تجزیه و تحلیل خلأ عملکرد برنج در ارتباط با ویژگی‌های خاک در دشت فومنات

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 معاون پژوهشکده

2 دانشجوی دکترای زراعت، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

3 استادیار گروه زراعت دانشگاه گیلان

4 دانشیار فیزیک و فرسایش خاک، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران

5 استاد خاکشناسی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

چکیده

سابقه و هدف: به دلیل افزایش جمعیت و تغییر عادات غذایی، نیاز به افزایش تولیدات کشاورزی جهان در جهت تامین میزان تقاضای مصرف وجود دارد. در جهت برطرف کردن مشکلات ذکر شده، یکی از راه ها افزایش سطح زیر کشت است که در آینده روش مطلوبی نمی باشد؛ زیرا این امر مستلزم استفاده از اراضی حاشیه ای با عملکرد و ثبات پایین است. بنابراین، افزایش عملکرد در واحد سطح یک راهکار موثر در این رابطه است که از طریق کاهش خلا عملکرد می توان در جهت رفع این مشکل گام برداشت. با توجه به ضرورت افزایش تولید برنج در کشور و لزوم افزایش بهره وری از منابع خاکی، به برنامه ریزی در استفاده مناسب از کود های شیمیایی جهت دست یابی به حداکثر عملکرد نیاز می باشد. بنابراین، هدف از اجرای این پژوهش، بررسی پتانسیل عملکرد برنج و خلأ عملکرد آن در دشت فومنات با استفاده از روش آنالیز خط مرزی و ارتباط بین ویژگی های خاک و عملکرد برنج در نظر گرفته شد.
مواد و روش ها: پژوهش حاضر در دو سال زراعی 92-1391 و 93-1392 در 53 زمین زراعی واقع در دشت فومنات روی برنج (رقم طارم هاشمی)، اجرا شد. در این بررسی از مزارع کشاورزان، نمونه خاک تهیه شده و مختصات جغرافیایی نمونه ها ثبت شدند. صفاتی از قبیل عملکرد شلتوک برنج و ویژگی‌های خاک از قبیل نیتروژن کل، پتاسیم قابل‌استفاده، فسفر قابل استفاده، ماده آلی، ظرفیت تبادل کاتیونی، اسیدیته و هدایت الکتریکی خاک، اندازه گیری شدند. در این پژوهش به محاسبه خلا عملکرد، عملکرد بهینه و مقادیر بهینه ویژگی های خاک با استفاده از روش خط مرزی پرداخته شد. داده ها با روش تجزیه رگرسیون غیرخطی تابع درجه دوم، مدل های دو تکه ای، دندان مانند و استفاده از رویه PROC NLIN آنالیز شدند.
یافته ها: توابع دو تکه ای به خوبی توانستند به توصیف روند تغییرات اسیدیته و هدایت الکتریکی خاک بپردازند. علاوه براین، از تابع دندان مانند برای توصیف روند تغییرات فسفر قابل استفاده، پتاسیم قابل استفاده، ماده آلی و ظرفیت تبادل کاتیونی خاک استفاده گردید. همچنین؛ برای توصیف روند تغییرات نیتروژن کل از تابع درجه دوم استفاده شد. میانگین عملکرد بهینه و عملکرد کشاورز در منطقه دشت فومنات به ترتیب برابر با 7/67 و 4/81 تن در هکتار با خلأ عملکرد برابر با 2/86 تن در هکتار (37/3 درصد) برآورد شد. مقادیر بهینه نیتروژن کل، فسفر قابل استفاده، پتاسیم قابل استفاده، ماده آلی، ظرفیت تبادل کاتیونی، اسیدیته و هدایت الکتریکی خاک به ترتیب برابر با 0.266 درصد، 30/35-13/49 میلی گرم بر کیلوگرم، 173/4-102/2 میلی گرم بر کیلوگرم، 3/2-2/7 درصد، 30/8-25/43 میلی اکی والان در 100 گرم، 6/36 و 1/92 دسی زیمنس بر متر بود.
نتیجه گیری: بر اساس نتایج این مطالعه برخی از عوامل اصلی خلأ عملکرد برنج در این منطقه را می توان به مدیریت نامناسب کود های شیمیایی (نیتروژن، فسفر و پتاسیم) و از طرفی نادیده گرفتن نقش ماده آلی، اسیدیته و گنجایش تبادل کاتیونی خاک در تأمین عناصر غذایی ضروری دانست. روش تجزیه و تحلیل خط مرزی به روشنی توانست به محاسبه پتانسیل ویژگی های خاک در پاسخ به عملکرد بپردازد. در مجموع، نتایج پژوهش حاضر می تواند به توسعه راهکار های خوبی در جهت دستیابی به تولید مطلوب و کاهش خلا با توجه به وضعیت حاصلخیزی منطقه کمک کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Yield gap analysis of rice in relation to soil properties in Foumanat plain

