دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

 آمار

تعداد نشریات14
تعداد شماره‌ها692
تعداد مقالات7,147
تعداد مشاهده مقاله11,514,029
تعداد دریافت فایل اصل مقاله10,448,529
خرم دل, سرور, نصیری محلاتی, مهدی, هوشمند, مینا, مصطفوی, محمدجواد. (1399). بهینه‌سازی اثر سطوح کودهای نیتروژن و فسفر بر عملکرد و شاخص‌های کیفی در گندم با استفاده از مدلسازی سطح- پاسخ. , 13(3), 119-140. doi: 10.22069/ejcp.2021.17978.2328
سرور خرم دل; مهدی نصیری محلاتی; مینا هوشمند; محمدجواد مصطفوی. "بهینه‌سازی اثر سطوح کودهای نیتروژن و فسفر بر عملکرد و شاخص‌های کیفی در گندم با استفاده از مدلسازی سطح- پاسخ". , 13, 3, 1399, 119-140. doi: 10.22069/ejcp.2021.17978.2328
خرم دل, سرور, نصیری محلاتی, مهدی, هوشمند, مینا, مصطفوی, محمدجواد. (1399). 'بهینه‌سازی اثر سطوح کودهای نیتروژن و فسفر بر عملکرد و شاخص‌های کیفی در گندم با استفاده از مدلسازی سطح- پاسخ', , 13(3), pp. 119-140. doi: 10.22069/ejcp.2021.17978.2328
خرم دل, سرور, نصیری محلاتی, مهدی, هوشمند, مینا, مصطفوی, محمدجواد. بهینه‌سازی اثر سطوح کودهای نیتروژن و فسفر بر عملکرد و شاخص‌های کیفی در گندم با استفاده از مدلسازی سطح- پاسخ. , 1399; 13(3): 119-140. doi: 10.22069/ejcp.2021.17978.2328

بهینه‌سازی اثر سطوح کودهای نیتروژن و فسفر بر عملکرد و شاخص‌های کیفی در گندم با استفاده از مدلسازی سطح- پاسخ

مجله تولید گیاهان زراعی
مقاله 8، دوره 13، شماره 3، آذر 1399، صفحه 119-140    اصل مقاله (1.12 M)
نوع مقاله: مقاله پژوهشی
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22069/ejcp.2021.17978.2328
نویسندگان
سرور خرم دل* 1؛ مهدی نصیری محلاتی2؛ مینا هوشمند3؛ محمدجواد مصطفوی3
1دانشیار ، عضو هیات علمی دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد
2استاد ، گروه اگروتکنولوژی دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد
3دانشجوی دکتری ، گروه اگروتکنولوژی دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد
چکیده
مدلسازی سطح- پاسخ (RSM) روش آماری برای بهینه‌سازی چند فاکتور است که با استفاده از ترکیب تیمارها شرایط بهینه عوامل تولید را تعیین می‌کند (5،10،11). در این مطالعه، اثر کاربرد کودهای نیتروژن و فسفر بر عملکرد، اجزای عملکرد و خصوصیات کیفی دانه گندم با استفاده از مدلسازی سطح- پاسخ مورد مطالعه قرارگرفت.
مواد و روش‌ها: این آزمایش با 13 تیمار و دو تکرار در مزرعه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد در سال زراعی 95-1394 انجام شد. تیمارها بر اساس سطح پایین و بالای نیتروژن (به ترتیب با صفر و 400 کیلوگرم اوره در هکتار) و فسفر (به ترتیب با صفر و 100 کیلوگرم سوپرفسفات تریپل در هکتار) تعیین شدند. عملکرد بیولوژیکی، عملکرد دانه، شاخص برداشت، خصوصیات رشد و اجزای عملکرد (شامل تعداد پنجه در متر مربع، ارتفاع بوته، طول خوشه، تعداد دانه در خوشه، وزن دانه درخوشه، وزن دانه دربوته، تعداد خوشه در بوته، وزن خوشه در بوته و وزن خشک ساقه در متر مربع) و خصوصیات کیفی دانه (درصد نیتروژن، درصد پروتئین و درصد فسفر) به عنوان متغیر وابسته مورد اندازه‌گیری قرار گرفتند و تغییرات این متغیرها با استفاده از مدل رگرسیونی ارزیابی شد. به منظور ارزیابی کیفیت مدل از آزمون عدم برازش استفاده شد. بسندگی مدل با آنالیز واریانس مورد ارزیابی قرار گرفت. کیفیت مدل با استفاده از ضریب تبیین (R2) ارزیابی شد. در نهایت، مقادیر بهینه کودهای نیتروژن و فسفر بر اساس سه سناریوی اقتصادی، زیست محیطی و اقتصادی- زیست محیطی محاسبه شد.
