Scheduling Quinoa Irrigation by Crop Water Stress Index

Document Type : Original Article

Authors

1 Ph.D. Candidate, Water Science and Engineering Department, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad,, Mashhad, Iran.

2 Professor, Department of Water Sciences and Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.

Abstract

This study aimed to calculate the crop water stress index (CWSI) of Quinoa. This study was conducted in a completely randomized design with four irrigation levels of 100 (T1), 75 (T2), 50 (T3), and 25 (T4) % of crop water requirements in three replications, and experimental treatments and measurements were mainly carried out during Quinoa growing season at 2017-2018 years. The results revealed that the highest of leaf, stem, root, inflorescence dry weights, and biomass by 11.3, 8.8, 2.8, 16.8, and 39.7 g were in the T1 treatment. Using the T2, T3, T4 compared with T1 were decreased grain yield (by 37.6, 52.5, and 64.8%), harvest index (by 30.4, 34.5, and 30.7%), Biomass (by 16.4, 29.7, and 51.1%). But, using these treatments was increased WUE (by 19.4, 36.6, and 77.4%) compared with T1. CWSI correlated significantly (P < 0.01) and negatively with grain yield and biomass. The results revealed that increased CWSI values with reduction of quinoa grain yield. Also, the results showed that the highest and lowest quinoa grain yield at average CWSI values of almost 0.05 and 0.61. Therefore, to achieve the highest grain yield in irrigation, the quinoa crop should be irrigated at 0.05 of the CWSI. The lowest CWSI values were observed in T1(by 0.04) and the highest in T4 (by 0.72). In this study, the average CWSI was calculated in the days before irrigation in T1, T2, T3, and T4 treatments, and its values were 0.05, 0.19, 0.48, and 0.72, respectively. The results also revealed that with crop water requirement change from 100 to 75 percent, the CWSI was about 3.8 times higher. Accordingly, the CWSI can be used to plan irrigation. The best irrigation time is based on T1 treatment when (Tc-Ta)a=2.41-0.21 VPD (5≤VPD≤20).

