بهینه‌سازی مقدارکود نیتروژن و تقسیط آن برای گیاه ذرت با استفاده از مدل‌سازی سطح-پاسخ

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد/گروه علوم و مهندسی آب، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

2 استادیار/ گروه علوم و مهندسی آب، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

3 استاد/ مؤسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

چکیده

بهینه‌سازی مقدار و تقسیط کود نیتروژن می‌تواند سبب افزایش زمان دسترسی گیاه به این منبع غذایی پرمصرف شده و عملکرد و اجزای عملکرد گیاهان زراعی را افزایش دهد. در این پژوهش به‌منظور تعیین مصرف بهینة کود نیتروژن برای گیاه ذرت با استفاده از روش سطح-پاسخ، از داده‌های مستخرج از طرح تحقیقاتی اجرا شده در مزرعة 500 هکتاری مؤسسة تحقیقات اصلاح و تهیة نهال و بذر در دو سال زراعی استفاده شد. تیمارهای مورد بررسی در طرح مذکور شامل مقدار کود نیتروژن در سه سطح (N1؛ 100 درصد نیاز کودی، N2؛ 60 درصد نیاز کودی و N3؛ 50 درصد توصیه کودی)، زمان تقسیط کود به سه صورت (T1؛ دو تقسیط، T2؛ سه تقسیط و T3؛ چهار تقسیط) و روش آبیاری مزرعه، جویچه‌ای بود. شاخص‌های آماری مورد استفاده شامل جذر میانگین مربعات خطا (RMSE)، جذر میانگین مربعات نرمال شده (NRMSE)، میانگین خطای اریب (MBE)، کارایی مدل (EF)، شاخص توافق (d) و ضریب تبیین (R2) است. نتایج نشان داد که مدل رگرسیونی مورد استفاده قابلیت پیش‌بینی صفات عملکرد، وزن هزار دانه، تعداد دانه در ردیف، تعداد ردیف در بلال، طول بلال و میزان روی دانه را داشت. بنابراین مدل برای همة‌ صفات دچار خطای کم‌برآوردی (0 ≥ MBE) شد. دقت مدل رگرسیونی برای میزان روی دانه در دستة خوب (0.2 ≥ NRMSE ≥0.1) و برای سایر صفات در دستة عالی (1/ 0≥ NRMSE ≥ صفر) قرار داشت. به‌جز تعداد ردیف در بلال، سایر صفات با افزایش مقدار کود و تقسیط آن افزایش یافتند. نتایج بهینه‌سازی کلیة صفات نشان داد که، اگر نیاز کودی به‌صورت کامل (N1) و تعداد تقسیم به پنج نوبت افزایش یابد؛ مقدار عملکرد، وزن هزار دانه، تعداد دانه در ردیف، طول بلال و مقدار روی دانه به‌ترتیب 6، 9، 12، 18.5 و 19.6 درصد نسبت به مقادیر حداکثر این متغیرها افزایش خواهد یافت. بنابراین، اعمال این سناریو در مزرعه برای بهبود عملکرد و شاخص‌های عملکردی مانند غلظت روی دانه ذرت پیشنهاد می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


