فهرست مطالب

بوم شناسی کشاورزی - سال چهاردهم شماره 4 (زمستان 1401)

نشریه بوم شناسی کشاورزی
سال چهاردهم شماره 4 (زمستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1402/02/04
  • تعداد عناوین: 10
|
  • مجتبی ترکمان، مهدی نصیری محلاتی*، علیرضا کوچکی صفحات 601-615

    مدل WOFOST یکی از پرکاربردترین مدل های شبیه سازی رشد و نمو در گیاهان می باشد که رشد، فنولوژی و عملکرد گیاه را به صورت روزانه در شرایط پتانسیل، کمبود آب و کمبود مواد غذایی شبیه سازی می کند. در این مطالعه، به منظور واسنجی و تعیین اعتبار مدل WOFOST برای ارقام نیمه دیررس سیب زمینی (Solanum tuberosum L.) در شرایط پتانسیل از داده های روزانه هواشناسی، اطلاعات فنولوژیکی و عملکرد در مناطق همدان، اردبیل، اصفهان، قروه، شیراز، جیرفت، مشهد، گرگان، شاهرود و دزفول طی سال های 93-1389 استفاده گردید. مراحل مختلف فنولوژیکی رشد (شامل کاشت تا سبز شدن، سبز شدن تا گل دهی و سبز شدن تا رسیدگی فیزیولوژیکی) با استفاده از مشاهدات عینی در مزرعه تعیین و بر اساس دمای هوا مقدار درجه-روز رشد مورد نیاز برای تکمیل هر مرحله محاسبه شد و برای واسنجی و تعیین اعتبار پارامترهای گیاهی مدل مورد استفاده قرار گرفت. مدل با داده های سه سال واسنجی گردید و پس از آن ضرایب مدل به منظور انطباق با شرایط مختلف اقلیمی کشور برای مراحل فنولوژیکی و عملکرد غده تغییر یافت و سپس با داده های دو سال تعیین اعتبار شد. برای ارزیابی دقت مقادیر شبیه سازی و اندازه گیری شده عملکرد غده و مراحل فنولوژیکی زمان (سبز شدن، گل دهی و رسیدگی) از شاخص های آماری ضریب تبیین (R2) ، آزمونt ، جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) ، جذر میانگین مربعات خطای نرمال شده (RMSEn) ، حداکثر خطا (ME)  و ضریب کارآیی (E) استفاده گردید که همگی مطابقت نتایج شبیه سازی مدل با مشاهدات مزرعه ای را نشان دادند. نتایج نشان داد که جذر میانگین مربعات خطای مدل برای مراحل فنولوژیکی سبز شدن، گل دهی، رسیدگی فیزیولوژیکی به ترتیب 6/1، 3/2 و 4/6 روز و برای عملکرد غده 2933 کیلوگرم در هکتار به دست آمد. همچنین جذر میانگین مربعات خطای نرمال شده برای مراحل فنولوژیکی سبز شدن، گل دهی، رسیدگی فیزیولوژیکی و عملکرد غده به ترتیب 5/9، 3/8، 6/5 و 8/5 درصد محاسبه گردید که نشان دهنده درجه ناچیز خطای مدل بود. بر اساس نتایج حاصله مدل قادر خواهد بود عملکرد و مراحل فنولوژیکی را در مناطق مختلف ایران در حد مطلوب شبیه سازی نماید. با این حال، پیشنهاد می شود مدل برای سایر ارقام با تیپ رشدی متفاوت نیز ارزیابی گردد.

    کلیدواژگان: شاخص های آماری، شرایط پتانسیل، ضریب کارایی مدل، مدلسازی، مرحله فیزیولوژیکی
  • محمدمهدی فتاحی، رسول مهدوی*، مرضیه رضایی، یحیی اسماعیل پور صفحات 617-632

    رویکرد روز افزون استفاده از گیاهان دارویی و فرآورده های حاصل از آن، نقش این گیاهان را در چرخه اقتصاد جهانی پررنگ تر کرده است. به طوری که مصرف رو به تزاید آن تنها اختصاص به کشورهای در حال توسعه نداشته، بلکه یکی از عوامل مهم بهداشتی کشورهای پیشرفته نیز محسوب می گردد. این تحقیق با هدف پهنه بندی مناطق مستعد کشت گونه های گیاهی دارویی و با استفاده از مدل تصمیم گیری چند معیاره تحلیل سلسله مراتبی (AHP) در استان قم انجام گردید. به همین منظور، با غربالگری معیارها و گزینه ها، نه معیار شامل: ارتفاع از سطح دریا، شیب زمین، دمای حداکثر مطلق سالانه، دمای حداقل مطلق سالانه، بافت خاک، عمق خاک، EC آب، دسترسی به منابع آب و کاربری اراضی و هفت گزینه شامل: آویشن باغی، اسطوخودوس، بابونه آلمانی، بادرنجبویه، به لیمو، رازیانه و رزماری با نظرسنجی از خبرگان آشنا با گیاهان دارویی، انتخاب شد. با استفاده از مدل AHP، وزن هرکدام از معیارها با مقایسه زوجی بین آن ها بر اساس اطلاعات پرسش نامه ای و با نرخ ناسازگاری 01/0 و با استفاده از نرم افزار Expert Choice تعیین گردید. با توجه به وزن نسبی که به هرکدام از لایه های نه گانه در مرحله وزن دهی در مدل AHP تعلق گرفت، در محیط نرم افزار GisArc در هر یک از لایه ها، اعمال گردیده و از طریق الگوریتم Weighted overlay در جهت هم پوشانی کردن لایه ها استفاده گردید و نقشه پهنه بندی استان قم به لحاظ نواحی مستعد کشت گیاهان دارویی برای هریک از هفت گونه گیاهی دارویی مورد نظر، تهیه شد. نقشه نهایی در چهار طبقه یا کلاس محدودیت، شامل: بدون محدودیت، محدودیت کم تا متوسط، محدودیت متوسط تا زیاد و محدودیت زیاد، طبقه بندی گردید. نتایج نشان داد که در میان معیارهای پهنه بندی مناطق مستعد کشت گونه های گیاهی دارویی در استان قم، بیشترین وزن نسبی متعلق به معیار EC آب با 3/30 درصد و کمترین وزن نسبی مربوط به معیار شیب زمین با سه درصد بوده است. پس از تولید نقشه های پهنه بندی هم، مشخص شد که در مجموع، برای مناطق مستعد کشت هفت گونه گیاهی دارویی مورد مطالعه، به طور میانگین: 66/8 درصد مساحت استان در طبقه یک (بدون محدودیت)، 38/6 درصد در طبقه دو (محدودیت کم تا متوسط)، 71/12 درصد در طبقه سه (محدودیت متوسط تا زیاد) و 97/71 درصد در طبقه چهار (محدودیت زیاد) واقع شده است.

    کلیدواژگان: تصمیم گیری چند معیاره، مقایسه زوجی، نرخ ناسازگاری
  • زهرا میر، احمد قنبری، مهدی دهمرده، محمود رمرودی، محمدرضا اصغری پور صفحات 633-647

