Comparison of Water -Performance Production Functions in Normal and Saline Soils under Wheat Cultivation (Case Study: Khouzestan Province)
Subject Areas : Farm water management with the aim of improving irrigation management indicatorsGholamreza Afshari 1 , Ali Gholami 2 * , Mohiaddin Goosheh 3 , Mehdi Nourzadeh Hadad 4
1 - MSc.Graduated Student of Soil Science, Ahv. C., Islamic Azad University, Ahvaz, Iran.
2 - Water Studies Research Center, Isf. C., Islamic Azad University, Isfahan, Iran.
3 - Research Assistant Professor and Faculty Member of Soil and Water Research Department, Khouzestan Agriculture and Natural Resources Research and Training Center.
4 - Nuclear Agriculture Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, Karaj, Iran.
Keywords: sustainable agriculture, water use efficiency, wheat cultivation, yield,
Abstract :
Introduction: Due to the shortage of water resources in the country, it is necessary and unavoidable to adopt low irrigation methods and increase the efficiency of water consumption with the aim of increasing production per unit of water consumption and optimal use of limited water resources. Unlike traditional agriculture and conditions without water limitation, the optimal amount of water consumption is very important in relation to the yield of the crop.
Methods: This research was conducted in two separate but simultaneous experiments, one in non-saline soil (first experiment) and the other in saline soil (second experiment). In both experiments, the water treatments consisted of water amounts at two-meter intervals perpendicular to the spraying line, so that 5 treatments were carried out at a distance of 2, 4, 6, 8, and 10 meters from the sides of the spraying line and in three repetitions (totally 30 test plot) was created. In order to eliminate the slight effect of the possible slope on both sides of the spraying line and to enable a better comparison, 5 treatments with the mentioned intervals were placed on the right side and 5 treatments with the same intervals were placed on the left side of the spraying line. For seed germination and uniform growth of seedlings, the first two irrigations were carried out by surface method in controlled conditions of soil moisture and irrigation water amount.
Results and Discussion: The results of wheat grain yield in different irrigation treatments showed that although the amount of grain yield decreased by reducing the amount of irrigation water (distance from the spraying line), there was no statistically significant difference between the first and second treatments in this regard. On the other hand, the amount of water used in treatment 1 was 32% more than treatment 5, which led to an increase in wheat grain yield up to 48.5%. Meanwhile, the amount of water consumed in treatment 1 was 13.8% more than treatment 3, which was in the middle of the plots' distance from the water spraying line, and the amount of the product was about 17% more than treatment 3. In the fitting diagram of the function of water production-wheat yield, the relationship between the amount of irrigation water and wheat yield is a positive and significant correlation (r=0.891). This means that by increasing the amount of water, the yield of the product increases. Because this increase cannot continue to infinity, fitting the function of water production-wheat yield in the form of a parabola (Figure 4) was also done. However, the first and second treatments, which consumed 4270 and 3980 cubic meters of water per hectare, respectively, had no significant difference in wheat grain production. Of course, in this amount of water consumption, a yield of 4296 kg/ha was obtained, which is about 600 kg/ha (14%) less than the maximum expected yield from the curve (4925 kg/ha). The water-performance function curve in the second experiment shows that to achieve the highest efficiency of water consumption (1.1 kg/m3), the volume of 3900 m3/ha should be consumed. With this amount of water consumption, the crop yield will reach 4283 kg/hectare.
Conclusion: Due to the lack of available water resources and its increasing decrease in the future, the amount of water consumption for the production of agricultural products should be related to the yield of the product. Therefore, based on the results of the first experiment, which showed that in order to achieve the highest efficiency of water consumption, it is necessary to consume 4300 cubic meters of water per hectare, while to achieve the maximum yield, 5450 cubic meters of water per hectare should be consumed. On the other hand, in saline soil conditions, with an increase of 5% of water, the yield increases by 20% compared to treatment 1.
Asgari, M., Javanmiri Pour, M., Etemad, V., & Ahmadali, K. (2024). Effect of drought stress on Morphological charachteristic of Tehran Pine (Pinus eldarica Medw.) at various ages. Journal of drought and climate change research, 1(4), 87-104. [In Persian]
Bostani, A. & Ansari, H. (2011). Examining the consumption approach in urban water demand management. Agricultural Engineering and natural resources, 9 (33), 48-52. [In Persian]
Eidizadeh, Kh., Ebrahimpour, F. and Ebrahimi, M.A. (2016). Effect of different irrigation regimes on yield and yield components of Wheat cultivars in Ramin climate conditions. Journal of environmental stress in agricultural sciences. 29-36.
Fardad, H. & Golkar, H. (2002). An economic evaluation of deficit irrigation on Wheat yield in Karaj. The journal of agricultura science, 33(2): 305-312.
Ghoochanian, M., ANSARI, H., & FASHAEE, M.. (2019). Improvement of Water Consumption prouctivity in Wheat Cultivars under Different Irrigation Scenarios Using Aquacrop Model (Mashhad Case Study). Iranian Journal of irrigation and drainage, 13(3 ), 657-666. [In Persian]
Jafari, N., Aghayi, F., & Paknejad, F. (2019). The effect of different low irrigation methods on the yield and water consumption efficiency of Parsi variety wheat. Ecophysiology of agricultural plants (agricultural sciences), 12(4): 581-598. [In Persian]
Karami, T. & Ghaffarian Behrman, M. (2017). Future research of water crisis and its security challenges (case study: Rafsanjan city). Scientific journal specialized in law enforcement, 8 (21), 49-79. [In Persian]
Kumar, R. & Khepar, S.D. (1980). Decision models for optimal cropping pattern in Irrigation based on crop water production functions. Agricultural water management, 3: 77-82.
Meena, R.P., Karnam, V., Tripathi, S.C., Jha, A., Sharma, R.K., & Singh, G.P. (2019).Irrigation management strategies in wheat for efficient water use in the regions of depleting water resources. Agricultural water management. 214:38-46.
Ma, J., Huang, G.B., Yang, D.L., & Chai, Q. (2014). Dry matter remobilization and compensatory effects in various internodes of spring wheat under water stress. Crop Science. 54(1): 331-339.