Keywords

References

احمدی، ح.، نصرالهی، ع.ح.، شریفی‎پور، م. و عیسوند، ح. 1396. برنامه‌ریزی آبیاری سویا با استفاده از اختلاف دمای هوا و پوشش گیاهی. مدیریت آب و آبیاری. 7(1): 121-134.
احمدی، ح.، نصرالهی، ع.ح.، شریفی‎پور، م. و عیسوند، ح. 1397. تعیین شاخص تنش آبی گیاه (CWSI) سویا برای مدیریت آبیاری جهت حداکثر عملکرد و بهره‌وری آب. مهندسی آبیاری و آب ایران. 8(4): 121-131.
امیری، م.ج.، عابدی کوپایی، ج. و اسلامیان، س.س. 1390. ارزیابی استفاده از تشت‌های تبخیر در محیط گلخانه. روابط خاک و گیاه. ۲(۱): ۶۳-۷۳.
بیرامی، ح.، رحیمیان، م.ح.، صالحی، م. و یزدانی بیوکی، ر. 1398. تأثیر سطوح مختلف شوری آب آبیاری بر عملکرد و اجزاء عملکرد کینوا در کشت بهاره. مجله تولید گیاهان زراعی. 12(4): 111-120.
تدین، م.ر. و کریم‌زاده سورشجانی، ه.ا. 1398. تأثیر زئولیت بر شاخص‌های رشدی و فیزیولوژیک ارزن پروسو تحت مدیریت کم‌آبیاری. تنش‌های محیطی در علوم زراعی. 12(2): 415-427.
جلیلیان، س.، سلطانی محمدی، ا. و برومندنسب، س. 1399. برنامه‌ریزی آبیاری ذرت دانه‌ای با استفاده از شاخص CWSI در شرایط اقلیمی اهواز. نشریه آبیاری و زهکشی ایران. 14(5): 1842-1852.
جمالی،ص.، شریفان، ح.، هزارجریبی، ا. و سپهوند، ن. 1395. بررسی تأثیر سطوح مختلف شوری بر جوانه­زنی و شاخص‌های رشد دو رقم گیاه کینوا. حفاظت منابع آب و خاک. 6(1): 87-98.
جمالی، ص. و انصاری، ح. 1398. اثر کیفیت آب و مدیریت آبیاری روی رشد و عملکرد گیاه کینوا. پژوهش آب در کشاورزی. 33(3): 339-351.
جمالی، ص.، گلدانی، م. و زین‌الدین، س.م. 1398. بررسی اثر تنش آبی دوره‌ای بر عملکرد و بهره‌وری مصرف آب گیاه کینوا (رقم NSRCQ). نشریه آبیاری و زهکشی ایران. 13(6): 1687-1697.
خشائی، ف.، بهمنش، ج.، رضاوردی نژاد، و. و آزاد، ن. 1398. تأثیر مقدار آبیاری و تقسیط کود نیتروژن بر عملکرد، اجزای عملکرد و بهره‌وری آب ذرت دانه‌ای در آبیاری قطره‌ای زیرسطحی. پژوهش آب در کشاورزی. 33 (4): 601-612.
خورسند، ا.، رضاوردی نژاد، و.، عسگرزاده، ح.، مجنونی هریس، ا.، رحیمی، ا. و بشارت، س. 1398. برنامه‌ریزی آبیاری ماش سیاه بر اساس شاخص تنش آبی گیاه (CWSI) تحت روش آبیاری قطره‌ای. تحقیقات آب و خاک ایران. 50(9): 2125-2138.
خیری شلمزاری، ک.، سلطانی محمدی، ا.، برومند نسب، س. و حقیقتی، ب. 1398. ارزیابی شاخص تنش آبی گیاه برای سیب‌زمینی تحت رژیم‌های متفاوت آبیاری در سامانه‌های آبیاری قطره‌ای سطحی و زیرسطحی. مدیریت آب و آبیاری. 9(1): 29-42.
سعیدی نیا، م.، حسینیان، س.ح.، بیرانوند، ف. و نصراللهی، ع.ح. 1398. تأثیر تنش آبی بر عملکرد و دمای برگ گیاه مرزه و تعیین شاخص CWSI. پژوهش آب در کشاورزی. 33 (2): 237-247.
سیفی، ا.، میر لطیفی، س.م.، دهقانی سانیج، ح. و ترابی، م. 1393. تعیین شاخص تنش آب برای درختان پسته تحت روش آبیاری قطره‌ای زیرسطحی با استفاده از اختلاف دمای تاج گیاه و هوا. مدیریت آب و آبیاری. 4(1): 123-136.
صمد زاده، ع.، زمانی، غ. و فلاحی، ح. 1399. امکان‌سنجی تولید گیاه جدید کینوا در شرایط اقلیمی خراسان جنوبی تحت تأثیر تاریخ و تراکم کاشت. پژوهش‌های کاربردی زراعی. 33(1): 82-104.
فتاحی دولت‌آبادی، خ.، بابا زاده، ح.، نجفی، پ. و صدقی، ح. 1398. برنامه‎ریزی آبیاری ذرت علوفه‌ای (SC-701) با استفاده از شاخص تنش آبی گیاه در شمال اصفهان. علوم و مهندسی آبیاری. 42(2): 105-118.
قربانی، م. و برومند نسب، س. 1395. بررسی اثر شوری آب در آبیاری سطحی بر میزان شاخص تنش آبی گیاه در برنامه‌ریزی آبیاری ذرت تابستانه. مهندسی آبیاری و آب ایران. 7(1): 54-65.
قربانی، م.، برومند نسب، س. و سلطانی محمدی، ا. 1395. بررسی اثر شوری آب در آبیاری بارانی بر میزان شاخص CWSI برای برنامه‌ریزی آبیاری ذرت تابستانه. علوم و مهندسی آبیاری. 39(3): 63-71.
لالوند، پ.، نصرالهی، ع.ح.، خرمیان، م. و سعیدی‌نیا، م. 1399. ارزیابی شاخص CWSI برای سه رقم ذرت تحت رژیم‌های آبیاری قطره‌ای (اراضی شمال خوزستان). حفاظت منابع آب و خاک. 9(4): 57-70.
نخجوانی‌مقدم، م.م. و قهرمان، ب. 1387. بررسی اثر دمای پوشش سبز بر زمان‌بندی آبیاری و عملکرد گیاه گندم زمستانه. آب و خاک. 12(1): 101-112.