    به منظور بررسی اثر نظام های خاک ورزی، مدیریت بقایای گیاهی و کاربرد کود پتاسیم بر عملکرد و برخی ویژگی های فیزیولوژیک گیاه دارویی چای ترش (Hibiscus sabdariffa)، آزمایشی در مزرعه تحقیقاتی پژوهشکده کشاورزی دانشگاه زابل در سال زراعی 98-1397 به صورت اسپیلت پلات- فاکتوریل در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار انجام گرفت. عوامل آزمایشی شامل نظام های خاک ورزی در سه سطح بدون خاک ورزی، خاک ورزی کاهشی (دیسک) و خاک ورزی متداول (گاوآهن + دیسک) به عنوان عامل اصلی و میزان بقایای گیاهی در سه سطح (صفر، حفظ 30 درصد بقایا و حفظ 60 درصد بقایا) و کود سولفات پتاسیم در سه سطح (صفر، 75 و 150 کیلوگرم در هکتار) به عنوان عامل فرعی در نظر گرفته شد. ویژگی های مورد مطالعه شامل: عملکرد کاسبرگ خشک، عملکرد بیولوژیک، شاخص برداشت، مقدار کلروفیل a، b و کاروتنویید، آنتوسیانین، فلاونویید و پروتیین بودند. نتایج نشان داد که برهم کنش نظام های خاک ورزی، بقایای گیاهی و سولفات پتاسیم بر تمامی ویژگی های مورد بررسی (به جز شاخص برداشت) معنی دار بود. بیشترین عملکرد کاسبرگ خشک چای ترش از تیمار برهم کنش اثرات سه گانه نظام خاک ورزی کاهشی، حفظ60 درصد بقایای گیاهی و 150 کیلوگرم در هکتار سولفات پتاسیم (7/3221 کیلوگرم در هکتار) به دست آمد که نسبت به شاهد بیش از 100 درصد افزایش داشت. بالاترین میزان آنتوسیانین کاسبرگ از تیمار خاک ورزی متداول و حفظ30 درصد بقایای گیاهی و 75 کیلوگرم در هکتار سولفات پتاسیم (4/0 میکرو مول بر گرم وزن تر) حاصل گردید. استفاده از خاک ورزی متداول و حفظ 30 درصد بقایا و 75 کیلوگرم در هکتار سولفات پتاسیم سبب افزایش کلروفیل a، b و کاروتنویید شد. همچنین تیمار های بدون خاک ورزی و خاک ورزی متداول سبب افزایش میزان فلاونویید (19 میلی گرم گلوکز بر گرم وزن تر نمونه) و پروتیین سر شاخه ها (200 میلی گرم بر گرم وزن تر) گردید. نتایج نشان داد که کاربرد تلفیقی اثرات سه گانه نظام های خاک ورزی (کاهشی و متداول) توام با مدیریت بقایای گیاهی (حفظ 60 و 30 درصد بقایا) و کاربرد کود پتاسیم (150 و 75 کیلوگرم در هکتار) نه تنها به کاهش آلودگی محیط زیست کمک می کند، بلکه در افزایش عملکرد و ویژگی های فیزیولوژیک چای ترش در منطقه سیستان نقش موثری ایفا می کند.

    کلیدواژگان: آنتوسیانین، پروتئین، سولفات پتاسیم، فلاونوئید، کاروتنوئید، کلروفیل
  • محمد کاوه، محمدعلی اسماعیلی*، همت الله پیردشتی، محمدرضا اردکانی صفحات 649-669

    نیتروژن، یک عنصر ضروری برای گیاهان می باشد، به منظور بررسی شاخص های کارایی مصرف نیتروژن برنج در تلفیق با بایوچار، باکتری آزوسپریلیوم لیپوفروم و نیتروژن در شرایط آبیاری غرقابی و تناوبی، آزمایشی به صورت کرت‏های دو بار خرد شده در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار در شهر ساری در سال 1396 انجام گرفت. عامل اصلی، روش آبیاری در دو سطح آبیاری غرقاب و تناوبی و عامل فرعی تیمار کودی در نه سطح، 50، 75 و 100 درصد نیتروژن به همراه صفر، 10 و 20 تن بایوچار در هکتار و عامل فرعی-فرعی، باکتر ی آزوسپریلیوم لیپوفروم در دو سطح بدون مایه زنی و مایه زنی با گیاه چه بود. نتایج نشان داد، بایوچار و نیتروژن، روش های آبیاری و باکتری تاثیر معنی داری بر شاخص های کارایی مصرف نیتروژن داشتند. کاربرد 20 تن بایوچار به همراه 50 درصد نیتروژن و با مصرف باکتری توانست موجب افزایش معنی دار بهره وری نسبی نیتروژن (به ترتیب 54/84 و 5/68 کیلوگرم دانه بیشتری در ازای مصرف نیتروژن در آبیاری غرقاب و تناوبی) نسبت به تیمار 100 درصد نیتروژن + بدون مصرف بایوچار و باکتری شود. در نتیجه مصرف هم زمان کود آلی و زیستی همراه با کود نیتروژن، قابلیت دسترسی و جذب نیتروژن را در مراحل مختلف رشد گیاه افزایش داده و در پی آن، سبب بهبود شاخص های کارایی مصرف نیتروژن می شود. اما، این اثر بایوچار بر حفظ نیتروژن در خاک، با میزان مصرف کود نیتروژن با یک نرخ افزایش نمی یابد. در مقایسه با شرایط غرقابی، به کارگیری باکتری در آبیاری تناوبی تاثیر معنی داری بر جذب و بهبود شاخص های کارایی نیتروژن نداشت.

    کلیدواژگان: بهره وری نیتروژن، غلظت نیتروژن دانه، کودهای آلی و زیستی، مدیریت زراعی
  • پیوند پاپن، علی مختاران*، سجاد انصاری اردلی صفحات 671-691

    یکی از راه های استفاده و بهره برداری از آب و اراضی شور استفاده از گیاهان متحمل به شوری مانند کینوا است .مدیریت عناصر غذایی مانند نیتروژن در خاک های شور می تواند اثرات منفی شوری بر رشد و عملکرد گیاهان را کاهش دهد. به منظور بررسی اثر سطوح مختلف نیتروژن بر عملکرد، اجزای عملکرد، پروتیین دانه و کارایی مصرف نیتروژن دو رقم کینوا  (Chenopodium quinoa Willd.)در شرایط آبیاری با زه آب مزارع نیشکر، آزمایش مزرعه ای در سال زراعی 98- 1397در شرکت کشت و صنعت نیشکر میرزا کوچک خان در جنوب غرب خوزستان به صورت کرت های خرد شده در قالب طرح پایه بلوک های کامل تصادفی در سه تکرار اجرا شد. چهار سطح کود نیتروژن شامل صفر (شاهد)، 75، 150 و 225 کیلوگرم در هکتار از منبع کود اوره به عنوان فاکتورکرت اصلی و دو رقم کینوا شامل تیتی کاکا و گیزاوان به عنوان فاکتورکرت فرعی در نظر گرفته شد. صفات مورد مطالعه شامل:ارتفاع گیاه، قطر ساقه، تعداد گل آذین، وزن هزار دانه، شاخص سطح برگ، عملکرد دانه، عملکرد بیولوژیک، شاخص برداشت، کارایی مصرف نیتروژن و محتوی پروتیین دانه بود. نتایج نشان داد که برهم کنش نیتروژن و رقم بر شاخص سطح برگ، تعداد گل آذین در بوته، عملکرد دانه، عملکرد بیولوژیک و پروتیین دانه معنی دار بود. بیشترین ارتفاع گیاه، قطر ساقه و شاخص سطح برگ در نتیجه کاربرد تیمار 225 کیلوگرم نیتروژن در هکتار حاصل شد. بیشترین عملکرد دانه در رقم گیزاوان (2363 کیلوگرم در هکتار) در سطح 150 کیلوگرم نیتروژن در هکتار به دست آمد و پس از آن کاهش یافت، اما در رقم تیتی کاکا بیشترین عملکرد دانه (2372 کیلوگرم در هکتار) در سطح 225 کیلوگرم نیتروژن در هکتار به دست آمد و واکنش آن تا بالاترین سطح کود نیتروژن به صورت خطی بود. بیشترین مقدار پروتیین دانه در رقم گیزاوان با کاربرد 150 کیلوگرم نیتروژن در هکتار حاصل شد که 138 درصد بیشتر از شاهد بود. بر اساس نتایج به دست آمده، رقم گیزاوان کینوا می تواند انتخاب بسیار مناسبی برای زمین های شور و کم بازده در جنوب استان خوزستان باشد.

