Principal Components Analysis for Water Use Efficiency of Common Bean, Sesame and Maize in Response of Application of Water Super Absorbent Hydrogel

Subject Areas : Farm water management with the aim of improving irrigation management indicators

Mohsen Jahan ¹ , Mohammad Behzad Amiri ²

1 - Associate Professor of Ferdowsi University of Mashhad
2 - Assistant Professor, Department of Plant Production, University of Gonabad, Gonabad, Iran.

Received: 2018-02-10 Accepted : 2020-05-15 Published : 2020-05-21

Keywords: Eco-Friendly Input, Multivariate statistical methods, soil, Drought stress,

Abstract :

In order to evaluate effect of deficit irrigation and application of water superabsorbent and determining principal components in water use efficiency of common bean, sesame and maize a split plots experiment based on RCBD design with three replications was conducted during 2015-2016 growing season, in Ferdowsi University of Mashhad, Iran. Irrigation levels (50 and 100% of water requirement) and application and non-application of water superabsorbent assigned to main and sub plots, respectively. Principal components analysis for three plant species resulted in two principle components with the most considerable variances. The first component explained 73, 60 and 80% of variables variance in bean, sesame and corn, respectively. In bean, variables of seed yield, biological yield, seed weight, plant height, crop growth rate and soil nitrogen, phosphorous content and pH were assigned to the first component and leaf area index, EC and water use efficiency were assigned to the second component. In sesame, variables of seed yield, biological yield, seed weight, plant height, crop growth rate and soil phosphorous and pH had the highest load on the first component and variables of leaf area index, soil nitrogen content, EC and water use efficiency had the highest load on the second component. In corn, variables of seed yield, biological yield, seed weight, plant height, leaf area index, crop growth rate and soil nitrogen and pH were in the first component and variables of soil phosphorous and EC and water use efficiency in the second component had the highest load.

References:

ایوبی، ش.، محمدزمانی، س. و خرمالی، ف. 1388. پیش‎بینی عملکرد گندم از طریق خصوصیات خاک با استفاده از تجزیه به مؤلفه اصلی. تحقیقات آب و خاک ایران، 49: 57-51.

جهان، م.، امیری، م.ب. و نوربخش، ف. 1395. بررسی اثر مقادیر مختلف سوپرجاذب رطوبت و اسید هیومیک در شرایط کم‎آبیاری بر برخی ویژگی‎های اگرواکولوژیکی ذرت به روش سطح پاسخ. پژوهشهای زراعی ایران، 14(4): 764-746.

جهان، م.، قلعه‎نویی، ش.، خاموشی، ا. و امیری، م.ب. 1394. بررسی ویژگی‎های اگرواکولوژیکی ریحان تحت‎تأثیر کاربرد سوپرجاذب رطوبت، اسید هیومیک و دروهای آبیاری. علوم باغبانی مشهد، 29(2): 254-240.

جهان، م.، کمایستانی، ن. و رنجبر، ف. 1392. امکان‎سنجی استفاده از سوپرجاذب رطوبت به‎منظور کاهش تنش خشکی وارده به ذرت در یک نظام زراعی کم‎نهاده در شرایط مشهد. بوم‎شناسی کشاورزی، 5(3): 281-272.

خادم، س.ع.، رمرودی، م.، گلوی، م. و روستا، م.ج. 1390. تأثیر تنش خشکی و کاربرد نسبت‎های مختلف کود دامی و پلیمر سوپرجاذب بر عملکرد و اجزای عملکرد ذرت دانه‎ای. علوم گیاهان زراعی ایران، 42(1): 123-115.

دانش‎گیلوایی، م.، کریم‎زاده، ق. و آقاعلیخانی، م. 1390. بررسی تنوع ژنتیکی و تجزیه به مؤلفه‎های اصلی برای صفات مورفولوژیک و فنولوژیک در تعدادی از ژنوتیپ‎های خلر (Lathyrus sativus L.). علوم گیاهان زراعی ایران، 42(2): 254-243.

علیزاده، ا.، کمالی، غ.ع.، کشاورز، ع. و دهقانی، م. 1386. نیاز آبی گیاهان در ایران. انتشارات دانشگاه امام رضا (ع)، تهران. 228 صفحه.

کوچکی، ع. و سرمدنیا، غ.ح. 1391. فیزیولوژی گیاهان زراعی. انتشارات جهاد دانشگاهی مشهد. 400 صفحه.

کوچکی، ع.، نصیری محلاتی، م.، فلاح‎پور، ف. و امیری، م.ب. 1396. بهینه‎سازی کود نیتروژن و آبی در زراعت گندم از طریق طرح مرکب مرکزی. بوم‎شناسی کشاورزی، در نوبت چاپ.

کریمی، ا. و نادری، م. 1386. بررسی اثرات کاربرد پلیمر سوپرجاذب بر عملکرد و کارآیی مصرف آب ذرت علوفه‎ای در خاک‎های با بافت مختلف. پژوهش کشاورزی، 7(3): 198-187.

مجیدی، م.م. 1391. شناسایی ارقام کلزا برای تحمل به خشکی از طریق شاخص‎های مرحله جوانه‎زنی و رشد گیاهچه بر اساس روش تجزیه به مؤلفه‎های اصلی. تولید و فرآوری محصولات زراعی و باغی، 2(4): 52-41.