نتایج: نتایج نشان داد که اثر جزء خطی بر شاخص‌ برداشت، طول خوشه، اجزای عملکرد (شامل وزن دانه در بوته، تعداد خوشه در بوته، وزن خوشه در بوته و تعداد پنجه در متر مربع) و درصد نیتروژن و درصد پروتئین دانه معنی‌دار بود. اثر جزء درجه دو کامل عملکرد بیولوژیکی، عملکرد دانه، تعداد پنجه در متر مربع، وزن دانه در بوته و وزن خوشه در بوته، درصد نیتروژن، پروتئین و فسفر دانه و اثر متقابل ارتفاع بوته، طول خوشه، تعداد دانه در خوشه و درصد نیتروژن دانه را به طور معنی‌داری تحت تاثیر قرار داد. آزمون عدم برازش در مورد هیچ‌یک از صفات مورد مطالعه معنی‌دار نبود که نشان‌دهنده برازش مطلوب مدل رگرسیون درجه دو کامل می‌باشد. بالاترین مقدار مشاهده شده و پیش‌بینی شده عملکرد دانه به ترتیب برای تیمارهای 400 کیلوگرم اوره در هکتار+100 کیلوگرم سوپرفسفات تریپل در هکتار و 200 کیلوگرم اوره در هکتار+50 کیلوگرم سوپرفسفات تریپل در هکتار با 54/717 و 89/594 گرم در متر مربع بدست آمد. بیشترین مقدار مشاهده شده و پیش‌بینی شده درصد نیتروژن دانه (به ترتیب با 72/1 و 62/1 درصد) و درصد پروتئین دانه (به ترتیب با 76/10 و 02/10 درصد) برای تیمار 400 کیلوگرم اوره در هکتار+50 کیلوگرم سوپرفسفات تریپل مشاهده شد. در سناریوی اقتصادی-زیست محیطی عملکرد دانه و درصد نیتروژن و درصد فسفر دانه همزمان مد نظر قرار گرفت و مقادیر بهینه کودهای نیتروژن و فسفر به ترتیب برابر با 41/141 کیلوگرم اوره و بدون فسفر بدست آمد.
نتیجه‌گیری: افزایش مصرف کودهای نیتروژن و فسفر تا سطح بهینه موجب افزایش عملکرد و خصوصیات کیفی دانه شد. بهینه‌سازی عناصر غذایی موجب افزایش جذب و بهبود عملکرد در نظام‌های تولید گندم می‌شود و کاهش وابستگی به نهاده‌های خارجی همچون کودهای شیمیایی که افزایش هزینه‌ها و تشدید آلودگی-های زیست‌محیطی را به دنبال دارد. بهینه‌سازی عناصر غذایی خاک اطلاعاتی را در مورد پایداری سیستم‌های زراعی و پتانسیل آلودگیهای زیست‌محیطی فراهم میکند. به طور کلی، بهینه‌سازی مصرف عناصر غذایی ابزاری سودمند است که به طور گسترده‌ای در کشاورزی مدرن مورد استفاده قرار می‌گیرد.
کلیدواژه‌ها
آزمون عدم برازش؛ پایداری سیستم‌های زراعی؛ ضریب تبیین؛ مدل رگرسیون
مراجع
  1. Adjetey, J.A., Campbell, L.C., Searle, P.G.E., and Saffigna, P. 1999. Studies on depth of placement of urea on nitrogen recovery in wheat grown on a red-brown earth in Australia. Nutr. Cycling Agroecosyst. 54: 227-232.
  2. Alam, S.M., Azam Shah, S., and Akhtar, M. 2003. Varietal differences in wheat yield and phosphorus use efficiency as influenced by method of phosphorus application. J. Sci. Technol. 25: 2. 175-181.