    کلیدواژگان: پروتئین دانه، تیتی کاکا، شاخص سطح برگ، گیزاوان
  • فرانک کرمیان، علی اصغر میرک زاده*، آرش آذری صفحات 693-712

    این پژوهش، به منظور تحلیل میزان مصرف آب و انرژی و اثرات محیط زیستی تولید محصولات کشاورزی در دشت میاندربند استان کرمانشاه، با استفاده از رویکرد کمی و برای محصولات گندم، جو آبی، ذرت دانه ای، کلزا، گوجه فرنگی و سیب زمینی انجام گرفت. جامعه آماری، 1676 کشاورز بود که طبق جدول کرجسی و مورگان، 315 کشاورز با استفاده از نمونه گیری تصادفی طبقه ای انتخاب شدند. جهت جمع آوری اطلاعات از پرسش نامه محقق ساخته و داده های ثانویه سازمان هواشناسی ایران استفاده شد. طبق نتایج پژوهش، تولید محصولات غالب در منطقه،m3.ha-1 50827 آب مصرف می کنند؛ سیب زمینی (m3.ha-1 11440) و ذرت دانه ای (m3.ha-1 10492) بیشترین میزان آب را مصرف می کنند. کل مصرف انرژیMJ.ha-1 50/975608 بود که بیشترین میزان مصرف انرژی ورودی مربوط به سیب زمینی (25 درصد)، ذرت دانه ای (22 درصد) و گوجه فرنگی (15 درصد) می باشد. همچنین کودهای شیمیایی، سوخت دیزل و آب برای آبیاری بیشترین میزان انرژی را در بخش کشاورزی مصرف کردند. انتشار 2CO، O2N و 4CH به ترتیب 79/3729، 05/152 و 293/0 کیلوگرم در هکتار و پتانسیل گرمایش جهانی،eq.ha-1 2kg CO 52/50872 بود که گوجه فرنگی با انتشار 48/15592 و جو با انتشار 88/3279 کیلوگرم معادل 2CO، بیشترین و کمترین سهم را دارا بودند. می توان گفت کارایی پایین آبیاری، وجود تعداد زیاد چاه های غیرمجاز، اختصاص یارانه های کشاورزی و عدم محاسبه هزینه آب و انرژی موجب ناکارآمدی سیستم کشاورزی دشت میاندربند شده است؛ لذا افزایش کارایی آبیاری با استفاده از سامانه آبیاری نواری و همچنین افزایش قیمت آب و انرژی در بخش کشاورزی همراه با حفظ منافع کشاورزان می تواند در استفاده بهینه از آب و انرژی و کاهش مصرف آن ها موثر باشد.

    کلیدواژگان: پایداری، پتانسیل گرمایش جهانی (GWP)، کارایی مصرف نهاده ها، گازهای گلخانه ای
  • علی راحمی کاریزکی*، حمید کوهکن، محمدتقی فیض بخش، نبی خلیلی اقدم صفحات 713-729

    مدل سازی گیاهان زراعی یکی از شاخه های علم زراعت و فیزیولوژی گیاهان زراعی است که از حدود 40 سال قبل به وجود آمده و با توسعه رایانه های پر قدرت و کارآمد در پیشرفت این رشته نقش عمده ای داشته است. در مدل SSM شبیه ساز ساده ای برای تخمین عملکرد و مراحل فنولوژیک محصولات مختلف به کار رفته است. هدف از این مطالعه، ارزیابی مدل SSM-iSorghum برای شبیه سازی مراحل مختلف فنولوژی و عملکرد سورگوم (Sorghum bicolor L.) دانه ای تحت شرایط آب و هوای معتدل مرطوب در شهرستان گرگان است. رشد و نمو سورگوم دانه ای با استفاده از مدل SSM-iSorghum بر پایه آمار داده های هواشناسی شهرستان گرگان شامل (دمای کمینه، دمای بیشینه، میزان تابش خورشید و میزان بارندگی) روی رقم کیمیا با استفاده از20 سناریو مختلف انجام شد. تراکم کاشت در چهار سطح (17، 21 ، 28 و 35 بوته در مترمربع) و زمان کاشت در پنج تاریخ (10 اردیبهشت، 15 اردیبهشت، 10 خرداد، 15 خرداد و یک تیر) شبیه سازی انجام شد. برای پارامترهای ورودی مدل (شامل داده های هواشناسی، خصوصیات خاک، مدیریت زراعی) با استفاده از مقادیر به دست آمده از آزمایشات مزرعه ای در طی دو سال زراعی 1389 و 1390 در مزرعه ایستگاه تحقیقات کشاورزی گرگان استفاده شد. نتایج مدل با استفاده از آماره های مبتنی بر اختلاف مقادیر شبیه سازی و مشاهده شده نشان داد که مدل SSM مراحل فنولوژیک در تاریخ کاشت های مختلف و تراکم های متفاوت را به خوبی پیش بینی می کند. بالاترین ضریب تبیین (R2) مربوط به روز از کاشت تا رسیدگی فیزیولوژیک و روز از کاشت تا زمان برداشت با مقدار 94/0 و 91/0 درصد به دست آمد، بنابراین مدل می تواند در برنامه ریزهای مدیریتی برای مراحل فنولوژیکی در مزرعه مورد استفاده قرار بگیرد. میزان پراکندگی نقاط شبیه سازی شده و مشاهده شده مراحل فنولوژی رشد، شاخص برداشت، عملکرد بیولوژیک و عملکرد دانه در محدوده خط 1:1 قرار گرفتند که نشان می دهد، مدل برای شبیه سازی مراحل فنولوژی رشد در شرایط اقلیمی شهرستان گرگان از دقت مناسبی برخوردار است. همچنین نتایج ارزیابی مدل در تاریخ های مختلف کاشت و تراکم های متفاوت نشان داد که دامنه حداقل و حداکثر عملکرد دانه شبیه سازی شده به ترتیب 20/2 و 60/6 تن و با میانگین 92/3 تن در هکتار و نزدیک دامنه حداقل و حداکثر عملکرد دانه مشاهده شده بین 35/2 و 43/7 تن و با میانگین 24/4 تن در هکتار بود که این تفاوت محدوده عملکرد می تواند متاثر از تاریخ های کاشت مختلف و تاخیر در زمان کاشت مناسب باشد. جذر میانگین مربعات خطا برابر 70/0 تن در هکتار، مقدار ضریب تبیین (R2) برابر 78/0 درصد و شکل بین مقادیر عملکرد مشاهده شده و عملکرد شبیه سازی شده نشان می دهد که داده ها در محدوده خطای کمتر از 15± درصد خط 1:1 قرار دارند، لذا مدل شبیه سازی مناسبی از شرایط گرگان برای عملکرد دانه داشت. بنابراین، می توان از مدل SSM-Sorghum در شبیه سازی مراحل فنولوژی در تاریخ های مختلف کاشت و تراکم های متفاوت در شرایط مطلوب آب و هوایی گرگان بهره برد.

    کلیدواژگان: تراکم کاشت، داده های هواشناسی، ضریب تبیین، عملکرد دانه
  • آرزو پراور، سعیده ملکی فراهانی*، علیرضا رضازاده صفحات 731-750

    هدف از این مطالعه، بررسی واکنش بالنگو شهری (Lallemantia iberica) و شیرازی (Lallemantia royleana) تلقیح شده به قارچ مایکوریزا در رژیم های متفاوت آبیاری بود. آزمایش به صورت اسپیلت پلات فاکتوریل در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی در سه تکرار اجرا شد. عامل اصلی، رژیم آبیاری در سه سطح (آبیاری پس از 30، 60 و 90 درصد تخلیه آب قابل استفاده خاک) و ترکیب فاکتوریل قارچ آربوسکولار مایکوریزا (کاربرد و عدم کاربرد) و گونه گیاهی بالنگو (بالنگو شهری (L. iberica) و بالنگو شیرازی (L. royleana) به عنوان عامل فرعی در نظر گرفته شد. کم آبیاری در هر دوگونه باعث کاهش ویژگیهای رشدی و محتوای کلروفیل، عملکرد دانه، کارایی مصرف آب، کلونیزاسیون ریشه و فسفر بذر، موسیلاژ بذر و محتوی روغن بذر شد؛ به طوری که کمترین این صفات در تیمار 90 درصد تخلیه آب به دست آمد، اما کاربرد مایکوریزا تاثیر مثبت بر روی این صفات در هر دو گونه گذاشت. در گیاهان تلقیح شده هر دو گونه، میانگین صفاتی چون عملکرد دانه، کلونیزاسیون ریشه، کارایی مصرف آب، فسفر بذر، موسیلاژ بذر و محتوی روغن بذر در تیمار آبیاری پس از 60 درصد تخلیه آب، بیشتر از سایر تیمارهای آبیاری بود. درصد کاهش عملکرد دانه در گونه شهری در پاسخ به محدودیت آب، بیشتر از بالنگوی شیرازی بود، اما در گونه شیرازی به خصوص پس از کاربرد قارچ مایکوریزا نه تنها عملکرد دانه کاهش نیافت، بلکه میزان کلونیزاسیون و کارایی مصرف آب، نیز افزایش یافت. به طور کلی، نتایج نشان داد که کاربرد قارچ مایکوریزا می تواند اثرات منفی تنش کم آبی را بر عملکرد بالنگو شهری و شیرازی کاهش دهد و سبب بهبود رشد و عملکرد آن ها شود.

