The Effect of Deficit Irrigation and Biochar on Quantitative and Qualitative Characteristics of Basil

Document Type : Original Article

Authors

1 M. Sc., Department of Agronomy, Karaj Branch, Islamic Azad University, Karaj, Iran.

2 PhD student in Irrigation and Drainage / Department of Irrigation and Reclamation Engineering, faculty of Agricultural Engineering & Technology, university of tehran, karaj, iran.

Abstract

Biochar as a soil amendment improves soil physical and chemical properties, increase nutrient availability, reduce nutrient leaching and ultimately increase crop production. Drought stress is one of the most important factors that limit plants growth. Arid lands have a little organic matter, and because of high pH, nutrients deficiency was observed in these soils. In order to study the effect of biochar on growth and concentration of nutrient in basil under water stress, one factorial experiment in Randomized Complete Block Design (RCBD) was carried out in Karaj, Iran. Experimental treatments included three levels of deficit-irrigation 100, 75 and 50% of water requirement of basil (a1, a2 and a3) and three levels of application of biochar 10, 5 and 0% by volume of each pot (b1, b2 and b3). The results of analysis of variance and comparison of the mean of measured traits (fresh and dry weight of leaves, stems and roots) showed that these traits were significantly different under the influence of different levels of irrigation and biochar application; So that the highest value of each of these traits was observed in treatment a1b1 and the lowest value was observed in treatment a3b3. The highest percentage of nitrogen (2.83 %) and phosphorus (0.16 %) was observed in the medium water stress treatment and the application of 10% by volume of biochar (a2b1) and the highest percentage of potassium (1.21 %) was observed in the a3b1 treatment. Also, the highest water productivity was obtained based on fresh (3.53 kg / m3) and dry (0.44 kg / m3) basil leaves in a3b1 treatment. Therefore, it can be concluded that the use of biochar in conditions of water stress has an effective role in improving nutrient uptake, which ultimately leads to increased vegetative growth and water productivity of basil.