  3. Alston, A.M. 1980. Response of wheat to deep placement of nitrogen and phosphorus fertilizers on a soil high in phosphorus in the surface layer. Aust. J. Agric. Res. 31: 1. 13-24.
  4. Arregui, L.M. and Quemada, M. 2008. Strategies to improve nitrogen use efficiency in winter cereal crops under rain fed conditions. Agron. J. 100: 2. 277-284.
  5. 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 Technol. 86: 1. 769-776.
  6. Ayoub, M., Guertin, S., Lussier, S.L., and Smith, D.L. 1994. Timing and level of nitrogen fertility effects on spring wheat yield in eastern Canadian. Crop Sci. 34: 3. 348-756.
  7. Barłóg, P., Grzebisz, W., and Diatta, J. 2005. Effect of timing and nitrogen fertilizer on contents and uptake by oilseed rape. Part II. Dynamics of nutrient uptake. In: H. Górecki, Z. Dobrzański, and P. Kafarski (eds.), Chem. Agric. 6: 113-123.
  8. 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. Eur. J. Agron. 33: 1. 1-11.
  9. Boudière, ,  Michaud, M., Petroutsos, D., Rébeillé,  F., Falconet, D., Bastien, O., Roy, S., Finazzi, G., Rolland, N., Jouhet, J., Block, M.A., and Maréchal, E. 2014. Glycerolipids in photosynthesis: Composition, synthesis and trafficking. Biochim. Biophys. Acta. 1837: 4. 470-480.
  10. Box, G.E.P., and Hunter, J.S. 1957. Multi-factor experimental designs for exploring response surfaces. The Institute of Mathematical Statistics. Pp: 195-241.
  11. Box, G.E.P., and Wilson, K.B. 1952. On the experimental attainment of optimum conditions. J. R. Stat. Soc. Series B. 1: 13.
  12. Chen, F., and Mi, G. 2012. Comparison of nitrogen accumulation and nitrogen utilization efficiency between elite inbred lines and the landraces of maize. Acta Agr. Scand. B-S P. 62: 6. 565-569.
  13. Choi, S.T., Park, D.S., Kang, S.M., and Kang, S.K. 2012. Influence of leaf-fruit ratio and nitrogen rate on fruit characteristics, nitrogenous compounds, and nonstructural carbohydrates in young persimmon trees. Hortsci. 47: 3. 410-413.
  14. Conant, R.T., Berdanier, A.B., and Grace, P.R. 2013. Patterns and trends in nitrogen use and nitrogen recovery efficiency in world agriculture. Global Biogeochem. Cycles. 27: 2. 558-566.
  15. Delgado, J., and Shaffer, M. 2008. Nitrogen management modeling techniques: Assessing cropping systems/landscape combinations. Elsevier Inc.
  16. Di Paolo, E., and Rinaldi, M. 2008. Yield response of corn to irrigation and nitrogen fertilization in a Mediterranean environment. Field Crop Res. 105: 3. 202-210.
  17. Dobermann, D.I., and Cassman, K.G. 2004. Plant nutrient management for enhanced productivity in intensive grain production of United States and Asia. Plant Soil. 247: 153-175.
  18. Fageria, N., and Baligar, V. 2005. Enhancing nitrogen use efficiency in crop plants. Adv. Agron. 88: 97-185.
  19. Foulkes, M., Hawkesford, M., Barraclough, P., Holdsworth, M., Kerr, S., Kightley, S., and Shewry, P. 2009. Identifying traits to improve the nitrogen economy of wheat: Recent advances and future prospects. Field Crop Res. 114: 3. 329-342.
  20. Gaju, O., Allard, V., Martre, P., Snape, J., Heumez, E., LeGouis, J., Moreau, D., Bogard, M., Griffiths, S., and Orford, S. 2011. Identification of traits to improve the nitrogen-use efficiency of wheat genotypes. Field Crop Res. 123: 139-152.
  21. Gastal, F., Lemaire, G., Durand, J.L., and Louarn, G. 2014. Quantifying crop responses to nitrogen and avenues to improve nitrogen-use efficiency. Crop Physiology–Applications for Genetic Improvement and Agronomy, 2nd Academic, Elsevier, Pp: 161-206.
  22. 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: A.R. Mosier, J.K.Syers, and J.R. Freney (eds.), Agriculture and the nitrogen cycle. Island Press, Washington, D.C. Pp: 35-51.