    کلیدواژگان: تنش خشکی، عملکرد دانه، فسفر بذر، کارایی مصرف آب، کلونیزاسیون ریشه
  • مژگان احمدی، هادی رمضانی اعتدالی* صفحات 751-768

    در عصر حاضر، تغییر اقلیم به عنوان یکی از عوامل مهم و تاثیرگذار در توسعه پایدار، کشاورزی و امنیت غذایی مطرح می باشد. گندم (Triticum aestivum L.) یکی از محصولات مهم و استراتژیک در جهان و ایران محسوب می شود. به همین منظور، در این پژوهش به تاثیر تغییر اقلیم بر عملکرد و نیاز آبی گندم آبی در دشت قزوین در دوره های آتی پرداخته شده است. برای ارزیابی، از مدل های گردش عمومی موجود در مدل LARS-WG (EC-Earth،GFDL-CM3 ،HadGEM2-ES ، MIROC5، MPI-ESM-MR) و سناریوهای RCP2.6، RCP4.5 و RCP8.5 در دوره پایه 2015- 1986و در دوره های آتی2040- 2021، 2060-2041، 2080- 2061 و 2100- 2081 استفاده شد. نیاز آبی و عملکرد گندم در دوره پایه و دوره های آتی با نرم افزار Aqua Crop محاسبه شد. در این پژوهش، نتایج حاصل از سناریوها با داده ایستگاه قزوین برای محصول گندم، توسط معیارهای آماری خطا شامل آماره های ضریب تبیین (R2)، خطای جذر میانگین مربعات (RMSE)، حداکثر خطا (ME)، مقایسه شدند. نتایج شبیه سازی مدل LARS-WG در دوره پایه نشان داد که مدل در شبیه سازی دمای حداقل و حداکثر دقت بیشتری نسبت به بارش دارد. میانگین عملکرد گندم برای دوره پایه 67/7 (تن بر هکتار بر فصل) به دست آمد. نتایج شبیه سازی نشان داد که میانگین عملکرد گندم در دوره های آتی افزایش می یابد که این میزان در دوره 2100-2081 و مدل HadGEM2-ES با سناریوی RCP8.5 بیشترین مقدار را دارد. میانگین نیاز آبی در دوره پایه 14/127 (میلی متر بر فصل) به دست آمد که این میزان در دوره های آتی کاهش می یابد. بنابراین، پیش بینی افزایش عملکرد در دشت قزوین بیانگر آن است که این منطقه از پتانسیل مطلوبی در کشت و توسعه این محصول برخوردار خواهد بود که علاوه بر مساعد بودن شرایط اقلیمی، بهبود مدیریت و نهاده های کشاورزی نیز می تواند باعث افزایش عملکرد این محصول در طی سال های آتی گردد.

    کلیدواژگان: سناریوهای RCP، مدل های گردش عمومی اتمسفر، مدل LARS-WG، Aqua Crop
  • حمید امانی پور، سید کیوان مرعشی* صفحات 769-782

    حفظ بقایای گیاهی با حداقل بهم خوردگی خاک می تواند جایگزین مناسبی برای سوزاندن بقایا بعد از برداشت برنج باشد. بر این اساس و به منظور بررسی اثر مدیریت های مختلف بقایای برنج بر صفات کمی و کیفی کلزا (Brassica napus) ، آزمایشی به صورت کرت های خرد شده در قالب طرح پایه بلوک های کامل تصادفی در سه تکرار در سال زراعی 98- 1397 در اراضی کشاورزی جهاد کشاورزی شهرستان ایذه واقع در شمال استان خوزستان انجام شد. عامل اصلی مدیریت بقایای برنج در چهار سطح شامل 1- کشت مرسوم و مطابق عرف منطقه 2- کشت در زمین شخم خورده همراه با بقایای برنج 3- کشت در بقایای برنج با ارتفاع 20 سانتی متر 4- کشت در بقایای برنج با ارتفاع 40 سانتی متر و عامل فرعی سه رقم کلزا شامل رقم 401، 4815 و Okapi بود. نتایج تجزیه واریانس نشان داد، اثر مدیریت بقایای برنج بر ارتفاع بوته، تعداد شاخه در بوته، تعداد خورجین در بوته، تعداد دانه در خورجین، وزن هزار دانه، عملکرد دانه، درصد روغن و درصد پروتیین دانه معنی دار بود. اثر نوع رقم بر تعداد خورجین در بوته و عملکرد دانه معنی دار بود، ولی در مورد سایر صفات معنی دار نبود. اثر متقابل مدیریت بقایای برنج و نوع رقم بر ارتفاع بوته، تعداد شاخه در بوته، تعداد خورجین در بوته، تعداد دانه در خورجین وعملکردانه معنی دار، ولی بر وزن هزار دانه، درصد روغن و درصد پروتیین دانه معنی دار نبود. بیشترین عملکرد دانه (46/2449 کیلوگرم در هکتار) در تیمار کشت در زمین شخم خورده همراه با بقایای برنج در رقم 4815 و کمترین عملکرد دانه (41/1187 کیلوگرم در هکتار) در مدیریت کشت در بقایای برنج با ارتفاع 40 سانتی متر در رقم 401 مشاهده شد. بیشترین درصد پروتیین و روغن دانه در تیمار کشت در زمین شخم خورده همراه با بقایای برنج به ترتیب به میزان 62/21 و 16/48 درصد حاصل شد و در مورد سایر مدیریت ها تفاوت معنی داری مشاهده نشد. به طور کلی، نتایج نشان داد که استفاده از کشت در زمین شخم خورده همراه با بقایای برنج در بهبود اکثر صفات رشدی و عملکردی کلزا موثر بود. ضمنا رقم 4815 در شرایط استفاده از کشت در زمین شخم خورده همراه با بقایای برنج در کلیه صفات مورد بررسی مناسب تراز رقم 401 و Okapi بود و این رقم در این نوع مدیریت کشت در منطقه توصیه می گردد.

    کلیدواژگان: حفظ بقایا، سوزاندن بقایا، درصد پروتئین، درصد روغن
|
  • Mojtaba Torkaman, Mahdi Nasiri Mahalati *, Alireza Koocheki Pages 601-615

    Introduction:

      Food and Agriculture Organization of the united nations (FAO) stated potato as a product supplier in the world's future food security and Iran with an annual production of 5 million tons of potatoes ranked eleventh in the world's total production. Future climate change may have strong influence on field crops including potato and evaluation of these effects is of great importance. Crop simulation models are known as powerful tools to study crop responses to the future climatic scenarios. However, such models should be calibrated and validated for local conditions before using in climatic studies at regional scale. WOFOST (WOrld FOod STudies) is a well- known crop simulation model and during the past two decades has been widely used in various studies. Simulation method of WOFOST is based on leaf photosynthesis and the assimilates are converted to dry matter of different plant organs using specific conversion factors, after subtraction of the calculated values of maintenance and growth respiration. The model also simulated phenological stages of crop based on accumulated degree days. For simulation of potential yield WOFOST inputs are daily weather data and crop specific parameters. In previous studies WOFOST model was calibrated for several crops such as wheat, corn and sugar beet in different parts of Iran but not for potato. The aim of this study was to calibrate and statistically validate the WOFOST model for predicting phenology and tuber yield of potato under potential growth conditions in different climatic regions of Iran.

    Materials and Methods

    Yield, phenological and weather data of major potato production regions of Iran (Hamedan, Ardabil, Isfahan, Ghorveh, Shiraz, Jiroft, Mashhad, Gorgan and Dezful) covering wide range of climatic conditions were collected from official databases and field observations for 5 years (2010-2014). The model was calibrated under potential production conditions for semi-late varieties (e.g. Agria) with the dataset of 3 years and the remaining 2-year data was used for model validation. Calibration was conducted using FSEOPT sub-program which optimizes the model parameters with the lowest deviation between measured and simulated yield and phenological variables.Predicted results of yield and phenological stages were tested against observed values during model validation. The model performance was statistically evaluated using coefficient of determination (R2), t-test, root mean square error (RMSE), normalized root mean squareerror (RMSEn), maximum error (ME) and coefficient of efficiency (E).

