مدیریت آب در کشاورزی

مدیریت آب در کشاورزی

اثر کود کُندرَها، باگاس نیشکر و بیوچار آن بر آبشویی نیتروژن و بهره‌وری مصرف آب ذرت بهاره

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
آذرخش عزیزی 1
امیر سلطانی محمدی 2
عبدعلی ناصری 2
علیرضا حسن‌اقلی 3
1 دانش آموخته دکتری آبیاری و زهکشی، دانشکده مهندسی آب و محیط زیست، دانشگاه شهید چمران، اهواز، ایران.
2 استاد گروه مهندسی آبیاری و زهکشی، دانشکده مهندسی آب و محیط زیست، دانشگاه شهید چمران اهواز، ایران.
3 عضو هیئت علمی (دانشیار) مؤسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی؛ سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران.
10.22034/wmaj.2025.208969
چکیده
این پژوهش باهدف بررسی اثر کود کندرها، باگاس نیشکر و بیوچار آن بر آبشویی نیتروژن، عملکرد و بهره‌وری مصرف آب گیاه ذرت بهاره در سال‌های 1399-1398 در مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان اجرا شد. پژوهش حاضر به‌صورت فاکتوریل و در قالب طرح بلوک کامل تصادفی با سه تکرار انجام گرفت. دو نوع کود (N1؛ اوره معمولی و N2؛ اوره نیتروژل به‌عنوان کود کندرها) و دو نسبت ماده اصلاح کننده خاک در شش سطح (B1؛ صفر درصد باگاس و صفر درصد بیوچار، B2؛ 100 درصد باگاس و صفر درصد بیوچار، B3؛ 75 درصد باگاس و 25 درصد بیوچار، B4؛ 50 درصد باگاس و 50 درصد بیوچار، B5؛ 25درصد باگاس و 75 درصد بیوچار، B6؛ صفر درصد باگاس 100 درصد بیوچار) استفاده شد. نتایج نشان داد که استفاده از کود کندرها موجب افزایش 2/20 درصد عملکرد دانه، افزایش 3/29 درصد عملکرد زیست‌توده، افزایش 2/20درصد بهره‌وری مصرف آب، افزایش 6/72 درصد کارآیی بازیافت نیتروژن و افزایش 9/19 درصد کارآیی زراعی در مقایسه با شاهد در کشت گیاه ذرت بهاره گردید. هم‌چنین استفاده از مواد اصلاح کننده خاک باعث افزایش 4/21 درصد عملکرد دانه، افزایش 2/34 درصد عملکرد زیست‌توده، کاهش 6/39 درصد زه‌آب خروجی، افزایش 4/21 درصد بهره‌وری مصرف آب، کاهش 6/60 درصد آبشویی نیتروژن، افزایش 3/83 درصد کارآیی بازیافت نیتروژن و افزایش 0/21 درصد کارآیی زراعی در مقایسه با شاهد شد. نتایج حاصل از پژوهش حاضر تأییدکننده تأثیر مثبت کود کندرها، باگاس و بیوچار آن در کاهش آبشویی نیتروژن و افزایش بهره‌وری مصرف آب ذرت بهاره در شرایط اقلیمی اهواز است و با توجه به مشکلاتی مانند عملکرد کم محصول، بالا بودن سطح ایستابی، آلودگی خاک و مخاطرات محیط زیستی در منطقه موردمطالعه، به‌کارگیری نتایج پژوهش می‌تواند سبب ارتقاء کشاورزی منطقه و پایداری تولید شود.
کلیدواژه‌ها
اصلاح کننده خاک
خوزستان
عملکرد دانه
کارایی زراعی
لایسیمتر

عنوان مقاله English

The effect of slow-release fertilizers, sugarcane bagasse, and its biochar on nitrogen leaching and water productivity of spring maize

نویسندگان English

Azarakhsh Azizi 1
amir soltani mohammadi 2
abdali naseri 2
Alireza Hassanoghli 3
1 Professor, Department of Irrigation and Drainage, Faculty of Water and Environmental Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran.
2 Professor, Department of Irrigation and Drainage, Faculty of Water and Environmental Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran.
3 Associate Professor, Agricultural Engineering Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization. Karaj.
چکیده English