نصرالهی، ع.ح.، احمدی، ح.، سبزواری، ی. و نوری، س. 1399. مقایسه تغییرات شاخص تنش آبی گیاه لوبیاچیتی در شرایط آبیاری سطحی و تیپ با استفاده از دماسنج مادون‌قرمز. علوم آب و خاک. 24(۲) :۱۳-۲۶.
نوری، س.، نصرالهی، ع.ح.، ملکی، ع. و شریفی‎پور، م. 1399. برآورد میزان رطوبت خاک با استفاده از شاخص تنش آبی گیاه جهت مدیریت آبیاری لوبیاچیتی. آبیاری و زهکشی ایران. 14(1): 136-145.
Alishah, H.M., Heidari, R., Hassani, A., and Dizaji. A., 2006. Effect of water stress on some morphological and biochemical characteristics of purple basil. Journal of Biological Sciences 6(4): 763-767.
Alvar-Beltrán, J., Saturnin, C., Dao, A., Dalla Marta, A., Sanou, J., and Orlandini, S. 2019. Effect of drought and nitrogen fertilisation on quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) under field conditions in Burkina Faso. Italian Journal of Agrometeorology 1: 33-43.
Anda, A., Soos, G., Menyhart, L., Kucserka, T., and Simon, B. 2020. Yield features of two soybean varieties under different water supplies and field conditions. Field Crops Research 245: 107673.‏
Ashraf, M., and Foolad., M.R. 2007. Roles of glycine betaine and proline in improving plant abiotic stress resistance. Environmental and Experimental Botany 59(2): 206-216.
Baghalian, K., Abdoshah, Sh., Khalighi-Sigaroodi, F., and Paknejad, F. 2011. Physiological and phytochemical response to drought stress of german chamomile (Matricaria recutita L.). Plant Physiology and Biochemistry 49(2): 201-207.
Bonales-Alatorre, E., Pottosin, I., Shabala, L., Chen, Z. H., Zeng, F., Jacobsen, S. E., and Shabala, S. 2013. Differential activity of plasma and vacuolar membrane transporters contributes to genotypic differences in salinity tolerance in a halophyte species, Chenopodium quinoa. International Journal of Molecular Sciences 14(5): 9267-9285.‏
Burnett, S.E., Pennisi, S.V., Thomas, P.A., and Iersel, M.W.V.  2005. Controlled drought affects morphology and anatomy of salvia spledens. Journal of American Society and Horticultural Science 130(5): 775-781.
Çolak, Y.B., and Yazar, A. 2017. Evaluation of crop water stress index on Royal table grape variety under partial root drying and conventional deficit irrigation regimes in the Mediterranean Region. Scientia horticulturae 224: 384-394.‏
Çolak, Y. B., Yazar, A., Alghory, A., and Tekin, S. 2021. Evaluation of crop water stress index and leaf water potential for differentially irrigated quinoa with surface and subsurface drip systems. Irrigation Science 39(1): 81-100.‏
Gonzalez-Dugo, V., Testi, L., Villalobos, F. J., López-Bernal, A., Orgaz, F., Zarco-Tejada, P. J., and Fereres, E. 2020. Empirical validation of the relationship between the crop water stress index and relative transpiration in almond trees. Agricultural and Forest Meteorology 292: 108128.‏
Heydari, A., Bijanzadeh, E., Naderi, R., and Emam, Y. 2019. Quantifying water stress in canola (Brassica napus L.) using crop water stress index. Iran Agricultural Research 38(1): 1-8.‏
Idso, S.B., Jackson, R.D., Pinter Jr, P.J., Reginato, R. J., and Hatfield, J.L. 1981. Normalizing the stress-degree-day parameter for environmental variability. Agricultural meteorology 24: 45-55.‏
Idso, S. B., Reginato, R. J., and Radin, J. W. 1982. Leaf diffusion resistance and photosynthesis in cotton as related to a foliage temperature based plant water stress index. Agricultural Meteorology 27(1-2): 27-34.‏
Jacobsen, S.E. 2003. The worldwide potential for quinoa (Chenopodium quinoa Willd.). Food reviews international 19(1-2): 167-177.‏