    Results and Discussion

    During the ccalibration, fewmodel parameters and functions including thermal time from emergence to initiation of flowering (TSUM1), thermal time from initiation of flowering to maturity (TSUM2), specific leaf area as a function of development stage (SLATB), lower threshold temperature for ageing of leaves (TBASE), maximum leaf CO2 assimilation rate as a function of development stage of the crop (AMAXTB) and air temperature affecting photosynthetic rate (TMPFTB) was amended. It should be noted that for regions with cold summers such as Ardabil, Oromieh or Sarab TSUM2 was set at 1580 °Cd which is relatively lower than 1789 °Cd used for other parts of the country. Validation of model with independent data showed a great compliance of simulation results with field observations. Average simulated tuber yield over all regions and the studied period was 52061 kg ha-1 that was reasonably close to the mean observed potato tuber yield of 50650 kg ha-1 and the same was obtained for phenological variables. RMSE for tuber yield was 2933 kg ha-1 and for time to emergence, flowering and physiological maturity were estimated as 1.6, 3.2 and 6.4 days, respectively. RMSEn for phenological stages such as days to emergence, flowering, physiological maturity and tuber yield were 9.5, 8.3, 5.6 and 5.8%, respectively showing good model accuracy.

    Conclusion

    Based on the results the WOFOST model will be able to simulate the yield and phenological stages of potato with an acceptable performance at different regions of Iran. The calibrated model can be successfully used for climate change impact studies and yield gap analysis of potato under wide range of climatic conditions over country. However, it seems that the model should be also assessed for other potato cultivars with different growth habits.

    Keywords: Coefficient of model efficiency, Modelling, Phenological stages, Potential conditions, Statistical indices
  • MohammahMahdi Fattahi, Rasool Mahdavi *, Marzieh Rezaei, Yahya Esmaeilpour Pages 617-632

    Introduction :

     The increasing use of medicinal plants and their products has highlighted the role of these plants in the global economic cycle. As its increasing consumption is not only allocated to developing countries, but also is one of the important health factors in developed countries. The aim of this study was to zoning areas prone to cultivation of medicinal plant species and using the Analytic Hierarchy Process (AHP) model in Qom province.

    Materials and Methods

      For this study, by screening the criteria and options, 9 criteria were selected, include: (Elevation, Slope, Absolute maximum annual temperature, Absolute minimum annual temperature, Soil texture, Depth of soil, EC water, Access to water resources and Land use) and 7 options include: Thymus vulgaris, Lavandula angustifolia, Maticaria chamomilla, Melissa officinalis, Aloysia citrodora, Foeniculum vulgare and Rosmarinus officinalis. Using AHP model, the weight of each criterion was determined by pairwise comparison between them based on questionnaire information with a mismatch rate of 0.01 and using Expert Choice software. According to the weight assigned to each of the nine layers in the weighting stage in the AHP model, in the ArcGIS software environment in each of the layers, applied through the Weighted overlay algorithm and also for Operation Assurance The Raster Calculator algorithm was used to overlap the layers and the zoning map of Qom province in terms of areas prone to cultivation of medicinal plants was prepared for each of the 7 species of medicinal plants. The final map was classified into four categories or constraint classes, including: No constraints, low to medium constraints, medium to high constraints and high constraints.

    Results and Discussion

      Water shortage crisis is a threat; but by changing the cultivation pattern, it can be turned into an opportunity. Due to the hot and dry climate in the region, the cultivation of medicinal plants in areas such as Qom where the environmental and climatic conditions are stressful, can be much more suitable than the cultivation of cropsfrom an economic point of view. It is also cost-effective and has more added value. On the other hand, lack of complete knowledge about the various aspects of planting, holding and harvesting of medicinal plants from a scientific and technical point of view and the lack of a stable and reliable market for selling herbal medicinal products and continuous interaction between producers and consumers are some of the problems in this sector. The results showed that among the zoning criteria, the highest weight belonged to the EC water criterion with 30.3% and the lowest weight belonged to the land slope criterion with 3%. Is. According to the results obtained from the weighting of zoning criteria, in which more than half of the weight of 9 criteria belong to 2 criteria related to water, namely EC water with 30.3% and access to water resources with 23.3%. Percentage can be attributed to the importance and special position of water (both qualitatively and quantitatively) for the cultivation of medicinal plant species in the region in question, namely Qom province, where the predominant climate is arid and desert areas. After the production of zoning maps, it was found that in total, for areas susceptible to cultivation of 7 studied medicinal plant species, on average: 8.66% of the area in the first floor (without restrictions), 6.38 Percent is located in the 2nd floor (low to medium limit), 12.71% is in the 3rd floor (medium to high limit) and 71.97% is in the 4th floor (high limit).

    Conclusion

      The results showed that among the zoning criteria for areas susceptible to cultivation of medicinal plant species in Qom province, the highest weight belonged to the EC water criterion with 30.3% and the lowest weight belonged to the land slope criterion with 3%. After generating the zoning maps, it was found that in total, for areas susceptible to cultivation of 7 studied medicinal plant species, on average: 8.66% of the area in the first floor (without restrictions), 6.38 Percent is located in the 2nd floor (low to medium limit), 12.71% is in the 3rd floor (medium to high limit) and 71.97% is in the 4th floor (high limit).

    Keywords: Couple comparison, Incompatibility rate, Medicinal plants, Multi-criteria decision making
  • Zahra Mir, Ahmad Ghanbari, Mehdi Dahmarde, Mahmood Ramroudi, MohammadReza Asghari Pour Pages 633-647
    Introduction

    Crop residue management is one of the main pillars of production in agriculture and in the long run plays an important role in increasing or decreasing crop yields. Adequate amount of potassium sulfate fertilizer in the soil modulates the osmotic pressure in the soil. in this way, the plant's ability to withstand drought increases. Due to the fact that sour tea is one of the most important medicinal plants in Sistan, so it needs more study and research. Therefore, this experiment was conducted to investigate the effect of tillage systems combined with crop residue management and application of potassium fertilizer on yield and some physiological characteristics of sour tea in Sistan climate.

    Materials and Methods

    In order to investigate the effect of tillage systems with crop residue management and application of potassium fertilizer on yield and some physiological characteristics of sour tea, an experiment was conducted in the research farm of zabol university agricultural research institute in 2018-2019 as a split plot-factorial in the form of complete block design. randomization was performed in three replications. experimental factors including tillage systems at three levels without tillage, reduction tillage (disc) and conventional tillage (plow + disc) as the main factor and the combination of plant residues at three levels (zero, 30 and 60%) with potassium sulfate fertilizer at three levels (no fertilizer, 75 and 150 kg  ha-1) were considered as secondary factors. measurements were: economic yield, biological yield, harvest index, chlorophyll a, b and carotenoids, anthocyanins, flavonoids and protein.  statistical analysis of data was done with SAS software version 9.1 and mean comparison with duncan test was conducted at 5%.

    Results and Discussion

    The results showed that the use of tillage systems and their interaction on the studied characteristics were significant, However, plant residue treatments and their interaction on the studied characteristics except harvest index and anthocyanin were significant, Potassium sulfate treatment and its interaction on the studied properties except harvest index and flavonoids were significant. The highest economic yield of sour tea was equal to 3221.7 kg  ha-1 in the reduced tillage system with 60% of crop residues and 150 kg  ha-1 of potassium sulfate and The highest amount of sepal anthocyanin was obtained from conventional tillage treatment and combined use of 30% residues and 75 kg  ha-1 of potassium sulfate and Conventional tillage and combined use of 30% residues and 75 kg  ha-1 of potassium sulfate increased chlorophyll a, b and carotenoids. Also, non-tillage and conventional tillage treatments increased the amount of flavonoids and protein at the branches. The results of comparing the means of interaction of tillage systems with crop residue management and application of potassium sulfate show that the highest increase in chlorophyll a and carotenoid content of conventional tillage is + 30% of crop residues and 75 kg  ha-1 of potassium sulfate And the highest increase in chlorophyll b was the simultaneous use of conventional tillage + 60% of crop residues and 150 kg  ha-1 of potassium sulfate. the highest amount of protein was related to conventional tillage treatment with zero percent of crop residues and potassium sulfate, the results of comparing the means on the interaction of the treatments showed that the simultaneous application of no-till treatment with zero percent of crop residues and potassium had the best effect on the amount of flavonoids.