Nourzadeh Hadad, M. Hasani, A. & Karami Moghadam, M.(2017). Comparison the efficiency of Aquasorb and Accepta superabsorbent polymers in improving Physical, Chemical, and Biological properties of soil and tomato under greenhouse condition. Journal of water and soil (Agricultural science and technology), 31(1), 156-167. [In Persian]
Rahimian, M.H., & Qudsi, M. (2013). The effect of eliminating irrigation in the final stages of growth on water use efficiency and yield of five wheat genotypes in Mashhad. Water Research in Agriculture (Soil and Water Sciences), 28(1): 25-38. [In Persian]
Rajabi, M., Jalalkamali, N., & Naghizade, M. (2021). The Effect of Deficit irrigation on yield and water use efficiency of wheat: a case study of Bardsir plain. Iranian Journal of Irrigation & Drainage, 15(3), 701-709. [In Persian]
Razaghi, P, Babazadeh, H.& Shourian, M. (2014). Development of multi-purpose reservoir operation hedging rule in water resources shortage conditions using MODIS8.1. Journal of water and soil resources conservation, 3(2): 11-23. [In Persian]
Shirshahi, F., Babazadeh, H., Ebrahimipak, N., EbrahimiRad, H., & Abdoli, H. (2019). Effect of Dificit Irrigation Management in Wheat Different Growth Stages on Its Improvement of Economic Productivity. Iranian Water Researches Journal, 13(1), 69-77. [In Persian]
Zegbe , J., Behboudian, M & Clothier, B. (2004). Partalroot zone drying is a feasible option for irrigation processing tomates. Agricultural water management. 68 (3): 195-206.
Zhang, X., Pei, D., Li, Z., Li, J. & Wang, Y. (2002). Management of supplemental irrigation of winter wheat for maximum profit deficit irrigation practices. FAO Water Pep. 22: 57-66.
Comparison of Water -Performance Production Functions in Normal and Saline Soils under Wheat Cultivation
(Case Study: Khouzestan Province)
Gholamreza Afshari1, Ali Gholami*2, Mohiaddin Goosheh3, Mehdi Nourzadeh Hadad4
1) MSc.Graduated Student of Soil Science, Ahv. C., Islamic Azad University, Ahvaz, Iran.
2) Water Studies Research Center, Isf. C., Islamic Azad University, Isfahan, Iran.
3) Research Assistant Professor and Faculty Member of Soil and Water Research Department, Khouzestan Agriculture and Natural Resources Research and Training Center.
4) Nuclear Agriculture Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, Karaj, Iran.
*Corresponding author emails: aligholami20@iau.ac.ir
Abstract:
Introduction: Due to the shortage of water resources in the country, it is necessary and unavoidable to adopt low irrigation methods and increase the efficiency of water consumption with the aim of increasing production per unit of water consumption and optimal use of limited water resources. Unlike traditional agriculture and conditions without water limitation, the optimal amount of water consumption is very important in relation to the yield of the crop.
Methods: This research was conducted in two separate but simultaneous experiments, one in non-saline soil (first experiment) and the other in saline soil (second experiment). In both experiments, the water treatments consisted of water amounts at two-meter intervals perpendicular to the spraying line, so that 5 treatments were carried out at a distance of 2, 4, 6, 8, and 10 meters from the sides of the spraying line and in three repetitions (totally 30 test plot) was created. In order to eliminate the slight effect of the possible slope on both sides of the spraying line and to enable a better comparison, 5 treatments with the mentioned intervals were placed on the right side and 5 treatments with the same intervals were placed on the left side of the spraying line. For seed germination and uniform growth of seedlings, the first two irrigations were carried out by surface method in controlled conditions of soil moisture and irrigation water amount.
Results and Discussion: The results of wheat grain yield in different irrigation treatments showed that although the amount of grain yield decreased by reducing the amount of irrigation water (distance from the spraying line), there was no statistically significant difference between the first and second treatments in this regard. On the other hand, the amount of water used in treatment 1 was 32% more than treatment 5, which led to an increase in wheat grain yield up to 48.5%. Meanwhile, the amount of water consumed in treatment 1 was 13.8% more than treatment 3, which was in the middle of the plots' distance from the water spraying line, and the amount of the product was about 17% more than treatment 3. In the fitting diagram of the function of water production-wheat yield, the relationship between the amount of irrigation water and wheat yield is a positive and significant correlation (r=0.891). This means that by increasing the amount of water, the yield of the product increases. Because this increase cannot continue to infinity, fitting the function of water production-wheat yield in the form of a parabola (Figure 4) was also done. However, the first and second treatments, which consumed 4270 and 3980 cubic meters of water per hectare, respectively, had no significant difference in wheat grain production. Of course, in this amount of water consumption, a yield of 4296 kg/ha was obtained, which is about 600 kg/ha (14%) less than the maximum expected yield from the curve (4925 kg/ha). The water-performance function curve in the second experiment shows that to achieve the highest efficiency of water consumption (1.1 kg/m3), the volume of 3900 m3/ha should be consumed. With this amount of water consumption, the crop yield will reach 4283 kg/hectare.
Conclusion: Due to the lack of available water resources and its increasing decrease in the future, the amount of water consumption for the production of agricultural products should be related to the yield of the product. Therefore, based on the results of the first experiment, which showed that in order to achieve the highest efficiency of water consumption, it is necessary to consume 4300 cubic meters of water per hectare, while to achieve the maximum yield, 5450 cubic meters of water per hectare should be consumed. On the other hand, in saline soil conditions, with an increase of 5% of water, the yield increases by 20% compared to treatment 1.
Key words: sustainable agriculture, water use efficiency, wheat cultivation, yield
مقايسه توابع توليد آب-عملکرد در دو خاک معمولي و شور تحت کشت گندم
(مطالعه موردي: استان خوزستان)1
غلامرضا افشاري1، علي غلامي2*، محي الدين گوشه3 و مهدي نورزاده حداد4
1) دانشآموخته کارشناسي ارشد خاکشناسي، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامي، اهواز، ايران.
2) مرکز تحقيقات مطالعات آب، واحد اصفهان (خوراسگان)، دانشگاه آزاد اسلامي، اصفهان، ايران.
3) استاديار پژوهش و عضو هيات علمي بخش تحقيقات خاک و آب، مرکز تحقيقات و آموزش کشاورزي و منابع طبيعي خوزستان.
