https://doi.org/10.22067/gsc.v13i4.39788

Jahan, M., & Amiri, M.B. (2018). Optimizing application rate of nitrogen, phosphorus and cattle manure in wheat production: An approach to determine optimum scenario using response-surface methodology. Journal of Soil Science and Plant Nutrition, 18(1), 13-26. https://doi.org/10.4067/S0718-95162018005000102

Jarvis, S., Hutchings, N., Brentrup, F., Olesen, J. E., & Van Der Hock, K. W. (2011). Nitrogen flows in farming systems across Europe. In: The European Nitrogen Assessment: source, effects and policy perspectives. Sutton, M.A., Howard, C. M., Erisman, J. W., Billen, G., Bleeker, G., Grennfelt, A., Grinsven, H. V., & Grizzetti, B. (2011). Cambridge University Press. Part III, Chapter 10.

Jaynes, D. B., Colvin, T. S., Karlen, D. L., Cambardella, C. A., & Meek, D. W. (2001). Nitrate loss in subsurface drainage as affected by nitrogen fertilizer rate Journal of Environmental Quality, 30, 1305-1314. https://doi.org/10.2134/jeq2001.3041305x

Kalavathy, H. M., Regupathib, I., Pillai, M. G., & 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. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2008.12.007

Karmoker, J. R., Hasan, I., Ahmed, N., Saifuddin, M., & Reza, M. S. (2019). Development and Optimization of Acyclovir Loaded Mucoadhesive Microspheres by Box -Behnken Design. Dhaka University Journal of Pharmaceutical Sciences, 18(1), 1-12. https://doi.org/10.3329/dujps.v18i1.41421

Khodshenas, M. A., Ghadbeiklou, J., & Dadivar, M. (2016). The Effects of Source and Rate of Nitrogen Fertilizer and Irrigation on Nitrogen Uptake of Silage Corn and Residual Soil Nitrate. Journal of Water and Soil, 29(6), 1640-1650. (in Persian with English abstract). https://doi.org/10.22067/jsw.v29i6.35254

Kim, H. J., & Li, X. (2016). Effects of Phosphorus on Shoot and Root Growth, Partitioning, and Phosphorus Utilization Efficiency in Lantana. Hortscience, 51(8), 1001-1009. https://doi.org/10.21273/hortsci.51.8.1001

Koocheki, A., Nassiri Mahallati, M., Moradi, A., & Mansouri, H. (2013). Optimization of water, nitrogen and density in canola cultivation by central composite design. Journal of Agroecology, 3(1), 1-16. (in Persian with English abstract).

Lawlor, P. A., Helmers, M. J., Baker, J. L., Melvin, S. W., & Lemke, D. W. (2008). Nitrogen application rate effect on nitrate-N concentration and loss in subsurface drainage for a corn-soybean rotation. Trans. ASABE, 51, 83-94. https://doi.org/10.13031/2013.24229

Mansouri, H., Bannayan, M., Rezvani Moghaddam, P., & 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 Researc, 9(7), 676-687. https://doi.org/10.5897/ajar2013.8428

Marino, M. A., Mazzanti, A., Assuero, S. G., Gastal, F., Echeverria, H. E., & Andrade, F. (2004). Nitrogen dilution curves and nitrogen use efficiency during winter-spring growth of annual ryegrass. Agronomy Journal, 96, 601-607. https://doi.org/10.2134/agronj2004.0601

Mirzashahi, K., & Hossainpour, M. (2014). The effect of nitrogen fertilization management on grain yield and nitrogen efficiency indices in corn. Agronomy Journal (Pajouhesh & Sazandegi), 102, 31-40. (In Persian with English abstract). https://doi.org/10.22092/aj.2014.100926

Mohiti Asl, A. (2011). Effect of cow manure, biological and chemical fertilizers on some physic-chemical properties of soil and yield of forage corn in Amiran of Damgha. MSc thesis. Shahrood university. 139 p. (in Persian with English abstract).

Moraghebi, F., Akbari Famileh, M., & Houshmandfar, A. (2012). The effect of amount and time of Nitrogen use on the percentage of grain protein and efficiency use of Nitrogen of the Pishtaz cultivar wheat in Saveh region. Plant and Ecosystem, 7(29), 65. (in Persian with English abstract).

Myers, R. H., & Montgomery, D. C. (1995). Response surface methodology: process and product optimization using designed experiments. John Willey & Sons, New York, USA.

Nelson, D. W., & Somers, L. E. (1973). Determination of total nitrogen in plant material. Agronomy Journal, 65, 109-112. https://doi.org/10.2134/agronj1973.00021962006500010033x

Rathke, G. W., Behrens, T., & Diepenbrock, W. (2006). Integrated nitrogen management strategies to improve seed yield, oil content and nitrogen efficiency of winter oilseed rape (Brassica napus L.): A review. Agriculture, Ecosystems and Environment, 117, 80-108. https://doi.org/10.1016/j.agee.2006.04.006

Sadat-Rozati, N. (2008). The evaluation of the effect of consumption management of urea fertilizer on yield and component of yield in three cultivar of maize. MSc thesis. Shahrood University of Technology. (In Persian with English abstract).

Torbert, H. A., Potter, K. N., & Morrison, J. E. (2001). Tillage system, fertilizer nitrogen rate and timing effect on corn yields in the Texas Blackland prairie. Agronomy Journal, 93, 1119-1124. https://doi.org/10.2134/agronj2001.9351119x

Weligama, C., Sale, P. W. G., Conyers, M. K., Liu, D. L., & Tang, C. (2010). Nitrate leaching stimulates subsurface root growth of wheat and increase rhizosphere alkalization in a highly acidic soil. Plant and Soil, 328, 119-132. https://doi.org/10.1007/s11104-009-0087-x

Zhou, M., & Butterbach-Bahl, K. (2014). Assessment of nitrate leaching loss on a yield-scaled basis from maize and wheat cropping systems. Plant Soil, 374, 977-991. https://doi.org/10.1007/s11104-013-1876-9