    Conclusion

    The results indicate that the effect of tillage systems combined with crop residue management and application of potassium sulfate in increasing quantitative and qualitative characteristics has had the best results. Under conservation tillage, by reducing tillage operations and maintaining a sufficient amount of plant residues in the soil surface, while improving soil structure and increasing water efficiency and nutrient efficiency, that increased quantitative and qualitative characteristics. Despite the dry climate in the country and the limitations and shortages of water and reducing soil fertility on the one hand and increasing environmental pollution on the other hand, the need to use conservation agricultural systems to maintain yield and stability and ultimately stability and balance of environmental factors is necessary it seems.

    Keywords: Anthocyanins, Carotenoids, Chlorophyll, flavonoids, Protein, Potassium sulfate
  • Mohammad Kaveh, Mohammad Ali Esmaeili *, Hemmatollah Pirdashti, MohammadReza Ardakani Pages 649-669
    Introduction

    Nitrogen (N), an essential nutrient for growth and development of plants, is added to agricultural fields to boost crop yields, however, its applications limited in the aquatic ecosystems due to leaching. Accordingly, accelerated surface water eutrophication, and public health issues due to consumption of contaminated groundwater have been linked to enrichment of excess use of N that can be lost to the environment through leaching to the groundwater. These losses can be reduced by adoption of appropriate methods or best management practices, that increase the accessibility of N for plant use, enhance plants’ N uptake ability, and match nutrient applications with agronomic needs. Thus, improving N use efficiency through a combination of agronomic and soil management methods is critical for crop profitability and environmental management.One way to improve the efficiency of nitrogen fertilizer application and reduce its losses is the simultaneous use of organic and biological fertilizers along with chemical fertilizers. There are several ways to increase soil organic matter, but the most of these materials are not resistant to microbial decomposition and decompose quickly and lost from the soil. Biochar is one of the types of organic fertilizers, which is resistant to microbial decomposition.Biochar can affect chemical and biological N reactions in the soils. Biochar increase nitrogen use efficiency (NUE), influence nitrification rates and adsorption of ammonia, and improve NH+ accumulation by enhancing cation exchange capacity in soils.Nitration ofgroundwater due to improper use of chemical fertilizers and high leaching of nitrogen fertilizers and also low efficiency of nitrogen application in flood irrigation of rice, indicates the need for alternate management methods in rice cultivation, including changing irrigation methods and fertilizers types. The use of biochar fertilizer along with nitrogen-fixing bacteria in rice irrigation rotation can be a good solution to reduce the mentioned problems.

    Materials and Methods :

    This research was conducted at the research fields of the Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University (SANRU) in 2017. The experimental site is located at 36º 39ʹ42ʺ N latitude and 53º03´54ʺ E longitude with -11 m above sea level. Soil samples were taken from depths of 0-30 cm before land preparation. The experiment was done in split split plot arrangement based a complete randomized blocks design with three replications. Two irrigation regimes (flooding and irrigation regimes) was the main plot. Nine fertilizers levels (100% of recommended nitrogen or N100, N100+ 10 ton biochar or biochar 10, N100+ biochar 20, N75, N75+ biochar 10, N100+ biochar 20, N50, N50+ biochar 10 and N100+ biochar 20) and seedling inoculation with Azospirillum lipoferum (without inoculation was also included as control) were sub and sub sub plots, respectively.

    Results and Discussion

    Results showed that biochar and nitrogen fertilizers, irrigation methods and also seedling inoculation with bacteria had significant effects on NUE, the amount of nitrogen and protein in the rice grains. Mean comparison of combination effects showed that consumption of 20 tons of biochar along with N50 or N75 had the greatest effect on NUE and the amount of nitrogen and protein in the grain, and the lowest amount of these traits was recorded in plots with N100 and no application of biochar. On the other hand, the highest level of nitrogen efficiency indices was obtained when 20 tons of biochar applied with N50 or N75 while the lowest amount of nitrogen use efficiency indices was obtained by using N100 and no biochar consumption.

    Conclusion

     It seems that biochar improves nitrogen uptake by the rice plant by maintaining nitrogen in the soil and consequently increases the concentration of nitrogen in the grains and rice plants organs. There was no similar trend for effect of biochar on nitrogen uptake when fertilizer application rates increased.

    Keywords: Agronomical management, Grain nitrogen concentration, Nitrogen productivity, Organic, biological fertilizers
  • Payvand Papan, Ali Mokhtaran *, Sajad Ansaryardaly Pages 671-691
    Introduction

    Salinity is one of the most important environmental stresses that affect crop production. In all areas where irrigation is essential for crop production, soil salinity is inevitable . This phenomenon has gradually become a major problem in arid and semi-arid regions of Iran. Among the strategies to deal with abiotic stresses are the development of salinity tolerant cultivars, crop rotation, genetic modification, use of appropriate organic and chemical fertilizers. Quinoa is a promising species of halophyte that has the potential to become a crop. Quinoa, scientifically known as Chenopodium quinoa willd, is a dicotyledonous plant belonging to the Chenopodiaceae family of spinach and is often self-pollinating. Salinity stress has great effects on plant growth, seed quality and grain yield even in saline plants such as quinoa. Due to plant growth salinity, total grain yield, number of seeds, fresh and dry weight of seeds are reduced. Nitrogen is one of the essential nutrients for plant growth. Nitrogen fertilizers play an essential role in increasing yield as well as improving grain quality. Quinoa needs a lot of soil nitrogen and the use of nitrogen fertilizer is very important for crop growth during the vegetative growth period of quinoa.Quinoa cultivation, especially by using drainage in the southern regions of Iran as a salinity-resistant crop, will lead to diversification of crops, sustainable production, and increase farmers' incomes and food security. Considering that agriculture and supply of nitrogen required by the plant is very important in order to increase crop production with optimal yield, the amount of fertilizer used and also the appropriate cultivar need to be investigated and a step to determine the best cultivar and the best level of nitrogen fertilizer and its effect on yield, yield components, grain protein concentration and efficiency of nitrogen application under irrigation conditions of sugarcane fields in the south of Khuzestan province.

    Materials and Methods

    This research was carried out in field conditions in the 97th crop year in Mirza Kuchak Khan Sugarcane Cultivation and Industry Company in the form of split plots in a randomized complete block design with three replications. Factors include urea fertilizer at four levels: 0 (control), 75, 150, 225 kg / ha) as the main factor and two quinoa cultivars (Titi Kaka: V1 and Gizavan: V2) as the secondary factor in Was considered.

    Results and Discussion

    The results showed that the interaction of nitrogen and cultivar on leaf area index, number of inflorescences per plant, grain yield, biological yield and grain protein were significant. The highest plant height, stem diameter and leaf area index belonged to 225 kg N / ha. The highest grain yield in Gizavan cultivar (2363 kg / ha) was obtained at the level of 150 kg N / ha and then decreased, but in Titi Kaka cultivar the highest grain yield (2372 kg / ha) was obtained at the level of 225 kg N / ha. Obtained and the reaction was linearly reduced to the highest level of nitrogen fertilizer. The highest amount of grain protein was observed in Gizavan cultivar with application of 150 kg N / ha, which was 138% higher than the control treatment. Based on the obtained results, Gizavan Quinoa cultivar can be a very suitable choice for saline and low-yield fields in the south of Khuzestan province.

    Conclusion

    According to the results of the study, increasing the application of nitrogen fertilizer increased the yield and yield components and grain nitrogen. Application of 150 kg nitrogen per hectare in Gizavan cultivar with an average yield of 2.36 tons per hectare in the climate of southern Khuzestan province along with the application of drainage from sugarcane cultivation produced the highest grain yield. Quinoa due to its high genetic diversity and adaptation to different climates, high nutritional value and high efficiency of resource use, can be a suitable plant for the use of unconventional soil and water resources in the south of Khuzestan province. It is recommended that future tests be performed on quinoa at different locations with different cropping methods and other fertilizer levels to ensure that the results are relatively consistent over time.