4) پژوهشکده کشاورزي هستهاي، پژوهشگاه علوم و فنون هستهاي، سازمان انرژي اتمي،کرج.
* ايميل نويسنده مسئول: aligholami20@iau.ac.ir
چکيده:
مقدمه: با توجه به کمبود منابع آب در کشور، اتخاذ روشهاي کمآبياري و افزايش راندمان مصرف آب با هدف افزايش توليد به ازاي واحد آب مصرفي و استفاده بهينه از منابع محدود آب، امري ضروري و اجتنابناپذير است. برخلاف کشاورزي سنتي و شرايطي که محدوديت آب وجود ندارد، ميزان بهينه مصرف آب در رابطه با عملکرد محصول، بسيار مهم است.
روش بررسي: اين تحقيق در دو آزمايش جداگانه اما همزمان، يکي در خاک غيرشور (آزمايش اول) و ديگري در خاک شور (آزمايش دوم) انجام شد. در هر دو آزمايش، تيمارهاي آب شامل مقادير آب در فواصل دو متري عمود بر خط پاشش بود، به طوري که 5 تيمار در فواصل 2، 4، 6، 8 و 10 متري از طرفين خط پاشش و در سه تکرار (در مجموع 30 کرت آزمايشي) ايجاد شد. براي حذف اثر جزئي شيب احتمالي در دو طرف خط پاشش و امکان مقايسه بهتر، 5 تيمار با فواصل ذکر شده در سمت راست و 5 تيمار با فواصل يکسان در سمت چپ خط پاشش قرار داده شدند. براي جوانهزني بذر و رشد يکنواخت نهالها، دو آبياري اول به روش سطحي در شرايط کنترلشده رطوبت خاک و مقدار آب آبياري انجام شد.
نتايج و بحث: نتايج عملکرد دانه گندم در تيمارهاي مختلف آبياري نشان داد که اگرچه با کاهش مقدار آب آبياري (فاصله از خط پاشش) ميزان عملکرد دانه کاهش يافت، اما از نظر آماري تفاوت معنيداري بين تيمارهاي اول و دوم از اين نظر وجود نداشت. از طرف ديگر، ميزان آب مصرفي در تيمار 1، 32 درصد بيشتر از تيمار 5 بود که منجر به افزايش عملکرد دانه گندم تا 5/48 درصد شد. ضمناً، ميزان آب مصرفي در تيمار ۱، 8/13درصد بيشتر از تيمار ۳ بود که در وسط فاصله کرتها از خط پاشش آب قرار داشت و ميزان محصول حدود ۱۷ درصد بيشتر از تيمار ۳ بود. در نمودار برازش تابع توليد آب-عملکرد گندم، رابطه بين ميزان آب آبياري و عملکرد گندم يک همبستگي مثبت و معنيدار (r=0.891) است. به اين معني که با افزايش مقدار آب، عملکرد محصول افزايش مييابد. از آنجا که اين افزايش نميتواند تا بينهايت ادامه يابد، برازش تابع توليد آب-عملکرد گندم به شکل سهمي (شکل ۴) نيز انجام شد. با اين حال، تيمارهاي اول و دوم که به ترتيب ۴۲۷۰ و ۳۹۸۰ متر مکعب آب در هکتار مصرف کردند، تفاوت معنيداري در توليد دانه گندم نداشتند. البته در اين ميزان مصرف آب، عملکردي معادل ۴۲۹۶ کيلوگرم در هکتار به دست آمد که حدود ۶۰۰ کيلوگرم در هکتار (14 درصد) کمتر از حداکثر عملکرد مورد انتظار از منحني (۴۹۲۵ کيلوگرم در هکتار) است. منحني تابع عملکرد آب در آزمايش دوم نشان ميدهد که براي دستيابي به بالاترين راندمان مصرف آب (1/1 کيلوگرم در متر مکعب)، بايد حجمي معادل ۳۹۰۰ متر مکعب در هکتار مصرف شود. با اين ميزان مصرف آب، عملکرد محصول به ۴۲۸۳ کيلوگرم در هکتار خواهد رسيد.
نتيجهگيري: با توجه به کمبود منابع آب موجود و کاهش فزاينده آن در آينده، ميزان مصرف آب براي توليد محصولات کشاورزي بايد با عملکرد محصول مرتبط باشد. بنابراين، بر اساس نتايج آزمايش اول، براي دستيابي به بالاترين راندمان مصرف آب، مصرف ۴۳۰۰ متر مکعب آب در هکتار ضروري است، در حالي که براي دستيابي به حداکثر عملکرد، بايد ۵۴۵۰ متر مکعب آب در هکتار مصرف شود. از طرف ديگر، در شرايط خاک شور، با افزايش ۵ درصد آب، عملکرد نسبت به تيمار ۱، ۲۰ درصد افزايش مييابد.