Jamshidi, S., Zand-Parsa, S., and Niyogi, D. 2021. Assessing Crop Water Stress Index of Citrus Using In-Situ Measurements, Landsat, and Sentinel-2 Data. International Journal of Remote Sensing 42(5): 1893-1916.‏
Khorsandi, A., Hemmat, A., Mireei, S.A., Amirfattahi, R. and Ehsanzadeh, P. 2018. Plant temperature-based indices using infrared thermography for detecting water status in sesame under greenhouse conditions. Agricultural Water Management 204: 222–233.
King, B.A., Tarkalson, D.D., Sharma, V., and Bjorneberg, D.L. 2021. Thermal crop water stress index base line temperatures for sugarbeet in arid western US. Agricultural Water Management 243: 106459.‏
Kumar, N., Poddar, A., Shankar, V., Ojha, C.S.P., and Adeloye, A. J. 2020. Crop water stress index for scheduling irrigation of Indian mustard (Brassica juncea) based on water use efficiency considerations. Journal of Agronomy and Crop Science 206(1): 148-159.‏
Kumar, N., Shankar, V., Rustum, R., and Adeloye, A. J. 2021. Evaluating the Performance of Self-Organizing Maps to Estimate Well-Watered Canopy Temperature for Calculating Crop Water Stress Index in Indian Mustard (Brassica juncea). Journal of Irrigation and Drainage Engineering 147(2): 04020040.‏
Naz, H., Akram, N.A., and Kong, H. 2020. Assessment of secondary metabolism involvement in water stress tolerance of Quinoa subjected to water regimes. Pakistan Journal of Botany 52(5): 1553-1559.
Okwany, R.O., Peters, T.R., Ringer, K.L., and Walsh, D.B. 2012. Sustained deficit irrigation effects on peppermint yield and oil quality in the semi-arid pacific northwest, USA. Applied Engineering in Agriculture 28(4): 551-558.‏
Ru, C., Hu, X., Wang, W., Ran, H., Song, T., and Guo, Y. 2020. Evaluation of the Crop Water Stress Index as an Indicator for the Diagnosis of Grapevine Water Deficiency in Greenhouses. Horticulturae 6(4): 86.‏
Ruiz-Carrasco, K., Antognoni, F., Coulibaly, A. K., Lizardi, S., Covarrubias, A., Martínez, E. A., ... and Zurita-Silva, A. 2011. Variation in salinity tolerance of four lowland genotypes of quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) as assessed by growth, physiological traits, and sodium transporter gene expression. Plant Physiology and Biochemistry 49(11): 1333-1341.‏
Schmöckel, S.M. (Ed.). 2021. The Quinoa Genome. Springer Nature.‏
Sezen, S. M., Yazar, A., Daşgan, Y., Yucel, S., Akyıldız, A., Tekin, S., and Akhoundnejad, Y. 2014. Evaluation of crop water stress index (CWSI) for red pepper with drip and furrow irrigation under varying irrigation regimes. Agricultural water management 143: 59-70.‏
Shellie, K.C., and King, B.A. 2020. Application of a Daily Crop Water Stress Index to Deficit Irrigate Malbec Grapevine under Semi-Arid Conditions. Agriculture 10(11): 492.‏
Steduto, P., Hsiao, T. C., Fereres, E., and Raes, D. 2012. Crop yield response to water (Vol. 1028). Rome: Food and Agriculture Organization of the United Nations.‏
Talebnejad, R., and Sepaskhah, A.R. 2015. Effect of different saline groundwater depths and irrigation water salinities on yield and water use of quinoa in lysimeter. Agricultural water management 148: 177-188.‏
Yun, S. K., Kim, S. J., Nam, E. Y., Kwon, J. H., Do, Y. S., Song, S. Y., ... and Shin, H. 2020. Evaluation of Water Stress Using Canopy Temperature and Crop Water Stress Index (CWSI) in Peach Trees. Protected Horticulture and Plant Factory 29(1): 20-27
Iranian Journal of Irrigation & Drainage
Volume 15, Issue 6 - Serial Number 90
January and February 2022
Pages 1263-1274

Files

Share

How to cite

Statistics