    Keywords: Leaf Area Index, Gizavan, Grain protein, Titi Kaka
  • Faranak Karamian, AliAsghar Mirakzadeh *, Arash Azari Pages 693-712
    Introduction

    The agricultural sector accounts for 70% of fresh water and about 30% of the world's total energy consumption through food production and supply chain. Water, energy and food are three basic interrelated sources of human health, as water and energy are vital to food production. In recent centuries, increasing pressure due to scarcity of resources and increasing demand for food and ultimately environmental pollution necessitates the need for optimal management of water, energy and food. In this regard, this study was conducted Analysis of Water and Energy Consumption and Environment Impacts of Agricultural Production in Miandarband Plain.

    Materials and Methods

    The present study was conducted using a quantitative approach for wheat, barley, maize-grain, canola, tomato and potato crops. The statistical population was 1676 farmers that according to Krejcie and Morgan table, 315 farmers were selected using stratified random sampling. A researcher-made questionnaire and secondary data of the Meteorological Organization of Iran were used to collect information. In order to calculate the amount of energy consumed by the studied products, first the input and output energies of the products were measured and then converted to their equivalent energy. Input energy in food production systems is both direct and indirect. To calculate the water consumption by each product, two elements of green and blue water of the products were calculated. The amount of greenhouse gas emissions for the inputs of the studied products was calculated using CO2, N2O and CH4 emission coefficients for different inputs.

    Results and Discussion

    The research results showed the dominant crops production in the region consumes 50,827 m3 ha-1 of water; Potato (11440 m3 ha-1) and maize-grain (10492 m3 ha-1) consume the most water. The total energy consumption was 975608.50 MJ ha-1; the highest input energy consumption is related to potato (25%), maize-grain (22%) and tomato (15%). Chemical fertilizers, diesel fuel and water for irrigation used the most energy in the agricultural sector. Total CO2, N2O and CH4 emissions were 3729.79, 152.05 and 0.293 kg ha-1, respectively and total Global Warming Potential, 50872. 52 kg CO2eq; that tomato with emissions of 15592.48 and barley with emissions of 3279.88 kg CO2eq, had the highest and lowest share. According to the results, the amount of water consumption by the studied products, except for tomatoes, is more than the recommended amount of water required during the growth period of the desired products by experts; In this regard, it can be said that low irrigation efficiency, poor supervision by relevant agencies, the existence of a large number of illegal wells, mismanagement, uncoordinated management, lack of long-term attitude and inefficient water consumption of irrigation and especially the land use system has caused high water consumption in the studied crops. According to the results, the smaller the farm area, the higher the water and energy consumption and the higher the GWP. In such farms the farmer has lost the advantage of scale and by applying pressure on the ground by increasing the irrigation cycle, the use of fertilizers and pesticides seeks to gain more efficiency. On the other hand, due to the small size of farms, they use less up-to-date technologies, thus indirectly increasing water and energy waste. The results showed that crops that are mainly grown in agriculture in the region with the lease system have the highest input consumption and have a negative impact on the environment of the region. In this regard, it can be said that land tenants in the region try to get the most economic benefit from the land in a shorter period of time, and this increases the pressure on resources.

    Conclusion

    In general, it can be said that low irrigation efficiency, existence of a large number of illegal wells, allocation of agricultural subsidies and the lack of calculation of water and energy costs has caused the inefficiency of the agricultural system of Miandarband plain. Therefore, increasing irrigation efficiency using strip irrigation system and increasing water and energy prices in the agricultural sector can be effective in the optimal use of water and energy.

    Keywords: Global Warming Potential (GWP), Greenhouse Gases, Input consumption efficiency, Kermanshah, Sustainability
  • Ali Rahemi Karizki *, Hamid Kouhkan, MohammmadTaghi Feyzbakhsh, Nabi Khalili Aghdam Pages 713-729
    Introduction

     Sorghum (Sorghum bicolor L.) belongs to the cereal family and was domesticated at the same time as other cereals around three thousand years ago. Sorghum is the fifth most important cereal in the world after wheat, rice, corn and barley. Crop modeling is one of the branches of agriculture and crop physiology that has been around for 40 years and the development of powerful and efficient computers has played a major role in the development of this field. SSM model is a simple simulator to estimate the yield of different crops and the effects of climate change. This model requires limited input and easily accessible information. The above model has been evaluated for more than 30 Iranian crop species using various evaluation parameters. Evaluation of SSM_iSorghum model to predict different stages of phenology and yield of grain sorghum under temperate humid climate conditions in Gorgan.

    Materials and methods

    SSM-Sorghum is a model to simulate sorghum crop phenology, growth and yield formation. The model was derived from SSM-Wheat model described by Soltani and Sinclair (2013). The sorghum model structure is the same as that wheat model except for phenology submodel. Phenology submodel is based on Alagarswamy and Ritchie (1990) with some modifications. The growth and development of sorghum were simulated using the SSM_iSorghum model based on meteorological data of Gorgan city during the years 2010 to 2011, including minimum and maximum temperature, amount of sunlight and rainfall on Kimia cultivar using different scenarios. For model input parameters including meteorological data, soil properties, crop management (using the values obtained from field experiments of 2010-2011 in the research farm of Gorgan Agricultural Research Station) was used. These experiments were performed under favorable agronomic conditions. Experiments at four different densities (17, 21, 28 and 35 plants/m2) and five different planting dates (May 10th and May 15th of 2010, May 10th and May 15th and June 15th 2011) during two growing years in total with 20 different scenarios were performed.

    Results and Discussion :

    The results showed that model predicted day from planting to emergence, day from planting to ripening, harvest index, biological yield and grain yield with high accuracy (R2=0.91-0.94%). In using the models to predict the performance, it has been reported that the value of the explanation coefficient should be more than 60%, which is a condition in this model. Regarding the 1:1 line between the observed yield and the simulated yield, it was found that values are in the range of 15% up and down the 1: 1 line. So the model has a suitable simulation of Gorgan conditions for grain yield.

    Conclusion

    Evaluation of SSM-Sorghum model showed that this model simulates phenological stages, including harvest index, leaf area index, and biological yield with different planting dates and different densities with appropriate accuracy in Gorgan climatic conditions. Most of the points were in the reliable range (± 15%) of the 1:1 line, which indicates an accurate estimate of the model parameters or confirms the simulation efficiency of the model process steps. Therefore, this model can be used in farm management planning including selection of appropriate planting date and appropriate density. Although the model well simulates the phenology , it seems necessary to retest the accuracy of the model with data from various experiments and to use it in the equations if the results of this study are confirmed. Obviously, models are effective when used by analyzing physiological and ecological conditions and based on experiments and experimental measurements of the system.

    Keywords: Phenological stages, simulation, SSM-iSorghum model, Yield grain
  • Arezoo Paravar, Saeideh Maleki Farahani *, Ali Reza Rezazadeh Pages 731-750
    Introduction

    In natural environments, plants are continuously exposed to diverse environmental conditions that may affect plant survival, development and production. Water deficiency considers as one of the most ominous abiotic factors that limits the growth and yield of crops and decreases water use efficiency and photosynthesis rate. Nowadays it is suggested to use bio-fertilizers as a tool to adjust adverse effects of water shortage in soil. Bio-fertilizers containing Arbuscular mycorrhizal fungi are supposed to use. Some plant species have the ability to form a symbiosis relationship with the Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF). AMF can increase growth and yield of plants under water deficiency, and it is one of the most important bio-inoculant that can be used to adjust adverse effects of water stress in plants. AMF-symbiosis considerably increases root colonization which turns into improving water use efficiency. Also, it establishes a platform to increase phosphorus mobility between soil and roots in the rhizosphere. Lallemantia iberica (Dragon’s head) and Lallemantia royleana (Lady’s mantle) are medicinal plants that belong to the Lamiaceae family. Genus Lallemantia seeds contain mucilage, polysaccharide, fiber, oil, protein, and plenty of valuable secondary metabolites. Limited information is availiable about the ability of these two species to make symbiosis relation with AMF under water deficit condition.  Hence, the current study was aimed to evaluate of Lallemantia iberica and Lallemantia royleana inoculated by mycorrhizal in the different irrigation regimes.