This study was conducted to investigate the effects of slow-release fertilizer, sugarcane bagasse and its biochar on nitrogen leaching, yield, and water productivity of spring corn during the 2019-2020 growing seasons at the Khuzestan Agricultural and Natural Resources Research and Education Center.The present study was done in a form of factorial design angement based on a randomized complete block design (RCBD) with three replications. Two types of fertilizers (N1: conventional urea and N2: Nitrogel urea) and six levels of soil amendment ratios (B1: 0% bagasse and 0% biochar, B2: 100% bagasse and 0% biochar, B3: 75% bagasse and 25% biochar, B4: 50% bagasse and 50% biochar, B5: 25% bagasse and 75% biochar, B6: 0% bagasse and 100% biochar) were used. The results indicated that the application of slow-release fertilizer increased grain yield by 20.2%, biomass yield by 29.3%, water productivity by 20.2%, nitrogen recovery efficiency by 72.6%, and agronomic efficiency by 19.9% compared to the control in spring corn cultivation. Moreover, the use of soil amendments resulted in a 21.4% increase in grain yield, a 34.2% increase in biomass yield, a 39.6% reduction in drainage, a 21.4% increase in water use efficiency, a 60.6% reduction in nitrogen leaching, an 83.3% increase in nitrogen recovery efficiency, and a 21.0% increase in agronomic efficiency compared to the control.

The findings of this study confirm the positive impact of slow-release fertilizer, bagasse and its biochar in reducing nitrogen leaching and enhancing water use efficiency of spring corn under the climatic conditions of Ahvaz and considering issues such as low crop yield, high water table, soil contamination, and environmental hazards in the study area, applying the findings of this research can enhance regional agriculture and promote sustainable production.

کلیدواژه‌ها English

Soil conditioner
Khuzestan
Grain yield
Agricultural efficiency
Lysimeter
برزگری، م.، آفرینش، ع. اسلامی‌زاده، ر. قنبری بیرگانی، د. زاده دباغ، غ. میرزاشاهی، ک. سلیم پور، س. و خرمیان، م. 1386. نشریه ترویجی کاشت، داشت و برداشت ذرت در استان خوزستان. وزارت جهاد کشاورزی، سازمان جهاد کشاورزی خوزستان ترویج و نظام بهره‌برداری، 28 صفحه.
تنگسیر، س.، ناصری، ع.ع.، معاضد، هـ.، هاشمی گرم دره، س.ا. و برومند نسب، س. 1396. بررسی عملکرد باگاس نیشکر به عنوان منبع کربنی مورد نیاز در طراحی بسترهای دنیتریفیکاسیون. مجله علوم و مهندسی آبیاری. 40 (2): 39-57.
جوادی، ح.، رضوانی‌مقدم، پ.، راشد‌محصل، م.ح. و ثقه‌الاسلامی، م.ج. 1397. اثر سطوح مختلف نیتروژن و کود سبز بر عملکرد و کارایی مصرف نیتروژن در خرفه. نشریه به‌زراعی کشاورزی. 20 (2): 453-465.
حسن اقلی، ع. 1399. تعیین اثر کاربرد توأم بیوچار نیشکر و کود کندرها بر میزان آبشویی نیترات به عمق خاک. گزارش پایانی پروژه تحقیقاتی. موسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی. سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی. 98 صفحه.
خادم، ا.، رئیسی، ف. و بشارتی، ح. 1395. تأثیر دمای گرماکافت بر خصوصیات فیزیکی و شیمیایی بیوچار ذرت و تصاعد دی‌اکسید کربن از خاک. دومین کنگره ملی توسعه و ترویج مهندسی کشاورزی و علوم خاک ایران. خرداد. تهران. 5 (1): 13-30.
 
خدارحمی، ی.، برومندنسب، س.، سلطانی‌محمدی، ا. و ناصری.ع.ع. 1398. ارزیابی و مقایسه تأثیر هیدروچار اصلاح شده و سوپر جاذب بر برخی از خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک. نشریه آبیاری و زهکشی ایران، 13 (2): 500-511.
 
