پیش‌بینی نیاز نیتروژنی گیاه ریحان در طول دوره رشد با استفاده از شاخص تغذیه نیتروژن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

2 گروه باغبانی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

چکیده

نیتروژن یکی از پرمصرف­ترین عناصر مورد نیاز گیاه است. کاربرد کودهای نیتروژنی نقش تعیین کننده­ای در افزایش عملکرد بسیاری از محصولات کشاورزی دارد. برای دستیابی به حداکثر عملکرد محصول و کاهش اثرات منفی زیست­محیطی، کاربرد کودهای نیتروژنی می­بایست بر اساس دینامیک بین عرضه نیتروژن و تقاضای گیاه انجام گیرد. برای مدیریت مصرف کودهای نیتروژنی، پیش­بینی دقیق نیاز گیاه به نیتروژن در مراحل مختلف رشد ضروری است. در این پژوهش، مفهوم غلظت نیتروژن بحرانی (Ncritical) به عنوان یک رویکرد مؤثر برای سنجش وضعیت نیتروژن و تخمین نیاز نیتروژنی گیاه ریحان مورد استفاده قرار گرفته است. بدین منظور، گیاه ریحان در گلخانه تحقیقاتی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران واقع در کرج طی دو دوره کشت شد. تیمارهای مختلف کود نیتروژن در هفت سطح با سه تکرار اعمال شدند. مقادیر زیست­توده خشک و غلظت نیتروژن در هفت نوبت طی دوره رشد اندازه­گیری و شاخص تغذیه نیتروژن (NNI) و نیاز نیتروژنی (NR) ریحان برای کشت اول محاسبه شد. نتایج نشان داد، بین NNI و NR گیاه ریحان رابطه رگرسیونی معنا­داری (R2>0.96) وجود دارد. بر این اساس، مدل پیش­بینی NR با استفاده از مقادیر NNI و روز پس از کاشت (DAP) توسعه یافت. سپس دقت و عملکرد رابطه NR-NNI توسط داده­های کشت دوم صحت سنجی شد. مقادیر به دست آمده برای شاخص­های آماری ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، میانگین خطای اریب نرمال شده (NMB) و ریشه میانگین مربعات خطا نرمال شده (NRMSE) به ترتیب کمتر از 1 کیلوگرم در هکتار و 10/0 درصد و 10/3 درصد بود که بیانگر دقت بالای مدل در برآورد نیاز گیاه به نیتروژن است. به طور کلی نتایج نشان داد، تخمین NR بر اساس مفهوم Nc می­تواند به عنوان یک روش علمی و مناسب برای مدیریت مصرف کودهای نیتروژنی در تولید محصولات کشاورزی به کار رود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Estimation of In-season Basil Nitrogen Requirement Using the Nitrogen Nutrition Index

نویسندگان [English]

  • Hadisseh Rahimikhoob 1
  • Teymour Sohrabi 1
  • Mojtaba Delshad 2
1 Department of Irrigation and Reclamation Engineering Faculty of Agriculture Engineering and Technology College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran.
2 Horticultural Sciences Department Faculty of Agriculture Engineering and Technology College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran.
چکیده [English]