    Materials and Methods

    The field trial was conducted at the Research Farm of the Agricultural Faculty of Shahed University, Tehran, during the cropping season of 2018 and 2019. A split-factorial experiment was employed in a randomized complete block design (RCBD) with three replications. The main plot consisted of three-level of irrigation regimes (30% (I30; without stress), 60% (I60; mild stress), and 90% (I90; sever stress) depletion of available water resource). The sub plots were factorial combination mycorrhizae (non-inoculation and inoculation of mycorrhizae) and plant species of Lallemantia (L.iberica and L. royleana). 

    Results and Discussion

    Increasing water deficit significantly reduced plant height, grain yield, chlorophyll a and b, water use efficiency, root colonization, seed phosphorus, seed mucilage, and seed oil content However, the highest plant height, grain yield, chlorophyll a and b, water use efficiency, root colonization, seed phosphorus, mucilage, and oil seed content obtained at 60% available water soil of depletion (mild stress). The application of mycorrhizae increased plant height, grain yield, chlorophyll a and b, water use efficiency, root colonization, seed phosphorus, seed mucilage, and oil seed content in cross all irrigation regimes. It has been reported that establishment a relationship of symbiotic AMF with roots of host plant, through spreading the hyphae and developing the root system, improves growth and provides more water for plants, which finally this ability leads to the yield, root colonization and water use efficiency. Inoculated and non-inoculated L .royleana had the greatest resistance to different levels of irrigation regimes and mycorrhizal treatments than L. iberica. It has been reported that L. royleana was more tolerant to water deficit in compared to L. iberica  Also the results showed that the highest root colonization was in L. royleana species which was grown under different levels of irrigation regimes and mycorrhizal treatments.

    Conclusion

    In general in this research, it can be concluded that under water deficit stress conditions, water deficit stress damages can be reduced in both species of Lallemantia with careful irrigation management (using an irrigation regime of 60% available water soil of depletion) and application of mycorrhizae.

    Keywords: Drought stress, grain yield, Root colonization, Seed phosphorous, Water use efficiency
  • Mojgan Ahmadi, Hadi Ramezani Etedali * Pages 751-768
    Introduction

    Crop production is directly dependent on climatic conditions, and climate determines the sources of production and productivity of agricultural activities. Therefore, long-term forecasting of climate variables and taking the necessary measures to mitigate the adverse effects of climate change have been considered by many researchers around the world. Climate change affects water requirement and crop yields in the future, so it is important to study changes in meteorological parameters and their impact on water requirement and crop yields in each region. So, in this study, the effect of climate change on the yield and water requirement of wheat in Qazvin synoptic station was investigated.

    Materials and methods

    In this study, the results of the scenarios were compared with the data of Qazvin station for wheat crop by statistical error criteria including Explanation coefficient statistics (R2), root mean square error (RMSE) and maximum error (ME). For evaluation, from the general circulation models in the LARS-WG model (EC-Earth, GFDL-CM3, HadGEM2-ES, MIROC5, MPI-ESM-MR) and the scenarios of RCP2.6, RCP4.5 and RCP8.5 in the baseline 1986-2015 was used. Yield and water requirement of wheat in the baseline and future periods 2021-2040, 2041-2060, 2061-2080 and 2081-2100 were calculated with Aqua Crop software.

    Result and discussion

     The coefficient of explanation for the maximum and minimum temperatures simulated with the LARS-WG model shows that the simulated data and the synoptic station data are highly correlated. An explanation coefficient greater than 90% indicates that more than 90% of the variance in the minimum and maximum temperature data of the synoptic station is described by the LARS-WG model data. The value of RMSE at the minimum and maximum temperature is less than 3 °C, which indicates the low temperature deviation simulated with the LARS-WG model compared to the actual temperature. The ME index value was obtained for the minimum temperature equal 6.93 °C and for the maximum temperature equal 7.76 °C. The coefficient of explanation for the precipitation simulated with the LARS-WG model shows that the simulated data and the data of the synoptic station do not have a high correlation and the coefficient of explanation decreases to less than 0.5. The values of RMSE and ME were 33.28 mm and 183.10 mm, respectively. The results show that the model is more accurate in simulating minimum and maximum temperatures than precipitation. In a study, Goudarzi et al. (2015) investigated the performance of LARS-WG and SDSM microscopic exponential models in simulating climate change in the catchment area of Lake Orumieh. The results showed that both models are more accurate in simulating temperature than precipitation, which is consistent with the results of the present study. The average wheat yield for the baseline was 7.67 (tons/ha). The yield average will increase in future periods, which is the highest in the HadGEM2-ES model with the RCP8.5 scenario and the period 2081-2100. Water requirement was obtained in the baseline 127.14 mm. The water requirement average will decrease in future periods.

    Conclusion

    The simulation results of the LARS-WG model in the baseline showed that the model has more accurate in the simulation of minimum temperature (Tmin) and maximum temperature (Tmin) than precipitation. This study findings have also showed that the temperature will increase in future periods. Precipitation changes were seen as both decreasing and increasing trend. The yield increased in future periods, which is the highest in the HadGEM2-ES model with the RCP8.5 scenario and the period 2081-2100. The water requirement decreased in future periods.

    Keywords: Aqua Crop, General Atmospheric Circulation Models, LARS-WG model, RCP scenarios
  • Hamid Amanipor, Seyed Keyvan Marashi * Pages 769-782
    Introduction

    One of the problems of agriculture in arid and semi-arid regions is low soil organic matter. Plant residues are a natural and important renewable source of plant nutrients that can be used together with other inputs to improve soil health and improve production. The method of preserving crop residues on the surface and cultivating directly inside the residues with minimal soil disturbance can be an alternative method for burning the residues, especially in summer cultivation. Therefore, in the present study, the effect of different rice residue managements on the growth and quantitative and qualitative yield of rapeseed cultivars was studied.

    Materials and Methods

    The experiment was performed as split plot layout based on a randomized complete block design with three replications. The main factor included the management of rice residues at four levels, including 1- According to conventional cultivation,2- Cultivation in plowed land with rice residues, 3- Cultivation in rice residues with 20 cm height, 4- Cultivation in rice residues with 40 cm height and the secondary factor of three rapeseed cultivars included 401, 4815 and okapi cultivars. In conventional cultivation (control), after harvesting the rice, the field was set on fire and after exposing the ground, plowing, disc and plotting of the land were done and planting according to the custom of the region in a row with distant 20 cm was planted. In the management of cultivation in plowed land with rice residues, after harvesting rice, plowing, disc and plot cultivation were done and planting was done in a row according to the custom of the region in a row with distances between planting lines of 20 cm. In the management of cultivation in rice residues with a height of 20 and 40 cm, rice harvesting from a height of 20 and 40 cm above the ground is done manually and then scattering rapeseed seeds similar to seed density in the custom method cultivation and then with the help of chisel plow rapeseed seeds it was mixed with the soil completely superficially at a depth of about 0.5-1 cm.

    Results and Discussion

    The results of analysis of variance showed that the effect of rice residue management on plant height, number of branches per plant, number of pods per plant, number of grains per pod, 1000- grain weight, grain yield, oil percentage and grain protein percentage was significant. The effect of cultivar types on number of pods per plant and grain yield was significant but not significant for other traits. Interaction of rice residue management and cultivar type was significant on plant height, number of branches per plant, number of pods per plant, number of grains per pod and yield. The maximum grain yield in the cultivation of plowed land with rice residues in cultivar 4815 by 2449.48 kg/ha and the minimum grain yield in the cultivation of rice residues with a height of 40 cm in cultivar 401 by 1187.41 kg/ha was observed. The maximum oil percentage and grain protein percentage in the cultivation of plowed land with rice residues by 21.62 and 48.16 were observed, respectively and regard to other residue managements were not significant.

    Conclusion

    In general, the results showed that the rapeseed cultivation in plowed bed along with rice residues is effective in improving most of the growth and yield traits of rapeseed. In addition, cultivar 4815 is more suitable than cultivar 401 and okapi in terms of cultivation in plowed land with rice residues and this cultivar can be recommended for farmers and region.

    Keywords: Residues preservation, residues burning, Protein percentage, Oil percentage