نویسندگان [English]

  • Hemmatollah Pirdashti 1
  • Niloofar Aghaeipour 2
2 Ph. D. Student of Agronomy, Dep. of Agronomy, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran
چکیده [English]

Background and objectives: Nowadays, due to population growth and changes in eating habits, there is a need to increase agricultural productions to meet consumer demand all around the world. Increasing the area under cultivation is one of the solutions for this problem, which cannot be appropriate in future because this needs to use of marginal lands with low yield and stability. Hence, increased yield is an effective strategy in this regard which can resolve the problem by decreasing yield gap. Considering the fact that there is an urgent need to increase rice production in the country as well as improving the productivity of soil resources, planning for the proper use of chemical fertilizers to achieve the maximum performance seems to be required. Accordingly, the aim of this study was to evaluate rice potential yield and yield gap in Foumanat plain using boundary line analysis, moreover, to find the relationship between soil properties and rice yield.
Materials and methods: In order to investigate the yield gap (YG) of rice (cv. ‘Tarom Hashemi’) related to soil properties, a field experiment was carried out in Foumanat plain during two cropping seasons: 2012-13 and 2013-14. We recorded the information of 53 fields as soil samples were taken and geographic coordinates were recorded. Some soil characteristics such as total nitrogen, potassium, phosphorus, organic matter and cation-exchange capacity were measured. At the end of growing season (harvesting time) grain yield was calculated in each field (1 m-2). The boundary line method was used to calculate yield gap, optimum yield and optimum amount of soil properties for each field. Data analysis done by nonlinear regression of quadratic function, dent-like and segmented models based on PROC NLIN procedures.
Results: Segmented functions were well able to describe the trend of pH and electrical conductivity of soil. In addition, dent-like function used to describe the process of changes in available phosphorus, available potassium, organic matter and cation exchange capacity. Also, a quadratic function was used to describe the trend of total nitrogen . The average of optimum yield and actual yield were 7. 67 and 4.81 ton ha-1, respectively, in Foumanat plain with an YG of 2.86 ton ha-1 (37.3 percent). The optimum concentration of total nitrogen, phosphorus, potassium, organic matter, cation exchange capacity, pH and electrical conductivity were 0.266 percent, 13.49-30.35 mg kg-1, 102.2-173.4 mg kg-1, 2.7-3.2 percent, 25.43-30.8 meq 100 g-1, 6.36 and 1.92 dS.m-1 respectively.
Conclusion: Based on the results of this study, some of the main factors for rice YG in this area could be inappropriate management of chemical fertilizer usage (nitrogen, phosphorus and potassium) as well as ignored role of organic matter and cation exchange capacity in providing essential nutrients for rice. Boundary line analysis method could clearly calculate the soil properties potential in response to yield. In general, the results of this study can help to conclude a good strategy for achieving optimal production and gap reduction due to fertility situation of the area.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Boundary line
  • Yield Gap
  • Non-linear regression
  • Optimum yield
  • Soil resources
1. Affholder, F., Poeydebat, C., Corbeels, M., Scopel, E., and Tittonell, P. 2013. The yield gap
of major food crops in family agriculture in the tropics: Assessment and analysis through
field surveys and modelling. Field Crops Res., 143: 106-18.
2. Akhtar, M.S., Richards, B.K., Medrano, P.A., DeGroot, M., and Steenhuis, T.S. 2003.
Dissolved phosphorus from undisturbed soil cores. Soil Sci. Soc. Am. J., 67(2): 458-470.