کلمات کليدي: کشاورزي پايدار، کارايي مصرف آب، کشت گندم، عملکرد
[1] این مقاله مستخرج از پایان نامه کارشناس ارشد میباشد
مقدمه
كشاورزي پايدار به منظور تامين نيازهاي غذايي بدون استفاده بهينه از منابع آب ميسر نخواهد شد(Karami and Ghafarian Behrman 2017; Fardad and Golkar 2002; Razaghi et al. 2014). در اين ميان باتوجه به كمبود منابع آب در كشور از يک سو و روند فزاينده اثرات تغيير اقليم از سويي ديگر، افزايش كارآيي مصرف آب با هدف افزايش توليد به ازاء هر واحد آب مصرفي و استفاده بهينه از منابع محدود آب را امري ضروري و اجتنابناپذير نموده است(Asgari et al. 2024; Zegbe et al. 2004; Ghochanian et al. 2019). انتخاب ارقام مناسب، استفاده از سوپرجاذبها و اصلاح کنندههاي خاک، مديريت بهينه مزرعه و روشهاي کمآبياري از راهکارهاي عملي بالا بردن کارايي مصرف آب به حساب ميآيند(Nourzadeh Hadad et al. 2019). البته در حال حاضر از 3/7 ميليون هکتار اراضي زيرکشت آبي کشور، فقط درحدود330 هزار هکتار تحت پوشش آبياري تحت فشار ميباشد که بيانگر پايين بودن کارايي مصرف آب و ضرورت بهينهسازي آن ميباشد(Rahimian and Ghodsi, 2013). بخش کشاورزي در ايران بيشترين مصرف آب را دارد ولي از کم آبي در رنج است زيرا کارايي مصرف آب در کشور بسيار کم و به مراتب پايين تر از حد جهاني آن ميباشد. هدف اصلي در کم آبياري افزايش کارآيي مصرف آب با حذف بخشي از آب آبياري است که تاثير معني داري در افزايش عملکرد ندارد(Zhang et al.2002). البته کاربرد اين روش آبياري نياز به مديريت خاص و تجربه کافي دارد به طوريکه بتوان به حداکثر سود رسيد(Kumar and khepar, 1980). کم آبياري همراه با کاهش محصول در واحد سطح مي باشد ولي استفاده از واحد آب را بالا مي برد و هدف از اعمال آن افزايش راندمان آب مصرفي و تعيين شاخص هاي آستانه اي عمق آب مصرفي است(Ma et al. 2014). به عبارت ديگر م آبياري يک روش يا يک سيستم آبياري نيست، بلکه يک نوع مديريت کارا و پوياي بهره برداري به شمار مي رود که اثرات ويژه اي در مديريت منابع آب، استحصال آب، انتقال و مصرف آب و نهايتاٌ در اقتصاد کشاورزي (افزايش عملکرد ويا سود خالص به ازاي واحد آب مصرفي) دارد (Eidizadeh et al. 2016). تاکنون تحقيقات زيادي در خصوص ميزان مصرف آب و تاثير آن بر عملکرد محصول انجام شده است اما آنچه که ضرورت کار تحقيقاتي بيشتري را طلب مينمايد، تعيين رابطه بين ميزان محصول و آب مصرفي به منظور رسيدن به نقطه اي که با مصرف کمترين ميزان آب، عملکرد محصول توجيه اقتصادي داشته باشد است(Bostani and Ansari 2011). در پژوهشي که حسيني و همکاران (1393) انجام دادند نتايج حاکي از آن بود که روش آبياري جويچهاي يک در ميان باعث افزايش کارايي آب به بيش از 42 درصد براي توليد گندم شده است. همچنين محققان رقم چمران گندم را کاراترين رقم در بين ارقام مورد آزمايش نسبت به سطوح مختلف آبياري معرفي نمودند(Eidizadeh et al. 2016). پژوهشگران در يک تحقيق گلخانهاي توانستند تا کارايي مصرف آب را با استفاده از چند نمونه پليمر سوپرجاذب تا حد زيادي افزايش دهند به نحوي که توليد محصول نيز به شکل معناداري افزايش پيدا کرد (Nourzadeh Hadad et al. 2017). پژوهشگران هندي (Meena et al.2019) با استفاده از 45 ميليمتر آب توانستند کارايي مصرف آب را براي توليد گندم در شرايطي افزايش دهند که منجر به کاهش عملکرد نشود. در پژوهشي ديگر محققيق نشان دادند که بيشترين مصرف آب براي عملکرد دانه گندم در شرايط 75 درصد نياز آبي گياه و کمترين مقدار آن مربوط به 50 درصد نياز آبي است (Jafari et al. 2019). اين تحقيقات محدود به مناطق گرمسيري نبوده به نحوي که در شهرکرد تيمار 70 درصد تبخير-تعرق با کم آبياري را بعنوان حالت بهينه در کارايي مصرف آب معرفي نمودند (Shirshahi et al. 2019). همچنين در يک پژوهش متفاوت در منطقه بردسير مشخص شد که با تامين 85 درصد آب مورد نياز رشد گندم ميتوان بيشترين ميزان بهرهوري آب را به دست آورد (Rajabi et al. 2021). بر اساس پژوهشهاي صورت گرفته، استفاده از روش آبياري باراني تک شاخه اي يکي از روشهاي مناسب براي بهينه سازي کارايي مصرف آب مي باشد. هدف از انجام تحقيق حاضر مقايسه توابع توليد آب-عملکرد در دو خاک معمولي و شور تحت کشت گندم در استان خوزستان بوده است.
مواد و روشها
اين تحقيق در مزرعهاي واقع در جنوب شهر اهواز به طول شرقي َ40 °48 و عرض شمالي َ20 °31 و ارتفاع 17 متر از سطح دريا انجام شد. اقليم گرم و خشک با ميانگين بارندگي و تبخير سالانه به ترتيب 200 و 3500 ميليمتر، ميانگين درجه حرارت و رطوبت نسبي سالانه به ترتيب 24 درجه سانتيگراد و50 درصد از مشخصات اين منطقه ميباشند (سالنامه هواشناسي، 1383). وقوع بارندگي در ماههاي مهر تا ارديبهشت بوده ولي بيشترين پراکنش آن در ماههاي آذر، دي، بهمن و اسفند ميباشد. خاک غالب منطقه در تحت گروه Typic Torriorthents و خانوادهfine, carbonatic, hyperthermic با بافت لوم رسي سيلتي تا رس سيلتي و بيش از 40% آهک در خاک سطحي، ميباشد. از يک سيستم آبياري باراني تك خطي براي ايجاد رژيمهاي مختلف رطوبتي (مقدار آب آبياري) استفاده شد. به اين ترتيب که، دامنهاي از مقادير مختلف آب از آبياري مناسب يعني رساندن رطوبت خاك در عمق توسعه
شکل 1. شماي کلي از سيستم آبياري و مزرعه مورد مطالعه
ريشه به حد ظرفيت مزرعه (I1) تا تنش شديد رطوبتي (I5) بر اساس تابعي از الگوي پاشش سيستم آبياري باراني تكخطي، ايجاد شد. 8 عدد آبپاش مدل IR30 از کارخانه IRRILINE با شعاع پاشش 12 متر، دبي 30 ليتر در دقيقه، فشار کارکرد 5/2 تا 3 اتمسفر به فاصله 6 متر از يكديگر با پايه آبپاش 80 سانتيمتري بر روي يك خط لوله پلياتيلن 63 نصب شدند. دور آبياري بر اساس تخليه مجاز رطوبت خاک در حد 60- 55 درصد آب قابل دسترس گياه براي تيمار I1، تنظيم شد (گوشه، 1386). ميزان آب آبياري بر اساس اندازهگيري رطوبت خاك روز قبل از آبياري تا عمق 30 سانتيمتري و رسانيدن آن به حد ظرفيت زراعي در تيمار I1 تعيين گرديد كه با نمونه گيري از رطوبت خاك به صورت جرمي محاسبه شد. جهت کنترل حجم آب مصرفي از يک کنتور استفاده گرديد. ميزان آب دريافتي در هر كرت آزمايشي توسط قوطيهاي جمعآوري آب كه در وسط هر كرت بر روي پايههايي به ارتفاع80 سانتيمتر نصب شده بود، اندازهگيري شد.