دهقانی احمدآبادی، م. 1403. بررسی عملکرد و اجزای عملکرد گیاه ذرت دانه‌ای (Mays Zea)تحت تأثیر سطوح مختلف آبیاری بخشی ریشه و بیوچار. نشریه علمی و پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران. 14 (4): 266-281.
رمضانی‌مقدم. ج. 1393. مطالعه لایسیمتری اثر توأمان کم آبیاری و کنترل سطح ایستابی در گیاه ذرت بر پایش نیترات خروجی زه آب. رساله دکتری آبیاری و زهکشی، دانشکده مهندسی علوم آب، دانشگاه شهید چمران اهواز.
شکوه‌فر،ع.، مسجدی،ع. و علوی فاضل،م. 1388. بررسی اثر مقدار و دور آبیاری بر عملکرد گیاه ذرت تابستانه در شرایط آب و هوایی شهرستان اهواز. فصلنامه علمی تخصص فیزیولوژی گیاهان زراعی- دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهواز. 1 (1): 42-48.
کاظمی‌زاده، م.، ناصری، ع.ع، هوشمند. ع. گلابی، م. و مسکرباشی، م. 1398. بررسی عملکرد، بهره‌وری مصرف آب و کارایی نیتروژن در کشت ذرت در استان خوزستان. نشریه حفاظت منابع آب و خاک. 9 (1): 35-50.
کاظمی‌زاده، م.، ناصری، ع.ع، هوشمند. ع. گلابی، م. و مسکرباشی، م. 1399. بررسی تأثیر بیوچار و هیدروچار (باگاس نیشکر) بر عملکرد، بهره‌وری آب و آبشویی نیتروژن در کشت ذرت. تحقیقات آب و خاک ایران. 51 (3): 753-761.
کیهانی، ع. 1395. تأثیر تراکم بوته و فصل کشت بهاره و تابستانه بر ویژگی‌های کمی و عملکرد ذرت. علوم گیاهان زراعی ایران. 47 (4): 583 - 575.
معیری، م. 1397. آبیاری مزارع ذرت تابستانه در استان خوزستان. نشریه ترویجی. سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی. معاونت ترویج. نشر آموزش کشاورزی. 40 صفحه.
مقیمی، ن.، ناصری، ع.ع.، سلطانی محمدی، ا. و هاشمی گرم دره، س.ا. 1395. بررسی عملکرد باگاس نیشکر در کاهش نیترات خروجی از زهاب زهکش‌های زیرزمینی. مجله علوم و مهندسی آبیاری. 39 (2): 49-58.
ﻣﻠﻜﻮﺗﻲ، م.ج. و ﻫﻤﺎﻳﻲ، م. 1383. ﺣﺎﺻﻠﺨﻴﺰی خاک‌های ﻣﻨﺎﻃﻖ ﺧﺸﻚ و نیمه‌خشک.ﭼﺎپ دوم، اﻧﺘﺸﺎرات داﻧﺸﮕﺎه ﺗﺮﺑﻴﺖ ﻣﺪرس، ﺗﻬﺮان. 518 صفحه.
نیک‌روش، ا.، برومند نسب، س.، ناصری، ع.ع. و سلطانی محمدی، ا. 1397. بررسی اثر کاربرد بیوچار و هیدروچار کاه گندم بر خصوصیات فیزیکی یک خاک لوم- شنی. مجله آب و خاک. 32 (2): 397- 387.
وزیری، ژ.، انتصاری،م.، حیدری، ن.، سلامت، ع.، مسچی، م. و دهقانی‌سانیج، ح. 1387. تبخیر- تعرق-گیاهان (دستورالعمل محاسبه آب موردنیاز گیاهان). تهران کمیته ملی آبیاری و زهکشی ایران. 362 صفحه.
هاشمی، م.، ناصری، ع.ع. و تکدستان، ا. 1396. بررسی کارایی جاذب باگاس نیشکر در حذف نیترات از زهاب خروجی کشاورزی. مجله علوم و مهندسی آبیاری. 40 (3): 1-10.
Adrinal, Gusmini, Putri, E. L. and Delind, N. M.F. 2024. Application of Clay and Rice Husk Biochar and its effect on Soil Pore Distribution of Psamment and Corn Yield. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 1306(1):012025. DOI:10.1088/1755-1315/1306/1/012025
Blackshaw, R. E., Hao, X. R., Brandt, N., Clayton, G. W., Harker, K. N., O’Donovan, J. T., Johnson, E. N. and Vera, C. L. 2011. Canola response to ESN and urea in a four-year no-till cropping system. Agronomy Journal. 103: 92–99.
Chen, W., Meng, J., Han, X., Lan, Y. and Zhang, W. 2019. Past, present and future of biochar. Shenyang Agricultural University. 1: 75-87.
Choudhary, M., Muduli, M. and Ray, S. 2022. A comprehensive review on nitrate pollution and its remediation: conventional and recent approaches. Sustain. Water Resour. Manag. 8 (4): 113.
Cox, J., Hue, N. V., Ahmad, A. and Kobayashi, K. D. 2021. Surface‑applied or incorporated biochar and compost combination improves soil fertility, Chinese cabbage and papaya biomass. Biochar journal. 3:213–227.
Eastin, E. F. 1978. Total nitrogen determination for plant material containing nitrate. Analytical Biochemistry, 85(2): 591-594.
Faloye, O.T., Ajayi, A.E., Alatise, M.O., Ewulo, B.S and Horn, R. 2020. Nutrient uptake, maximum yield production, and economic return of maize under deficit irrigation with biochar and inorganic fertiliser amendments. Biochar Journal. (1): 375–388.
Guo, J., Fan, J., Zhang, F., Yan, S., Zheng, J., Wu, Y., Li, J., Wang, Y., Sun, X., Liu, X., Xiang, Y. and Li, Z. 2021. Blending urea and slow-release nitrogen fertilizer increases dryland maize yield and nitrogen use efficiency while mitigating ammonia volatilization. Science of The Total Environment. 790(1–2):148058.