  23. Gliessman, S.R. 2001. Agroecosystem sustainability developing practical strategies. Boca Raton: CRC Press. 324 p.
  24. Good, A.G., Shrawat, A.K., and Muench, D.G. 2004. Can less yield more? Is reducing nutrient input into the environment compatible with maintaining crop production? Trends Plant Sci. 9: 12. 597-605.
  25. Hilton, J., Johnston, A.E., and Dawson, C.J. 2010. The phosphate life-cycle: rethinking the options for a finite resource. In: Proceedings 668. International Fertilizer Society, York, UK, 43 p.
  26. Huggins, D.R., and Pan, W.L. 2003. Key indicators for assessing nitrogen use efficiency in cereal-based agro ecosystems. J. Crop Prod. 8: 1-2.157-186.
  27. Hurley, T.M., Malzer, G.L., and Kilian, B. 2004. Estimating site-specific nitrogen crop response functions. Agron. J. 96: 5. 1331-1343.
  28. Jones, C.A., Jacobsen, J.S., and Wraith, J.M. 2003. The effects of P fertilization on drought tolerance of malt barley. Western Nutr. Manag. Conf. 5: 88-93.
  29. Kaiser, J. 2001. The other global pollutant: nitrogen proves tough to curb. Sci. 294: 5545. 1268-1269.
  30. Kant, S., Bi, Y.M., and Rothstein, S.J. 2011. Understanding plant response to nitrogen limitation for the improvement of crop nitrogen use efficiency. J. Exp. Bot. 62: 4. 1499-1509.
  31. Koocheki, A., Gholami, A., Mahdavi Damghani, A., and Tabrizi, L. 2005. Organic field crop: Handbook. Ferdowsi University of Mashhad Press, Mashhad, Iran 375 p. (In Persian)
  32. Koocheki, A., Nassiri Mahallati, M., Moradi, R., and Mansoori, 2014. Optimizing water, nitrogen and crop density in canola cultivation using response surface methodology and central composite design. Soil Sci. Plant Nutr. 60: 2. 286-298.
  33. Koocheki, A., Nassiri, M., Bakhshaie, S., and Davodi, A. 2017. A Meta-analysis on nitrogen fertilizer experiments on cereal crops in Iran. J. Agroecol. 9: 2. 296-313. (In Persian)
  34. Latifi, H. 2017. Optimization of nitrogen and plant density in sesame plant by central composite design. MSc Thesis in Agroecology, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Iran. (In Persian)
  35. Li, Z., Zhang, R., Xia, S., Li, W., Liu, C., Zhang, R., Fan, Z., Chen, F. and Liu, Y. 2019. Interactions between N, P and K fertilizers affect the environment and the yield and quality of satsumas. Glob. Ecol. Conserv. 19: e00663.
  36. Li-yun, K., Shan-chao, Y., and Shi-qing, L. 2014. Effects of phosphorus application in different soil layers on root growth, yield, and water-use efficiency of winter wheat grown under semi-arid conditions. J. Integr. Agric. 13: 9. 2028-2039.
  37. Lopez-Bellido, L., Lopez-Bellido, R.J., and Redondo, R. 2005. Nitrogen efficiency in wheat under rainfed Mediterranean conditions as affected by split nitrogen application. Field Crop Res. 94: 86-97.
  38. Łukowiak, R., Grzebisz, W., and Sassenrath, G.F. 2016. New insights into phosphorus management in agriculture- A crop rotation approach. Sci. Total Environ. 542: 1062-1077.
  39. Marschner, H. 2012. Mineral Nutrition of Higher Plants. Academic Press. 672 p.
  40. Mossedaq, F., and Smith, D.H. 1994. Timing nitrogen application to enhance spring wheat yields in a Mediterranean climate. Agron. J. 86: 2. 221-226.
  41. Nassiri Mahallati, M., and Koocheki, A. 2017. Trend analysis of nitrogen use and productivity in cereal production systems of Iran. J. Agroecol. 9: 2. 360-378. (In Persian)
  42. Nosengo, N. 2003. Fertilized to death. Nature. 425: 894-895.
  43. Olaniyan, A.B., Aintoye, H.A., and Balogun, M.A. 2004. Effect of different sources and rates of nitrogen fertilizer on growth and yield of sweet maize. Available from: http://www.Tropentag.De/2004/abstracts/full.146.pdf, 22 June 2008, 13.13 pm.