بارندگي موثر نيز از روش حفاظت خاک ايالات متحده براي بارانهاي کمتر از 250 ميليمتر در ماه تعيين گرديد (فرشي و همکاران، 1376). اين رابطه (1) به قرار زير است:
Pe = Pt (125 - 0.2Pt) / 125 (1)
كه Pe بارندگي موثر (به ميليمتر) و Pt بارندگي كل ( ميليمتر ) ميباشند. در رابطه بالا، ارقام 125 و 2/0 تجربي بوده و در مناطق و خاكهاي مختلف، تغيير مينمايند. شکل 1 شمايي از پمپ آب استفاده شده و سيستم آبياري را نشان ميدهند.
اين تحقيق در دو آزمايش جداگانه ولي همزمان يکي در خاک غير شور (آزمايش اول) و ديگري در خاک شور (آزمايش دوم) انجام شد. ملاک شوري ميزان هدايت الکتريکي عصاره اشباع خاک (ECe) در عمق 30-0 سانتيمتري خاک در زمان کاشت بوده است. در هر دو آزمايش، تيمارهاي آبي عبارت بودند از، مقادير آب در فاصلههاي دو متري عمود بر خط پاشش به طوري که 5 تيمار در فاصله 2، 4، 6، 8 و 10 متر از طرفين خط پاشش و در سه تكرار (در مجموع 30 کرت آزمايشي) ايجاد شد. به منظور حذف اثر اندک شيب احتمالي دو طرف خط پاشش و امکان مقايسه بهتر، 5 تيمار با فواصل مذکور در سمت راست و 5 تيمار با همان فواصل در سمت چپ خط پاشش قرار گرفتند. طول هر کرت 12 متر و عرض آن 2 متر و بنابراين مساحت هر كرت آزمايشي 24 مترمربع (12×2 متر) بود. سطوح کشت شده تحت آبياري طرفين تيمارها به عنوان حاشيه در نظر گرفته شدند. (شكل 2).
شكل 2. وضعيت تيمارها نسبت به خط پاشش آب آبياري
عمليات کاشت به وسيله خطيکار با فاصله خطوط 20 سانتيمتر، تراکم 200 کيلوگرم در هکتار و رقم بذر چمران صورت گرفت. از کل کود اوره مورد نياز، نيمي به صورت پايه و نصف ديگر در دو تقسيط در مراحل اواخر پنجه زني و انتهاي ساقهدهي مصرف گرديد. براي سبز شدن بذور و رشد يكنواخت گياهچه ها، دو نوبت آبياري اول به روش سطحي در شرايط كنترل شده رطوبت خاك و ميزان آب آبياري، انجام شد. عمليات تهيه زمين شامل شخم، ديسك و تسطيح در مهرماه انجام شد. همچنين از خاک منطقه به کمک مته خاکشناسي تا عمق ۳۰ سانتيمتري نمونه تهيه و جهت تجزيه شيميايي و تعيين مقادير لازم عناصر غذايي، به آزمايشگاه ارسال شد. کاشت بذور براي هر دو آزمايش همزمان انجام شد. عمليات کاشت به وسيله خطيکار با فاصله خطوط 20 سانتيمتر، تراکم 200 کيلوگرم در هکتار و رقم بذر چمران صورت گرفت. از کل کود اوره مورد نياز، نيمي به صورت پايه و نصف ديگر در دو تقسيط در مراحل اواخر پنجه زني و انتهاي ساقهدهي مصرف گرديد. براي سبز شدن بذور و رشد يكنواخت گياهچه ها، دو نوبت آبياري اول به روش سطحي در شرايط كنترل شده رطوبت خاك و ميزان آب آبياري، انجام شد.
براي اندازهگيري عملکرد دانه، در انتهاي دوره رشد و زمان برداشت محصول، با حذف نيم متر از ابتدا و انتهاي كرتها، از دو خط كاشت وسط نمونهبرداري صورت گرفت. توابع آب- عملکرد به کمک دو نرم افزار اکسل (تابع رگرسيون) و CurveExpert 1.3 (تابع سهمي) رسم شد و روابط بين ميزان آب مصرفي با عملكرد تعيين گرديد. همچنين به منظور تحليلهاي آماري از نرمافزار SPSS 19 استفاده شد.
ويژگيهاي خاک و آب مورد آزمايش
خاک غيرشور (آزمايش اول)
نتايج اندازهگيري خصوصيات فيزيکي و شيميايي خاک محل آزمايش قبل از کشت گندم در جدول (1) و خصوصيات حاصلخيزي خاک در جدول (۲) ارائه شدهاند. همچنين نتايج آناليز آب آبياري در جدول (3) نشان داده شده است. همانطور که مشخص است هدايت الکتريکي اين خاکهاي رسي زير 3 دسي زيمنس بر متر بوده است.
خاک شور (آزمايش دوم)
جدول (4) خصوصيات فيزيکي و شيميايي خاک و جدول (5) خصوصيات حاصلخيزي خاک در عمق 0 تا 30 سانتيمتري را نشان ميدهد. لازم به ذکر است که مقادير هدايت الکتريکي عصاره اشباع خاک مندرج در جدول (4) بعد از انجام ماخار (آبشويي قبل از کشت) ميباشد. همچنين نتايج تجزيه نمونه آب آبياري در آزمايش دوم (ميانگين تمام آبياريها)، در جدول (6) نشان داده شده است.