Hu, Y., Sun, B., Wu, S., Feng, H., Gao, M., Zhang, B., and Liu, Y. 2021. After-effects of straw and straw-derived biochar application on crop growth, yield, and soil properties in wheat (Triticum aestivum L.) -maize (Zea mays L.) rotations: A four-year field experiment. Science of The Total Environment Journal. 780: 146560.
Kanthle, A. K., Lenka, N. K., Lenka, S., and Tedia, K. 2016. Biochar impact on nitrate leaching as influenced by native soil organic carbon in an Inceptisol of central India. Soil and Tillage Research, 157: 65-72.
Lebrun, M., Bouček, J., Berchová Bímová, K., Kraus, K., Haisel, D., Kulhánek, M., Omara-Ojungu, C., Seyedsadr, S., Beesley, L., Soudek, P., Petrova, S., Pohořelý, M. and Trakal, L. 2022. Biochar in manure can suppress water stress of sugar beet (Beta vulgaris) and increase sucrose content in tubers, Science of The Total Environment, 814: 152772.
Liao, F., Yang, L., Li, Q., Xue, J., Li, Y. and Huang, D. 2018. Effect of biochar on growth, photosynthetic characteristics and nutrient distribution in sugarcane. Society for Sugar Research and Promotion.August 2018.
Ming, Q. Z., Yuan, F. S. and M. G. Helmers. 2012. Modeling cadmium transport in neutral and alkaline soil columns at various depths. Pedosphere. 22(3): 273–282.
Oktem, A., Gulgun, A. and Coskum, Y. 2004. Determination of sowing dates of sweet corn. (Zea mays L. Saccharta Sturt) under Sanliurfa conditions. Turk Journal Agriculture, 28, 83-91.
Partovi, Z., Ramezani Etedali, H. and Kaviani, A. 2020. Effects of applying biochar and straw on nitrate leaching and maize yield production. Water and Environment journal. 2021:1–8.
Peng, J., Han, X., Li, N., Chen, K., Yang, J., Zhan, X., Luo, P. and Liu, N. 2021. Combined application of biochar with fertilizer promotes nitrogen uptake in maize by increasing nitrogen retention in soil. Biochar journal. 3:367–379.
Santibanez, C., Ginocchio, R. and M. Teresa Varnero. 2007. Evaluation of nitrate leaching from mine tailings amended with biosolids under Mediterranean type climate conditions. Soil Biology and Biochemistry. 93: 1333–1340.
Singh, B., Craswell, E. 2021. Fertilizers and nitrate pollution of surface and ground water: an increasingly pervasive global problem. SN Appl. Sci. 3: 518.
Snekapriya, V. K. and Jayachandran, M. 2018.Effect of sugarcane trash biochar on growth and yield of sugarcane seed crop. Madras Agric. J. 105 (4-6): 147-150.
Sun, H., Lu, H., Chu, L., Shao, H. and Shi, W. 2017. Biochar applied with appropriate rates can reduce N leaching, keep N retention and not increase NH3 volatilization in a coastal saline soil. Science of the Total Environment. 575: 820-825.
Timsina, T., Singh, U., Badaruddin, M., Meisner, C. and Amin, M. R. 2001. Cultivar, nitrogen and water effects on productivity, and nitrogen-use efficiency and balance for rice–wheat sequences of Bangladesh. Field Crop Research. 72: 143-161.
Tirgarsoltani, M., Bahmrami, H. and Mokhtassi-Bidgoli, A. 2021. The potential impact of biochar: Soil hydraulics and responses of maize under soil drying cycles. 401: 115301.
Wei, A., Ma, J., Chen, J., Zhang, Y., Song, J. and Yu, X. 2018. Enhanced nitrate removal and high selectivity towards dinitrogen for groundwater remediation using biochar-supported nano zero-valent iron, Chemical Engineering Journal. 334: 595-605.
Xia, H., Riaz, M., Zhang, M., Liu, B., Li, Y., El-Desouki, Z. and Jiang, C. 2022. Biochar-N fertilizer interaction increases N utilization efficiency by modifying soil C/N component under N fertilizer deep placement modes, Chemosphere. 286(Pt 1):131594.
Ye, H. M., Lia, H. F., Wanga, C. S., Yang, J., Guoyong Huang, G., Meng, X. and Zhou, Q. 2020. Degradable polyester/urea inclusion complex applied as a facile and environment-friendly strategy for slow-release fertilizer: Performance and mechanism. Chemical Engineering Journal. 381:122704.
Zhang, G., Zhao, D., Liu, S., Liao, Y. and Han, J. 2022. Can controlled-release urea replace the split application of normal urea in China? A meta-analysis based on crop grain yield and nitrogen use efficiency.Field Crops Research Journal. 275(5):108343.