ابراهیمی‌پاک، نیازعلی، اگدرنژاد، اصلان، تافته، آرش، و احمدی، محسن (1398). ارزیابی مدل‌های WOFOST، AquaCrop و CropSyst در شبیه‌سازی عملکرد کلزا در منطقه قزوین. آبیاری و زهکشی ایران، 13(3-75)، 715-726. dor:20.1001.1.20087942.1398.13.3.14.4
توانگر، محمد، عشقی‌زاده، حمیدرضا، و قیصری، مهدی (1399). ارزیابی عملکرد و مصرف آب هیبریدهای دیررس ذرت در شرایط متفاوت آبیاری و تقسیط کود نیتروژن. علوم آب و خاک، 24 (2)، 235-249. doi:10.47176/jwss.24.2.32181
جهان، محسن، امیری، محمد بهزاد، و نوربخش، فرانک (1395). بررسی اثر مقادیر مختلف سوپرجاذب رطوبت و اسیدهیومیک در شرایط کم‌آبیاری بر برخی ویژگی‌های اگرواکولوژیک ذرت (Zea mays L.) به روش سطح-پاسخ. پژوهش‌های زراعی ایران، 14(4)، 746-764. doi:10.22067/gsc.v14i4.48347
جهان، محسن، نصیری‌محلاتی، مهدی، خلیل‌زاده، حمیده، بیگناه، ریحانه، و رضوی، سیداحمدرضا (1394). بهینه‌سازی کاربرد کودهای نیتروژن، فسفر و دامی در زراعت گندم پاییزه (Triticum aestivum L.) با استفاده از روش سطح-پاسخ (RSM). پژوهش‌های زراعی ایران، 13(4)، 823-839. doi:10.22067/gsc.v13i4.39788
خاشعی‌سیوکی، عباس، هاشمی، سیدرضا، و احمدی، محسن (1395). کاربرد تاگوچی در ارزیابی سبز شدن زعفران (Crocus sativus L) تحت تأثیر زئولیت و برنامه‌ریزی آبیاری. پژوهش‌های زعفران، 4(2)، 266-278. doi:10.22077/jsr.2017.524
عباسی، فریبرز، چوگان، رجب، علیزاده، حمزه علی، معینی، رضا، آقایی، ابوالفضل، شفیعی، پروین، لیاقت، عبدالمجید، و نوری، رحیم (1390). بررسی اثرات کودآبیاری سطحی بر کارایی مصرف آب، عملکرد و اجزا عملکرد ذرت دانه‌ای در کرج. گزارش نهایی طرح تحقیقاتی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی،  51 صفحه.
عباسی، فریبرز.، چوگان، رجب، و غیبی، محمد نبی (1394). بررسی امکان کاهش تلفات نیتروژن در کودآبیاری جویچه‌ای ذرت دانه‌ای. گزارش نهایی طرح تحقیقاتی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی،  55 صفحه.
گودرزی، فرناز، دلشاد، مجتبی، منصوری، حامد، و سلطانی، فروزنده (1400). بهینه‌سازی فاکتورهای کود نیتروژن و فاصله بوته روی ردیف در گیاه اسفناج رقم Harrier به روش سطح پاسخ. علوم باغبانی ایران، 52 (1)، 139-151. doi:10.22059/ijhs.2019.283357.1663
منصوری، حامد، نوشاد، حمید، و حسنی، مهدی (1400). بهینه‌سازی مصرف کود نیتروژن و آب در چغندر قند (Beta vulgaris L.) با استفاده از مدل‌سازی سطح-پاسخ. بوم‌شناسی کشاورزی، 13(1)، 57-72. doi:10.22067/jag.v13i1.79767
 