مقدم، م.، محمدی، س.ا. و آقایی سربرزه، م. 1388. آشنایی با روش‎های آماری چند متغیره. انتشارات پریور تبریز. 280 صفحه.

منصورفر، ک. 1391. روش‎های پیشرفته آماری همراه با برنامه‎های کامپیوتری. انتشارات دانشگاه تهران. 459 صفحه.

Abedi-Koupai, J., Sohrab, J. and Swarbrick, G. 2008. Evaluation of hydrogel application on soil water retention characteristics. Journal of Plant Nutrition, 31: 317-331.

Davidson, E.A., Samanta, S., Caramori, S.S. and Savage, K. 2012. The dual arrhenius and michaelismenten kinetics model for decomposition of soil organic matter at hourly to seasonal timescales. Global Change Biology, 18: 371-384.

Eneji, A.E., Islam, R., An, P. and Amalu, U.C. 2013. Nitrate retention and physiological adjustment of maize to soil amendment with superabsorbent polymers. Journal of Cleaner Production, 52: 474-480.  

Horwitz, W. and Latimer, G.W. 2005. Official Methods of Analysis. Association of Official Analytical Chemists (AOAC), 18th Edition. Maryland, USA.

Lal, S., Bagdi, D.L., Kakralya, B.L., Jat, M.L. and Sharma, P.C. 2013. Role of brassinolide in alleviating the adverse effect of drought stress on physiology, growth and yield of green gram genotypes. Journal of Legume Research, 36: 359-363.

Liu, Z.F., Fu, B.J. and Zheng, X.X. 2010. Plant biomass, soil water content and soil N:P ratio regulating soil microbial functional diversity in a temperate steppe: a regional scale study. Soil Biology and Biochemistry, 42: 445-450.

Manzoni, S., Schimel, J.P. and Porporato, A. 2011. Responses of soil microbial communities to water stress: results from a meta-analysis. Ecology, 93: 930-938.

Mardani, S., Tabatabaei, S.H., Pessarakli, M. and Zareabyaneh, H. 2017. Physiological responses of pepper plant (Capsicum annuum L.) to drought stress. Journal of Plant Nutrition. 40(10): 1453-1464.

Menezes, C.B., Saldanha, D.C., Santos, C.V., Mingote Julio, M.P., Portugal, A.F. and Tardin, F.D. 2015. Evaluation of grain yield in sorghum hybrids under water stress. Genetics and Molecular Research, 14(4): 12675-12683.

Moyano, F.E., Vasilyeva, N., Bouckaert, L., Cook, J., Caraine, J., Curiel, J., Don, A., Epron, D., Formanek, P., Franzluebbers, A., Ilstedt, U., Katterer, T., Orchard, V., Reichstein, M., Rey, A., Ruamps, L., Subke, J.A., Thomsen, I.K. and Chenu, C. 2012. The moisture response of soil heterotrophic respiration: interaction with soil properties. Biogeosciences, 9: 1173-1182.

Nazarli, H., Zardashti, M.R., Darvishzadeh, R. and Najafi, S. 2010. The effect of water stress and polymer on water use efficiency, yield and several morphological traits on sunflower. Not Science Biology, 2: 53-58.

Nykanen, V.P.S., Nykanen, A., Puska, M.A., Goulart-Silva, G. and Ruokolainen, J. 2011. Dual-reponsive and super absorbing thermally cross-linked hydrogel based on methacrylate substituted polyphosphazene. Soft Matter, 7: 4414-4424.

Pandey, R.K. and Maranvill, J.W. 2000. Deficit irrigation and nitrogen effects on maize in a Sahelian environment II. Shoot growth, nitrogen uptake and water extraction. Agricultural Water Management, 46: 15-27.

Reddy, K.S., Maruthi, V. and Umesha, B. 2015. Influence of super absorbent polymers on infiltration characteristics of alfisols in semi-arid region. Indian Journal of Dryland Agricultural Research and Development, 30(2): 11-16.

Rezashateri, M., Khajeddin, S.J., Abedi-Koupai, J., Majidi, M.M. and Matinkhah, H. 2017. Growth characteristics of Artemisia sieberi influenced by super absorbent polymers in textureally different soils under water stress condition. Archives of Agronomy and Soil Science, 63(7): 984-997.

Ruqin, F., Jia, L., Shaohua, Y., Yunlai, Z. and Zhenhua, Z. 2015. Effects of biochar and super absorbent polymer on substrate properties and water spinach growth. Pedosphere, 25(5): 737-748.

Tatrai, Z.A., Sanoubar, R., Pluhar, Z., Mancarella, S., Orsini, F. and Gianquinto, G. 2016. Morphological and Physiological plant responses to drought stress in Thymus citriodorus. International Journal of Agronomy, 2016: 1-8.

Xie, L., Liu, M., Ni, B., Zhang, X. and Wang, Y. 2011. Slow-release nitrogen and boron fertilizer from a functional superabsorbent formulation based on wheat straw and attapulgite. Chemical Engineering Journal, 167: 342-348. 

Zak, D.R., Holmes, W.E. and White, D.C. 2003. Plant diversity, microbial communities, and ecosystem function: are there and links. Ecology, 84: 2042-2050.

Zhong, K., Zheng, X.L., Mao, X.Y., Lin, Z.T. and Jiang, G.B. 2012. Sugarcane bagasse derivative-based superabsorbent containing phosphate rock with water-fertilizer integration. Carbohydrate Polymers, 90, 820-826.