3. Alam, M.Z., Stuchbury, T., Naylor, R.E.L., and Rashid, M.A. 2004. Effect of salinity on
growth of some modern rice cultivars. J. Agron., 3(1): 1-10.
4. Ali Ehyaie, M., and Behbahanizadeh, A.A. 1997. Chemichal soil analysis methods. Soil
Water Res. Inst., Tech. Issue., Number, 893: 127p. (In Persian)
5. Angulo, C., Becker, M., and Wassmann, R. 2012. Yield gap analysis and assessment of
climate-induced yield trends of irrigated rice in selected provinces of the Philippines. J. Agr.
Rural Develop. Trop. Subtrop., 113(1): 61–68.
6. Bera, R., Seal, A., Das, T.H., Sarkar, D., and Chatterjee, A.K. 2014. Application of fertility
capability classification system in rice growing soils of damodar command area, West
Bengal, India. J. Recent. Adv. Agr., 2(12): 330-337.
7. Casanova, D., Goudriaan, J., Bouma, J., and Epema, G.F. 1999. Yield gap analysis in
relation to soil properties in direct-seeded flooded rice. Geoderma., 91(3–4): 191-216.
8. Chapman, H.D. 1965. Cation exchange capacity. In C.A. Black et al. (ed.) Methods of soil
analysis. Agron., 9: 891-901. Am. Soc. Agron., Inc., Madison, Wis.
9. Davatgar, N., Zare, A., Shakouri Katigari, M., Rezaei, L., Kavoosi, M., Sheikh Eslam, H.,
and Ajili Lahiji, A. 2015. Fertility Status of Paddy Soils in Guilan Province. Land Manag. J.,
3(1): 1-13. (In Persian)
10. De Bie, C. 2000. Comparative performance analysis of agro-ecosystems. Doctoral Thesis,
Wageningen University and Research Centre, The Netherlands. 232p.
11. Diallo, M.D., Wood, S.A., Diallo, A., Mahatma-Saleh, M., Ndiaye, O., Tine, A.K., and Diop,
A. 2016. Soil suitability for the production of rice, groundnut, and cassava in the peri-urban
Niayes zone, Senegal. Soil Tillage Res., 155: 412-420.
12. Dobermann, A., Cruz, P.C., and Cassman, K.G. 1996. Fertilizer inputs, nutrient balance, and
soil nutrient-supplying power in intensive, irrigated rice systems. I. Potassium uptake and K
balance. Nutr. Cycl. Agroecosys., 46(1): 1-10.
13. Dobermann, A., and Fairhurst, T. 2000. Rice: Nutrient Disorders and Nutrient Management.
1th. Ed the International Rice Research Institute, Philippines, 203p.
14. Dobermann, A., Cassman, K.G., Cruz, P.C., and Adviento, M.A.A. 1996. Pampolino MF.
Fertilizer inputs, nutrient balance and soil nutrient supplying power in intensive, irrigated
rice system. III. Phosphorus. Nutr. Cycl. Agroecosys., 46(2): 111-125.
15. Douroudian, H.R., Besharati Kalayeh, H., Falah Nosratabad, A.R., Heydari Sharifabad, H.,
Darvish, F., and Alahverdi, A. 2010. The possible modification of absorbable phosphorus
solubles in calcareus soils and It’S effects on yield production in corn. Agroecol. J. (J. new
Agric. Sci.)., 6(18): 27-35. (In Persian)
16. Hajarpoor, A., Soltani, A., and Torabi, B. 2015. Using boundary line analysis in yield gap
studies: Case study of wheat in Gorgan. Sci. J. Manag. Syst., 8(4): 183-201. (In Persian)
17. Hoshikawa, K. 1989. The Growing Rice Plant: an Anatomical Monograph: Japanese. 310p.
18. http://faostat3.fao.org/download/Q/QC/E. 2016 [cited 04/01/2016].
19. Iqbal, J., Cheema, M.A., Niazi, M.N., and Dogar, M.S. 1991. Response of potassium
application to rice and wheat in salt affected soils. Tech., 8: 19-30.
20. Karimi Amir Kiasar, M., Kavoosi, M., and Shokri vahed, H. 2013. Phosphorus Critical
Concentration in Paddy Soils of Guilan Province. Water. Soil. Sci., 23(1): 123-134. (In
Persian)
21. Kavoosi, M., and Malakouti, M.J. 2006. Determination of potassium critical level with
ammonium acetate extractant in guilan rice fields. J. Water Soil Sci., 10(3): 113-123. (In
Persian)
22. Kayiranga, D. 2006. The effects of land factors and management practices on rice yields.
International Institute for Geo-Information Science and Earth Observation Enschede (ITC)
The Netherlands, Master of Science. 85p.
23. Khalili, N., Kamkar, B., and Khodabakhshi, A.H. 2015. Quantifying and analysis of