Keywords

References

احمدالی، خ. 1392. توسعه مدل انتقال آب مجازی برای اصلاح الگوی کشت و استفاده بهینه از آب کشاورزی در کشور. رساله دکتری دانشکده مهندسی و فناوری کشاورزی دانشگاه تهران.
احیایی، م. و بهبهانی­زاده، ع. ا. 1372. شرح روش­های تجزیه شیمیایی خاک. نشریه شماره 983. موسسه تحقیقات خاک و آب. تهران. ایران.
آقایاری، ف.، خلیلی، ف. و اردکانی، م. ر. 1395. اثر روش­های متفاوت آبیاری و پلیمر سوپر جاذب بر عملکرد و بهره­وری آب ذرت. مجله علمی پژوهشی اکو فیزیولوژی گیاهی. 8(24): 48-35.
رهبریان، پ. و افشارمنش، غ. ر. 1390. اثر کم­آبیاری و کود دامی بر عملکرد و برخی صفات مورفولوژیکی گیاه دارویی لادرشبو در جیرفت. نشریه علمی اکوفیزیولوژی گیاهان زراعی، دوره 5، 1(17): 52-41.
صفرزاده شیرازی، ص.، زیبایی، ز. و استوار. پ. 1398. اثر بیوچار پوسته برنج بر رشد و غلظت عناصر غذایی کم­مصرف در گیاه ریحان مقدس تحت تنش آبی. نشریه پژوهش­های تولید گیاهی. 26(2): 114-101.
ضیایی، ع.، مقدم، م. و کاشفی، ب. 1395. تأثیر پلیمرهای سوپر جاذب بر خصوصیات مورفولوژیک گیاه رزماری در شرایط تنش خشکی. فصلنامه علوم و فنون کشت­های گلخانه‌ای. 7(26): 111-99.
ضیائی، م.، شریفی، م.، نقدی­بادی، ح. ع. تحصیلی، ژ. و قربانی­نهوجی، م. 1393. مروری بر گیاه ریحان با تأکید بر عمده­ترین ترکیبات ثانویه و ویژگی­های زراعی و دارویی آن. فصلنامه گیاهان دارویی. 14(52): 40-26.
علیزاده، ا. رابطه آب ‌و خاک و گیاه. 1387. موسسه چاپ و انتشارات آستان قدس رضوی، چاپ هشتم
فرزانه، ا.، غنی، ع. و عزیزی، م. 1389. تأثیر تنش آبی بر ویژگی­های ظاهری، عملکرد و درصد اسانس در گیاه ریحان (رقم کشکنی لو لو). مجله پژوهش­های تولید گیاهی. 17(1): 111-103.
کافی، م.، برزویی، ا.، صالحی، م.، کمندی، ع.، معصومی، ع. و نباتی، ج. 1388. فیزیولوژی تنش­های محیطی در گیاهان، انتشارات جهاد دانشگاهی، مشهد، 502 صفحه.
کرمی­نیا، ف.، رنگ­زن، ن.، نادیان­قمشه، ح. ا. و لطفی جلال­آبادی، ا. 1398. اثر کمپوست مصرف‌شده قارچ و بیوچار آن بر عملکرد گیاه جعفری تحت تنش شوری. مجله تحقیقات آب‌وخاک ایران (مجله علوم کشاورزی ایران). 50(6): 1465-1453.
لال­عرب، م.، آستارائی، ع. و لکزیان، ا. 1394. اثر بیوچار بر خصوصیات رشدی گیاه سویا و خصوصیات شیمیایی خاک. اولین همایش بین­المللی و چهارمین همایش ملی پژوهش­های محیط­زیست و کشاورزی ایران. 5 آذر 1394.
لال­عرب، م.، آستارائی، ع. و لکزیان، ا. 1395. اثر سطوح مختلف بیوچار و ورمی­کمپوست بر رشد رویشی و جذب برخی عناصر غذایی در گیاه سویا. دومین همایش ملی مدیریت پادار منابع خاک و محیط­زیست. 17 و 18 شهریورماه 1395.
نادریان­فر، م. 1394. بررسی اثر متقابل کم­آبیاری و استفاده از نانو کود بر عملکرد و اجزای عملکرد گیاه ریحان. رساله دکتری گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد 127 صفحه.
نادریان‌فر، م. 1395. تعیین تابع تولید گیاه ریحان تحت شرایط کم‌آبیاری و استفاده از نانو کود. نشریه آبیاری و زهکشی ایران. 3(10): 376-365.
Alian, A., Altman, A. and Heuer, B. 2000. Genotypic difference in salinity and water stress tolerance of fresh market tomato cultivars. Plant science. 152(1):59-65.
Baure, A. and Black, A.L. 1992. Organic carbon effects on available water. Soil Science Society of America Journal. 56: 248-254.
Bekhradi, F., Luna, M.C., Delshad, M., Jordan, M.J., Sotomayor, J.A., Martínez-Conesa, C. and Gil, M.I. 2015. Effect of deficit irrigation on the postharvest quality of different genotypes of basil including purple and green Iranian cultivars and a Genovese variety. Postharvest biology and technology. 100: 127-135.
Biesiada, A. and Kuś, A., 2010. The effect of nitrogen fertilization and irrigation on yielding and nutritional status of sweet basil (Ocimum basilicum L.). Acta Sci. Pol. Hortorum Cultus. 9(2): 3-12.
Charles, D.J., Joly, R.J. and Simon, J.E., 1990. Effects of osmotic stress on the essential oil content and composition of peppermint. Phytochemistry. 29(9): 2837-2840.
Ekren, S., Sönmez, Ç., Özçakal, E., Kurttaş, Y.S.K., Bayram, E. and Gürgülü, H. 2012. The effect of different irrigation water levels on yield and quality characteristics of purple basil (Ocimum basilicum L.). Agricultural water management. 109: 155-161.
Francisco, F. G., Castro, I. A., Bastos, A. R., Souza, G. A., de Carvalho, J. G., & Oliveira, L. C., 2011. Recycling of solid waste rich in organic nitrogen from leather industry: mineral nutrition of rice plants. Journal of hazardous materials. 186(2-3): 1064-1069.
Hassani, A., and Omidbaigi, R. 2006. Effect of Water stress on some morphological and biochemical characteristics of purple basil (Ocimum basilicum). Journal of Biological Sciences. 6(4): 763-767.
Iannucci, A., Russo, M., Arena, L., Di Fonzo, N. and Martiniello, P. 2002. Water deficit effects on osmotic adjustment and solute accumulation in leaves of annual clovers. European Journal of Agronomy. 16(2): 111-122.