جدول 1. خصوصيات فيزيکي و شيميايي خاک در آزمايش اول
اسيديته | شن | سيلت | رس | بافت | رطوبت اشباع | رطوبت ظرفيت زراعي | رطوبت نقطه پژمردگي | جرم مخصوص ظاهري (g.cm-3) | عمق (cm)
|
|
(%) | (%v) |
|
| |||||||
6/7 | 24 | 34 | 42 | رسي | 2/52 | 30 | 19 | 3/1 | 30-0 | 9/2 |
7/7 | 30 | 28 | 42 | رسي | 7/51 | 29 | 19 | 3/1 | 60-30 | 2/2 |
جدول 2. خصوصيات حاصلخيزي خاک در آزمايش اول
کربن آلي (%) | فسفر | پتاسيم | آهن | روي | منگنز | مس |
| اوره | سوپر فسفات | پتاس | سولفات آهن | سولفات روي | سولفات منگنز | سولفات مس |
(mg.kg-1) | (kg.ha-1) | |||||||||||||
55/0 | 9/7 | 262 | 1/8 | 9/8 | 9/5 | 2/1 |
| 300 | 100 | 50 | 5 | 0 | 0 | 0 |
جدول 3. تجزيه نمونه آب آبياري در آزمايش اول
هدايت الکتريکي (dS.m-1) | اسيديته | بيکربنات | کلر | کلسيم | منيزيم | سديم | نسبت جذب سديم |
)meq. lit-1( | |||||||
7/2 | 4/7 | 7 | 19 | 13 | 4 | 18 | 2/6 |
جدول 4. برخي خصوصيات فيزيکي و شيميايي خاک در آزمايش دوم
هدايت الکتريکي عصاره اشباع (dS.m-1) | اسيديته | شن | سيلت | رس | بافت | رطوبت اشباع | رطوبت ظرفيت زراعي | رطوبت نقطه پژمردگي | جرم مخصوص ظاهري (g.cm-3) | عمق (cm) |
(%) | (%v) | |||||||||
6/6 | 0/8 | 18 | 36 | 46 | رسي | 43 | 28 | 18 | 40/1 | 30-0 |
9/7 | 1/8 | 24 | 30 | 46 | رسي | 43 | 27 | 18 | 45/1 | 60-30 |
جدول5. خصوصيات حاصلخيزي خاک در آزمايش دوم
کربن آلي (%) | فسفر | پتاسيم | آهن | روي | منگنز | مس |
| اوره | سوپر فسفات | پتاس | سولفات آهن | سولفات روي | سولفات منگنز | سولفات مس |
(mg.kg-1) | (kg.ha-1) | |||||||||||||
53/0 | 8/11 | 293 | 5/8 | 1/9 | 8/5 | 2/1 |
| 300 | 100 | 50 | 5 | 0 | 0 | 0 |
جدول 6. نتايج تجزيه نمونه آب آبياري در آزمايش دوم
هدايت الکتريکي (dS. m-1) | اسيديته | بيکربنات | کلر | کلسيم | منيزيم | سديم | نسبت جذب سديم |
)meq. lit-1( | |||||||
8/3 | 8/7 | 8 | 18 | 14 | 4 | 17 | 7/5 |
جدول7. ميانگين مقادير کل آب مصرفي و عملکرد توليد دانه در آزمايش اول
کل آب مصرفي (مترمکعب در هکتار) | |||||
T5 | T4 | T3 | T2 | T1 | تيمار |
3240 | 3500 | 3750 | 3980 | 4270 | ميانگين |
عملکرد دانه (کيلوگرم بر هکتار) | |||||
T5 | T4 | T3 | T2 | T1 | تيمار |
2890e | 3186d | 3678c | 4088ab | 4296a | ميانگين |
حروف يکسان در هر ستون نشاندهنده عدم تفاوت معنيدار در سطح احتمال 01/0 آزمون دانکن ميباشد.
جدول8. تجزيه واريانس عملکرد دانه
عملکرد دانه(کيلوگرم در هکتار) | منابع تغيير |
15/48 ns | تکرار |
**32/51247 | تيمار |
12/245 | اشتباه آزمايشي |
81/9 | ضريب تغييرات |
خاک غيرشور (آزمايش اول)
در جدول (7) ميزان مصرف کل آب براي هر تيمار در هر تکرار و نيز ميانگين مصرف آب براي هر کرت آزمايشي نشان داده شده است. همانطور که مشخص است با فاصله گرفتن کرتها از لوله مقسم آب، ميزان آب رسيده به کرتها کمتر شده است. نتايج حاصل از عملکرد دانه گندم در تيمارهاي مختلف آبياري در جدول (7) نشان داده شده است. علارغم اينکه با کاهش ميزان آب آبياري (فاصله گرفتن از خط پاشش)، مقدار عملکرد دانه کاهش يافته است، تفاوت آماري معنيداري بين تيمار اول و دوم از اين نظر وجود نداشته است. اين بدان معناست که با کاهش 2/7 درصد از ميزان آب آبياري، حدود 5 درصد از عملکرد دانه گندم کاسته شده است که نشاندهنده عدم تفاوت معنيدار در سطح احتمال 01/0 آزمون دانکن ميباشد. از سويي ديگر ميزان آب مصرفي در تيمار 1 نسبت به تيمار 5، 32درصد بيشتر بوده که منجر به افزايش عملکرد دانه گندم تا 5/48 درصد شده است. اين در حاليست که ميزان آب مصرفي در تيمار 1 نسبت به تيمار 3 که در ميانه فواصل کرتها نسبت به خط پاشش آب قرار داشته، 8/13 درصد بيشتر بوده و ميزان محصول آن حدود 17 درصد بيشتر از تيمار 3 بوده است.
جعفري و همکاران (1397) در پژوهشي مشابه با کاهش 15 درصدي حداکثر مصرف آب، بيشترين کارايي مصرف آب براي عملکرد دانه گندم به دست آوردند. همچنين رجبي و همکاران (1400) در يک پژوهش متفاوت در منطقه بردسير نشان دادند که با تامين 85 درصد آب مورد نياز رشد گندم ميتوان بيشترين ميزان بهرهوري آب را به دست آورد.همچنين شاهي و همکاران (1398) تيمار 70 درصد تبخير-تعرق با کم آبياري را بعنوان حالت بهينه در کارايي مصرف آب معرفي نمودند. همچنين در جدول (8)، نتايج تجزيه واريانس عملکرد دانه را در تيمارهاي مختلف نشان داده شده است.