 
References
Abbasi, F., Chogan, R., Alizadeh, H.A., Moeini, R., Aghaei, A., Shafiei, P., Liaghat, A., & Noori, R. (2011). Study on surface fertigation effect on maize water use efficiency, yield and yield criteria in Karaj. Final report of research project, Agricultural research, education and promotion organization, 51 pages. [In Persian]
Abbasi, F., Chogan, R., & Gheibi, M. (2015). Investigating the possibility of reducing nitrogen losses in corn under furrow fertigation. Final report of research project, Agricultural research, education and promotion organization, 55 pages. [In Persian]
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. doi:10.1016/j.fuel.2006.10.020
Box, G.E.P., & Hunter, J.S. (1957). Multi-factor experimental designs for exploring response surfaces. The Annals of Mathematical Statistics, 28(1), 195-241. doi:10.1214/aoms/1177707047
Box, G.E.P., & Wilson, K.B. (1951). On the experimental attainment of optimum conditions. Journal of the Royal Statistical Society: Series B (Statistical Methodology), 13, 1–45. doi:10.1007/978-1-4612-4380-9_23
Ebrahimipak, N.A., Egdernezhad, A., Tafteh, A., & Ahmadee, M. (2019). Evaluation of aquacrop, wofost, and cropsyst to simulate rapeseed yield. Iranian Journal of Irrigation and Drainage, 13(3-75), 715-726. dor:20.1001.1.20087942.1398.13.3.14.4 [In Persian]
FAO, (2020). Statistical database of the food and agriculture organization of the united nations. FAO, Rome.
Goodarzi, F., Delshad, M., Mansouri, H., & Soltani, F. (2021). Optimization of nitrogen fertilizer and plant spacing on the row parameters in spinach cv. “Harrier” using response surface methodology. Iranian Journal of Horticultural Science, 52(1), 139-151. doi:10.22059/ijhs.2019.283357.1663 [In Persian]
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]
Jahan, M., Amiri, M.B., & Noorbakhsh, F. (2017). Evaluation of the increased rates of water super absorbent and humic acid application under deficit irrigation condition on some agroecological characteristics of zea mays using response surface methodology. Iranian Journal of Field Crops Research, 14(4), 746-764. doi:10.22067/gsc.v14i4.48347 [In Persian]
Khashei Siuki, A., Hashemi, S.R., & Ahmadee, M. (2017). Application of the taguchi approach in the evaluation of saffron (Crocus sativus l.) emergence affected by zeolite and irrigation scheduling. Journal of Saffron Research, 4(2), 266-278. doi:10.22077/jsr.2017.524 [In Persian]
Koocheki, A., Nassiri, M., Moradi, R., & 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. doi:10.1080/00380768.2014.893535
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, 327–334. doi:10.1016/j.ijmachtools.2004.08.007
Li, Y., Li, Zh., Cui, S., Chang, S., Jia, Ch., & Zhang, Q. (2019). A global synthesis of the effect of water and nitrogen input on maize (Zea mays) yield, water productivity and nitrogen use efficiency. Agricultural and Forest Meteorology, 268, 136-145. doi:10.1016/j.agrformet.2019.01.018
Mansouri, H., Bannayan Aval, 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 Research, 9(7), 676-687. doi:10.5897/ajar2013.8428
Mansouri, H., Noshad, H., & Hassani, M. (2021). Optimization of nitrogen fertilizer and water consumption in sugar beet by using response-surface method. Journal of Agronomy, 13(1), 57-72. doi:10.22067/jag.v13i1.79767 [In Persian]
Montgomery, D.C. (2001). Design and analysis of experiments. Fifth ed.: john wiley & sons, New York. 734 pages.
Namihira, T., Shinzato, N., Akamine, H., Nakamura, I., Maekawa, H., Kawamoto, Y., & Matsui, T. (2011). The effect of nitrogen fertilization to the sward on guineagrass (Panicum maximum Jacq cv. Gatton) silage fermentation. Asian-Australian Journal of Animal Science, 24, 358-363. doi:10.5713/ajas.2011.10191
Preza-fontes, G., Pittelkow, C.M., Greer, K.D., Bhattarai, R., & Christianson, L.E. (2021). Split-nitrogen application with cover cropping reduces subsurface nitrate losses while maintaining corn yields. Journal of Environmental Quality, 50, 1408-1418. doi:10.1002/jeq2.20283
Tavangar, M., Eshghizadeh, H. R., & Gheysari, M. (2020). Evaluation of late maturing corn hybrids for yield and water use efficiency under different irrigation regimes and split-application of nitrogen fertilizer. Journal of Water and Soil Science, 24(2), 235-249. doi:10.47176/jwss.24.2.32181 [In Persian]
Wu, C.F.J., & Hamada, M.S. (2009). Experiments: planning, analysis, and parameter design optimization. Second edition, John Wiley and Sons, New York, 853 pages.
Zulkali, M.M.D., Ahmad, A.L., & Norulakmal, N.H. (2006). Oryza sativa L husk as heavy metal adsorbent: optimization with lead as model solution. Bioresource Technology, 97, 21-25. doi:10.1016/j.biortech.2005.02.007