Iyamuremye, F. 1996. Organic amendments and phosphorus sorption by soils. Advances in agronomy (USA).
Khalid, K.A. 2006. Influence of water stress on growth, essential oil, and chemical composition of herbs [Ocimum sp.]. International Agrophysics. 20(4).
Khalili, F., Aghayari, F. and Ardakani, M.R. 2020. Effect of alternate furrow irrigation on maize productivity in interaction with different irrigation regimes and biochar amendment. Communications in Soil Science and Plant Analysis. 51(6): 757-768.
Kuchenbuch, R., Claassen, N. and Jungk, A. 1986. Potassium availability in relation to soil moisture. Plant and soil. 95(2): 233-243.
Mia, S., Abuyusuf, M., Sattar, M.A., Islam, A.B.M.S., Hiemstra, T. and Jeffery, S. 2014. Biochar amendment for high nitrogen and phosphorous bioavailability and its potentiality of use in Bangladesh agriculture: a review. The Patuakhali Science and Technology University. 5: 145-156.
Nigussie, A., Kissi, E. and Misganaw, M. 2012. Effect of biochar application on soil properties and nutrient uptake of lettuces (Lactuca sativa) grown in chromium polluted soils.
Nishio, M. 1996. Microbial fertilizers in Japan (p. 12). Japan: ASPAC Food & Fertilizer Technology Center.
Radin, J.W. and Eidenbock, M.P. 1984. Hydraulic conductance as a factor limiting leaf expansion of phosphorus-deficient cotton plants. Plant Physiology. 75(2): 372-377.
Rahman, A.A., Shalaby, A.F. and El Monayeri, M.O. 1971. Effect of moisture stress on metabolic products and ions accumulation. Plant and soil, 34(1), pp.65-90.
Ram, M., Ram, D. and Singh, S. 1995. Irrigation and nitrogen requirements of Bergamot mint on a sandy loam soil under sub-tropical conditions. Agricultural water management, 27(1): 45-54.
Refaat, A.M. and Saleh, M.M., 1997. The combined effect of irrigation intervals and foliar nutrition on sweet basil plants. Bulletin of Faculty of Agriculture, Cairo Univ. (Egypt).
Rodriguez Tejerina, V.M. 2010. Biochar as a Strategy for Sustainable Land Management, Poverty Reduction and Climate Change Mitigation/Adaptation? Thermolysis of lignin for value-added products.
Rondon, M.A., Lehmann, J., Ramírez, J. and Hurtado, M. 2007. Biological nitrogen fixation by common beans (Phaseolus vulgaris L.) increases with bio-char additions. Biology and fertility of soils. 43(6): 699-708.
Rowland, L.S., Smith, H.K. and Taylor, G., 2018. The potential to improve culinary herb crop quality with deficit irrigation. Scientia Horticulturae. 242: 44-50.
Siddiqui, B.S., Aslam, H., Ali, S.T., Begum, S. and Khatoon, N. 2007. Two new triterpenoids and a steroidal glycoside from the aerial parts of Ocimum basilicum. Chemical and pharmaceutical bulletin. 55(4): 516-519.
Simon, J.E., Reiss-Bubenheim, D., Joly, R.J. and Charles, D.J. 1992. Water stress-induced alterations in essential oil content and composition of sweet basil. Journal of Essential Oil Research. 4(1): 71-75.
Sinclair, T.R., Tanner, C.B. and Bennett, J.M., 1984. Water-use efficiency in crop production. Bioscience. 34(1): 36-40.
Smart, R.E. and Bingham, G.E. 1974. Rapid estimates of relative water content. Plant physiology. 53(2): 258-260.
Tanguilig, V.C., Yambao, E.B., O’toole, J.C. and De Datta, S.K. 1987. Water stress effects on leaf elongation, leaf water potential, transpiration, and nutrient uptake of rice, maize, and soybean. Plant and Soil, 103(2): 155-168.
Van Zwieten, L., Kimber, S., Morris, S., Chan, K.Y., Downie, A., Rust, J., Joseph, S. and Cowie, A. 2010. Effects of biochar from slow pyrolysis of papermill waste on agronomic performance and soil fertility. Plant and soil. 327(1): 235-246.
Xu, G., Wei, L.L., Sun, J.N., Shao, H.B. and Chang, S.X. 2013. What is more important for enhancing nutrient bioavailability with biochar application into a sandy soil: Direct or indirect mechanism?. Ecological engineering. 52:119-124.
Zhang, A., Liu, Y., Pan, G., Hussain, Q., Li, L., Zheng, J. and Zhang, X. 2012. Effect of biochar amendment on maize yield and greenhouse gas emissions from a soil organic carbon poor calcareous loamy soil from Central China Plain. Plant and soil. 351(1): 263-275.
Zhang, Q.Z., Wang, X.H., Du, Z.L., Liu, X.R. and Wang, Y.D., 2013. Impact of biochar on nitrate accumulation in an alkaline soil. Soil Research. 51(6): 521-528.
Iranian Journal of Irrigation & Drainage
Volume 15, Issue 4 - Serial Number 88
September and October 2021
Pages 941-954

Files

Share

How to cite

Statistics