Nitrogen is one of the most widely used nutrients for crop development. Application of nitrogen fertilizers plays a crucial role in increasing agricultural yield and production. In order to achieve maximum crop yield and reduce the negative environmental effects, application of nitrogen fertilizers should be based on the dynamics between nitrogen supply and crop demand. In order to manage the consumption of nitrogen fertilizers, it is necessary to accurately predict the crop nitrogen requirements at different growth stages. In present study, the concept of critical nitrogen concentration (Nc) has been used as an effective approach to determine nitrogen status and estimate nitrogen requirement of basil. For this purpose, basil was cultivated in the research greenhouse of the College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran. Different nitrogen fertilizer treatments were applied at seven levels with three replications. Crop dry matter and nitrogen concentrations were measured seven times during the growth period. Then nitrogen nutrition index (NNI) and basil nitrogen requirement (NR) were calculated for the first experiment. Results showed that, there was a significant regression relationship between basil NNI and NR (R2> 0.96). Accordingly, the NR prediction model was developed using NNI values and day after planting (DAP). Then, accuracy and performance of the NR-NNI relationship were verified by the second experiment data. The values ​​obtained for RMSE, NMB and NRMSE statistical indicators were less than 1 kg / ha, 0.10% and 3.10%, respectively, which indicates high accuracy of the model for prediction of crop nitrogen requirement. In general, results showed that estimation of crop NR based on the concept of Nc could be used as a scientific and suitable approach for managing nitrogen application in agricultural production.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nitrogen Nutrition Index
  • Nitrogen recovery efficiency
  • critical nitrogen concentration
  • Basil
Ahmed, E. A., Hassan, E. A., Tobgy, K.M., Ramadan, E.M. (2014). Evaluation of rhizobacteria of some medicinal plants for plant growth promotion and biological control. Annals of Agricultural Sciences. 59 (2), 273–280.
Ata-Ul-Karim S, Zhu Y, Cao Q, Rehmani M, Cao W, Tang L (2017) In-season assessment of grain protein and amylose content in rice using critical nitrogen dilution curve. European Journal of Agronomy, 90: 139-151. doi: 10.1016/j.eja.2017.08.001
Cui, Z., Zhang, F., Chen, X., Dou, Z., Li, J. (2010) In-season nitrogen management strategy for winter wheat: maximizing yields, minimizing environmental impact in an over fertilization context. Field Crops Research. 116, 140–146.
Fageria, N.K., Baligar, V.C. (2005) Enhancing nitrogen use efficiency in crop plants. Advances in Agronomy. 88, 97–185.
Gislum, R., and Boelt, B. (2009) Validity of accessible critical nitrogen dilution curves in perennial ryegrass for seed production. Field Crops Research. 111:152-156.
Greenwood, D. J., F. Gastal, G. Lemaire, A. Draycott, P. Millard, and J. J. Neeteson (1991) Growth Rate and % N of Field Grown Crops: Theory and Experiments. Annals of Botany. 67 (2): 181–90.
Kjeldahl J (1883) Neue Methode zur Bestimmung des Stickstoffs in organischen Körpern. Fresenius J. Anal. Chem. 22: 366–382.
Leghari SJ, Wahocho NA, Laghari GM, Laghari AH, Bhabhan GM, Talpur KH, Bhutto TA, Wahocho S A, Lashari AA (2016) Role of Nitrogen for Plant Growth and Development: A Review. Advances in Environmental Biology. 10 (9): 209-218
Lemaire G, and Meynard, J.M. (1997). Use of the Nitrogen Nutrition Index for analysis of agronomical data. pp. 45–55. In: Lemaire, G. (Ed.), Diagnosis on the Nitrogen Status in Crops, Heidelberg, Springer-Verlag.
Lemaire, Gilles, Marie-Hélène Jeuffroy, and François Gastal. (2008). Diagnosis Tool for Plant and Crop N Status in Vegetative Stage: Theory and Practices for Crop N Management. European Journal of Agronomy .28 (4): 614–24.
Mills, A., D. J. Moot, and P. D. Jamieson. (2009). Quantifying the Effect of Nitrogen on Productivity of Cocksfoot (Dactylis Glomerata L.) Pastures. European Journal of Agronomy. 30(2) 63-69.
Nguyen, P.M., Kwee, E.M., Niemeyer, E.D. (2010). Potassium rate alters the antioxidant capacity and phenolic concentration of basil (Ocimum basilicum L.) leaves. Food Chemistry. 123, 1235–1241.
Plénet D and Cruz P (1997) The nitrogen requirement of major agricultural crops: maize and sorghum. in Diagnosis of the Nitrogen Status in Crops, ed G. Lemaire (Heidelberg: Springer-Verlag), 93–106.
Plénet D and Lemaire G (2000) Relationships between dynamics of nitrogen uptake and dry matter accumulation in maize crops. Determination of critical N concentration. Plant and Soil. 216: 65–82
Rahimikhoob, H., Sohrabi, T. and Delshad, M. (2020) Development of a Critical Nitrogen Dilution Curve for Basil (Ocimum basilicum L.) Under Greenhouse Conditions. Journal of Soil Science and Plant Nutrition. https://doi.org/10.1007/s42729-020-00174-5
Ranjbar A., Rahimikhoob A., Ebrahimian H. and Varavipour M. (2018) Monitoring Nitrogen Nutrition Index to Improve Fertilizer Use Efficiency. Iranian journal of soil and water research. 49(5): 1189-1200.
Ruan L, Wei K, Wang L, Cheng H, Zhang F, Wu L, Bai P, Zhang C (2016) Characteristics of NH4+ and NO3− fluxes in tea (Camellia sinensis) roots measured by scanning ion-selective electrode technique. Scientific Reports. 6: 38370. doi: 10.1038/srep38370
Saha, S., Monroe, A., and Day, M. (2016). Growth, yield, plant quality and nutrition of basil (Ocimum basilicum L.) under soilless agricultural systems. Annals of Agricultural Sciences, 61(2), 181-186. doi: 10.1016/j.aoas.2016.10.001
Stockle, C.O., Debaeke, P., 1997. Modeling crop nitrogen requirements: a critical analysis. Dev. Crop Science. 25, 217–225.
Tei F, Benincasa P and Guiducci M (2002) Critical nitrogen concentration in processing tomato. European Journal of Agronomy. 18: 45-55.
Umar S, Anjana Anjum NA, Khan NA (2013) Nitrate management approaches in leafy vegetables. In: Umar S, Anjum NA, Khan NA (eds) Nitrate in leafy vegetables: toxicity and safety measures. IK International Publishing House Pvt. Ltd, New Delhi, pp 166–181
Wang, Y., Shi, P., Ji, R., Min, J., Shi, W. and Wang, D., (2020) Development of a model using the nitrogen nutrition index to estimate in-season rice nitrogen requirement. Field Crops Research. 245: 107664.
Yan, X., Jin, J.Y., He, P., Liang, M.Z., (2008) Recent advances in technology of increasing fertilizer use efficiency. Scientia Agriculturae. 41: 450–459.
Yan X, Gong W (2010) The role of chemical and organic fertilizers on yield, yield variability and carbon sequestration— results of a 19-year experiment. Plant and Soil. 331(1-2): 471-480. https://doi.org/10.1007/s11104-009-0268-7
Zhao B (2014) Determining of a critical dilution curve for plant nitrogen concentration in winter barley. Field Crops Research. 160: 64-72. doi: 10.1016/j.fcr.2014.02.016
Zheljazkov, V.D., Callahan, A., Cantrell, C.L., (2008) Yield and oil composition of 38 basil (Ocimum basilicum L.) accessions grown in Mississippi. J. Agric. Food Chem. 56, 241–245.