germination responses of annual savory (Satureja hortensis L.) to temperature and salinity
stress. Environ. Stresses. Crop. Sci., 8(1): 83-92. (In Persian)
24. Kheirabad, H., Khoshgoftarmanesh, A.H., and Khanmohamadi, Z. 2013. The effects of some
soil properties on Zn availability for corn in certain calcareous soils in isfahan province.
Water Soil Sci. (J. Sci. Technol. Agri. Nat. Resour.)., 16(62): 1-10. (In Persian)
25. Khoramizadeh, F., Davatgar, N., Tehrani, M.M., Ghasemi Dehkordi, V.R., and Asaadi
Oskuie, E. 2015. Evaluation of spatial variability of available iron and its affecting factors in
paddy soils (Case study: Central paddy fields of Guilan). J. Soil Manag. Sustain., 4(4): 255-
274. (In Persian)
26. Kitchen, N.R., Drummond, S.T., Lund, E.D., Sudduth, K.A., and Buchleiter, G.W. 2003.
Soil electrical conductivity and topography related to yield for three contrasting soil–crop
systems. Agron. J., 95(3): 483-495.
27. Kitchen, N.R., Sudduth, K.A., and Drummond, S.T. 1999. Soil electrical conductivity as a
crop productivity measure for claypan soils. J. Prod. Agric., 12(4): 607-617.
28. Kolawole, G.O., and Tian, G. 2007. Phosphorus fractionation and crop performance on an
alfisol amended with phosphate rock combined with or without plant residues. Afr. J.
Biotechnol., 6(16): 1972-1978.
29. Laborte, A.G., de Bie, K., Smaling, E.M.A., Moya, P.F., Boling, A.A., and Van Ittersum,
M.K. 2012. Rice yields and yield gaps in Southeast Asia: Past trends and future outlook.
Europ. J. Agron., 36(1): 9-20.
30. Lobell, D.B., Cassman, K.G., and Field, C.B. 2009. Crop yield gaps: their importance,
magnitudes, and causes. Annu. Rev. Enviro. Resour., 34(1): 1-25.
31. Lund, E.D., Colin, D., Christy, C.D., and Drummond, P.E. 2000. Using yield and soil
electrical conductivity (EC) maps to derive crop production performance information.
Presented at the 5th International Conference on Precision Agriculture. 1-8.
32. Meier, U. 1997. Growth Stages of Mono-and Dicotyledonous Plants. Blackwell
Wissenschafts-Verlag. 165p.
33. Minh, V.Q. 2011. The rice soil fertility capability classification system. Int. J. Environ.
Rural. Dev., 1(2): 1-12.
34. Ofori, E., Kyei-Baffour, N., Mensah, E., and Agyare, W.A. 2010. Yield gap analysis in rice
production from stakeholders' perspective at annum valley bottom irrigation project at
nobewam in Ghana. J. Agric. Biol. Sci., 5(6): 50-7.
35. Rajapakse, D.C. 2003. Biophysical factors defining rice yield gaps. International Institute for
Geo-Information Science and Earth Observation Enschede (ITC) The Netherlands, 100p.
36. Salahshour Dalivand, F., Sadradini, A.A., Nazemi, A.H., Davatgar, N., and Neyshabouri,
M.R. 2014. Simulation of simultaneous effect of salinity and drought stresses on grain yield
of rice cv. Hashemi. Iran. J. Crop. Sci., 15(4): 320-336. (In Persian)
37. Schmidt, U., Thöni, H., and Kaupenjohann, M. 2000. Using a boundary line approach to
analyze N2O flux data from agricultural soils. Nutr. Cycl. Agroecosyst., 57(2): 119-29.
38. Shahbazi, K., and Besharsti, H. 2013. Overview of agricultural soil fertility status of Iran. J.
Manag. Syst., 1(1): 1-15. (In Persian)
39. Silva, J.V., Reidsma, P., Laborte, A.G., and van Ittersum, M.K. 2016. Explaining rice yields
and yield gaps in Central Luzon, Philippines: An application of stochastic frontier analysis
and crop modelling. Eur. J. Agron., 82: 223-241.
40. Soltani, A., Hajjarpour, A., and Vadez, V. 2016. Analysis of chickpea yield gap and waterlimited
potential yield in Iran. Field Crops Res., 185: 21-30.
41. van Ittersum, M.K., Cassman, K.G., Grassini, P., Wolf, J., Tittonell, P., and Hochman, Z.V.
2013. Yield gap analysis with local to global relevance—a review. Field Crops Res., 143: 4-
17.
42. Xu, X., He, P., Zhao, S., Qiu, S., Johnstond, A.M., and Zhou, W. 2016. Quantification of
yield gap and nutrient use efficiency of irrigated ricein China. Field Crops Res., 186: 58-65.