نمودار تابع توليد آب- عملکرد:
شکل (3) برازش تابع توليد آب- عملکرد گندم به شکل خطي و معادله آن را در خاک غيرشور نشان ميدهد. در اين نمودار محور افقي ميزان مصرف آب در تيمارها و محور عمودي، عملکرد دانه ميباشد. همانطورکه در شكل (3) ملاحظه ميگردد رابطه بين ميزان آب آبياري و عملكرد محصول گندم، يک همبستگي مثبت و معني دار (891/0r=) ميباشد. اين بدان معني است که با افزايش مقدار آب، عملكرد محصول افزايش مييابد. با توجه به اينکه اين افزايش نميتواند تا بينهايت ادامه داشته باشد، برازش تابع توليد آب- عملکرد گندم به شکل سهمي (شکل 4) نيز انجام شد. با بررسي اين نمودار ميتوان نتيجه گرفت که ميزان آب مصرفي براي حصول بيشترين عملکرد محصول گندم در آزمايش اول (4925 کيلوگرم در هکتار) در اراضي سنگين بافت و غيرشور محل تحقيق حدود 5500 مترمکعب در هکتار ميباشد و از اين ميزان مصرف آب به بعد، عملکرد کاهش يافته و منحني شيب نزولي پيدا ميکند.. اين در حاليست که تيمار اول و دوم که به ترتيب 4270 و 3980 مترمکعب در هکتار آب مصرف نمودند، اختلاف معنيداري در ميزان توليد دانه گندم نداشتند. از طرفي، بيشينه ميانگين آب استفاده شده در اين پژوهش 4270 مترمکعب در هکتار بوده است.
خاک شور (آزمايش دوم)
ميزان آب مصرفي و عملکرد دانه
در جدول (9) ميزان مصرف کل آب براي هر تيمار در هر تکرار و نيز ميانگين مصرف آب براي هر کرت آزمايشي نشان داده شده است. همانطور که مشخص است با فاصله گرفتن کرتها از لوله مقسم آب، ميزان آب رسيده به کرتها کمتر شده است. همچنين نتايج حاصل از عملکرد دانه گندم در تيمارهاي مختلف آبياري در اين جدول نشان داده شده است. از مقايسه جداول 7 و 9 ميتوان دريافت که ميزان عملکرد در خاک شور کاهش يافته است. علت کاهش عملکرد در آزمايش دوم نسبت به آزمايش اول به شور بودن خاک در آزمايش دوم مربوط ميشود. هدايت الکتريکي عصاره اشباع خاک بيش از 6 دسي زيمنس برمتر در مرحله جوانهزني سبب کاهش سطح سبز مزرعه گرديد. اگرچه با اعمال مديريت آبياري (افزايش دفعات آبياري و کاهش مصرف آب در هر نوبت آبياري) اثرات شوري در ساير مراحل رشد و نموي گياه کنترل گرديد اما کاهش سطح سبز در همان مراحل ابتدايي رشد، باعث کاهش 10 تا 15 درصدي عملکرد گياه شد.
شکل 3. برازش خطي تابع توليد آب- عملکرد در آزمايش اول شکل 4. برازش سهمي تابع توليد آب- عملکرد در آزمايش اول
جدول9. ميانگين مقادير کل آب مصرفي و عملکرد توليد دانه درآزمايش دوم
کل آب مصرفي (مترمکعب در هکتار) | |||||
T5 | T4 | T3 | T2 | T1 | تيمار |
3666 | 3641 | 3665 | 3691 | 3708 | ميانگين |
عملکرد دانه (کيلوگرم بر هکتار) | |||||
T5 | T4 | T3 | T2 | T1 | تيمار |
3338db | 3170c | 3260c | 3431b | 3575a | ميانگين |
حروف يکسان در هر ستون نشاندهنده عدم تفاوت معنيدار در سطح احتمال 01/0 آزمون دانکن ميباشد
شکل 5. برازش خطي تابع توليد آب- عملکرد در آزمايش دوم |
|
همانطور که در جدول (9) مشخص است تيمار 1 بيشترين عملکرد را داشته است ولي علارغم اينکه تيمار 2 عملکرد مطلوبتري نسبت به تيمار 5 داشته، اختلاف معنيداري بين اين دو يافت نشد. بهرهوري آب بين اين دو تيمار نيز به هم نزديک بود به نحوي که بهرهوري آب براي تيمار 2 و 5 به ترتيب 93/0 و 91/0 کيلوگرم بر مترمکعب بوده است (شکل 7).
نمودار تابع توليد آب- عملکرد
اشکال (5 و 6) تابع توليد آب- عملکرد را براي آزمايش دوم نشان ميدهد. در شکل (5) فرم خطي (رگرسيون) و معادله درجه اول آن آورده شده و در شکل (6) منحني سهمي تابع توليد درج گرديده است. در هر دو شکل، محور افقي ميزان مصرف آب در تيمارها و محور عمودي، عملکرد دانه ميباشند. رابطه بين آب آبياري و عملكرد محصول يک همبستگي مثبت و معني دار در سطح يك درصد (894/0=) نشان داد. اين بدان معني است که با افزايش مقدار آب، عملكرد محصول افزايش مييابد.
شکل (6) نشان ميدهد که براي حصول حداکثر ميزان توليد گندم (4363 کيلوگرم در هکتار) به مقدار آبي برابر 4000 متر مکعب در هکتار نياز ميباشد. با مصرف بيشتر آب از اين ميزان، عملکرد کاهش يافته و منحني شيب نزولي پيدا ميکند. مصرف کمتر از اين مقدار نيز کاهش عملکرد را به همراه دارد.
نتيجهگيري و بحث
در تفسير نتايج دو ديدگاه بيشترين ميزان توليد محصول و بيشترين بهرهوري آب ميتواند مد نظر باشد. اگر بهرهوري آب (WUE1)که از تقسيم ميزان محصول بدست آمده بر ميزان آب مصرفي بهدست ميآيد را براي تمامي تيمارهاي هر دو آزمايش در نظر بگيريم شکل (7) حاصل ميشود.