  44. Rausch, C., and Bucher, M. 2002. Molecular mechanisms of phosphate transport in plants. Planta. 216: 1. 23-37.
  45. Rogério, F., da Silva, T.R.B., dos Santos, J.I., and Poletine, J.P. 2013. Phosphorus fertilization influences grain yield and oil content in Crambe. Ind. Crops Prod. 41: 266-268.
  46. Ruan, J., Zhang, F., and Wong, M.H. 2000. Effect of nitrogen form and phosphorus source on the growth, nutrient uptake and rhizosphere soil property of Camellia sinensis Plant Soil. 223: 65-73.
  47. Semenov, M.A., Jamieson, P.D., and Martre, P. 2007. Deconvoluting nitrogen use efficiency in wheat: A simulation study. Eur. J. Agron. 26: 3. 83-294.
  48. Singh, U. 2005. Integrated nitrogen fertilization for intensive and sustainable agriculture. J. Crop Improv. 15: 2. 259-287.
  49. Smil, V. 2000. Feeding the World: A Challenge for the Twenty-first Century. Springer, Berlin.
  50. Sylvester-Bradley, R., Stokes, D., Scott, R., and Willington, V. 1990. A physiological analysis of the diminishing responses of winter wheat to applied nitrogen. 2. Evidence. Asp. Appl. Biol. 25: 289-300.
  51. Takahashi, S., and Anwar, M.R. 2007. Wheat grain yield, phosphorus uptake and soil phosphorus fraction after 23 years of annual fertilizer application to an Andosol. Field Crop Res. 101: 160-171.
  52. Terry, L.R. 2008. Improving nutrient use efficiency. Turk. J. Agric. For. 32: 3. 177-182.
  53. Thomson, C., Marschner, H., and Romheld, V. 1993. Effect of nitrogen fertilizer form on pH of the bulk soil and rhizosphere, and on the growth, phosphorus, and micronutrient uptake of bean. J. Plant Nutr. 16: 3. 493-506.
  54. Valizadeh, G.R., Rengel, Z., and Rate, A.W. 2003. Response of wheat genotypes efficient in P utilization and genotypes responsive to P fertilization to different P banding depths and watering regimes. Aust. J. Agric. Res. 54: 1. 59-65.
  55. Vitousek, P.M., Mooney, H.A., Lubchenco, J., and Melillo, J.M. 1997. Human domination of earth’s ecosystems. Science. 277: 494-499.
  56. Wallace, A. 1990. Nitrogen, phosphorus, potassium interactions on Valencia orange yields. J. Plant Nutr. 13: 3-4. 357-365.
  57. Wang, X., Tang, C., Guppy, C.N., and Sale, P.W.G. 2009. The role of hydraulic lift and subsoil P placement in P uptake of cotton (Gossypium hirsutum). Plant Soil. 325: 263-275.
  58. Waraich, E.A, Ahmad, R., Ashraf, M.Y., and Saifullah, A.M. 2011. Improving agricultural water use efficiency by nutrient management in crop plants. Acta. Agr. Scand B-S P. 61: 4. 291-304.
  59. Xin-kai, Z., Chun-yan, L., Zong-qing, J., Lian-lian, H., Chao-nian, F., Wen-shan G., and Yong-xin, P. 2012. Responses of phosphorus use efficiency, grain yield, and quality to phosphorus application amount of weak-gluten wheat. J. Integr. Agric. 11: 7. 1103-1110.
  60. Zeng, L., and Shanon, M.C. 2000. Salinity effects on seedling growth and yield components of rice. Crop Sci. 40: 4. 996-1003.
  61. Zhihui, W., Jianbo, S., Blackwell, M., Haigang, L., Bingqiang, Z., and Huimin, Y. 2016. Combined applications of nitrogen and phosphorus fertilizers with manure increase maize yield and nutrient uptake via stimulating root growth in a long-term experiment. Pedosphere. 26: 1. 62-73.
آمار
تعداد مشاهده مقاله: 809
تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 850


سامانه مدیریت نشریات علمی. طراحی و پیاده سازی از سیناوب