در آزمايش اول بيشترين بهرهوري آب (027/1 کيلوگرم در مترمکعب) در ازاي 3980 مترمکعب در هکتار آب مصرفي حاصل گرديد. البته در اين ميزان مصرف آب عملکردي برابر 4296 کيلوگرم در هکتار بهدست آمد که از حداکثر عملکرد قابل انتظار از روي منحني(4925 کيلوگرم در هکتار) حدود 600 کيلوگرم درهکتار (14 درصد) کمتر است. از طرفي، در ميزان مصرف آب حدود 1500 مترمکعب درهکتار (يا معادل 27 درصد) صرفهجويي ميشود. در واقع از ديدگاه افزايش کارايي مصرف آب آبياري، ميتوان از کاهش 14 درصد در عملکرد محصول به دليل صرفهجويي 27 درصد در مصرف آب، صرفه نظر نمود. لذا نتايج آزمايش اول نشان داد که براي کسب بيشترين کارايي مصرف آب لازم است 4300 مترمکعب در هکتار آب مصرف شود درحاليکه براي دستيابي به حداکثر عملکرد بايد 5450 مترمکعب در هکتار آب مصرف گردد.
شکل 7. مقايسه بهرهوري آب در دو آزمايش
منحني تابع آب-عملکرد در آزمايش دوم نشان ميدهد که براي دستيابي به بيشترين کارايي مصرف آب (1/1 کيلوگرم در مترمکعب)، حجم 3900 مترمکعب بر هکتار بايد آب مصرف گردد. با اين ميزان مصرف آب عملکرد محصول به ميزان 4283 کيلوگرم بر هکتار خواهد رسيد. به عبارت ديگر با افزايش 5 درصدي آب، ميزان محصول به ميزان 20 درصد نسبت به تيمار 1 افزايش مييابد. نتايج اين تحقيق نشان داد در خاک غيرشور اگر صرفا ميزان توليد محصول مدنظر باشد (کشاورزي سنتي)، با مصرف آب بيشتر ميتوان به محصول بيشتري دست يافت، در حاليکه بهرهوري آب کمتر از حالت بهينه ميباشد. از سويي ديگر رسيدن به حداکثر محصول و بهرهوري آب در خاک شور رابطه مستقيم دارند و اصلاح خاک ميتواند راه مناسبي جهت افزايش بهرهوري آب قلمداد گردد.
Reference:
Asgari, M., Javanmiri Pour, M., Etemad, V., & Ahmadali, K. (2024). Effect of drought stress on Morphological charachteristic of Tehran Pine (Pinus eldarica Medw.) at various ages. Journal of drought and climate change research, 1(4), 87-104. [In Persian]
Bostani, A. & Ansari, H. (2011). Examining the consumption approach in urban water demand management. Agricultural Engineering and natural resources, 9 (33), 48-52. [In Persian]
Eidizadeh, Kh., Ebrahimpour, F. and Ebrahimi, M.A. (2016). Effect of different irrigation regimes on yield and yield components of Wheat cultivars in Ramin climate conditions. Journal of environmental stress in agricultural sciences. 29-36.
Fardad, H. & Golkar, H. (2002). An economic evaluation of deficit irrigation on Wheat yield in Karaj. The journal of agricultura science, 33(2): 305-312.
Ghoochanian, M., ANSARI, H., & FASHAEE, M.. (2019). Improvement of Water Consumption prouctivity in Wheat Cultivars under Different Irrigation Scenarios Using Aquacrop Model (Mashhad Case Study). Iranian Journal of irrigation and drainage, 13(3 ), 657-666. [In Persian]
Jafari, N., Aghayi, F., & Paknejad, F. (2019). The effect of different low irrigation methods on the yield and water consumption efficiency of Parsi variety wheat. Ecophysiology of agricultural plants (agricultural sciences), 12(4): 581-598. [In Persian]
Karami, T. & Ghaffarian Behrman, M. (2017). Future research of water crisis and its security challenges (case study: Rafsanjan city). Scientific journal specialized in law enforcement, 8 (21), 49-79. [In Persian]
Kumar, R. & Khepar, S.D. (1980). Decision models for optimal cropping pattern in Irrigation based on crop water production functions. Agricultural water management, 3: 77-82.
Meena, R.P., Karnam, V., Tripathi, S.C., Jha, A., Sharma, R.K., & Singh, G.P. (2019).Irrigation management strategies in wheat for efficient water use in the regions of depleting water resources. Agricultural water management. 214:38-46.
Ma, J., Huang, G.B., Yang, D.L., & Chai, Q. (2014). Dry matter remobilization and compensatory effects in various internodes of spring wheat under water stress. Crop Science. 54(1): 331-339.
Nourzadeh Hadad, M. Hasani, A. & Karami Moghadam, M.(2017). Comparison the efficiency of Aquasorb and Accepta superabsorbent polymers in improving Physical, Chemical, and Biological properties of soil and tomato under greenhouse condition. Journal of water and soil (Agricultural science and technology), 31(1), 156-167. [In Persian]
Rahimian, M.H., & Qudsi, M. (2013). The effect of eliminating irrigation in the final stages of growth on water use efficiency and yield of five wheat genotypes in Mashhad. Water Research in Agriculture (Soil and Water Sciences), 28(1): 25-38. [In Persian]
Rajabi, M., Jalalkamali, N., & Naghizade, M. (2021). The Effect of Deficit irrigation on yield and water use efficiency of wheat: a case study of Bardsir plain. Iranian Journal of Irrigation & Drainage, 15(3), 701-709. [In Persian]
Razaghi, P, Babazadeh, H.& Shourian, M. (2014). Development of multi-purpose reservoir operation hedging rule in water resources shortage conditions using MODIS8.1. Journal of water and soil resources conservation, 3(2): 11-23. [In Persian]
Shirshahi, F., Babazadeh, H., Ebrahimipak, N., EbrahimiRad, H., & Abdoli, H. (2019). Effect of Dificit Irrigation Management in Wheat Different Growth Stages on Its Improvement of Economic Productivity. Iranian Water Researches Journal, 13(1), 69-77. [In Persian]
Zegbe , J., Behboudian, M & Clothier, B. (2004). Partalroot zone drying is a feasible option for irrigation processing tomates. Agricultural water management. 68 (3): 195-206.
Zhang, X., Pei, D., Li, Z., Li, J. & Wang, Y. (2002). Management of supplemental irrigation of winter wheat for maximum profit deficit irrigation practices. FAO Water Pep. 22: 57-66.
يادداشتها2
[1] Water Use Efficiency