بهینه‌سازی دور آبیاری و مقدار سوپرجاذب در کشت سویا با استفاده از مدل سطح-پاسخ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه علوم و مهندسی آب، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

2 موسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی

3 عضو هیات علمی بخش آبیاری و زهکشی موسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی

چکیده

سویا یکی از گیاهان زراعی با ارزش از نظر تأمین نیاز غذایی کشور به شمار می‌رود و دارای مقادیر بالایی از پروتئین و روغن است. این گیاه نسبت به مقدار آب آبیاری حساس است. به همین دلیل تعیین دور آبیاری مناسب و کاربرد مواد جاذب رطوبت می‌تواند در ارتقای مدیریت آبیاری این گیاه و ارتقای بهره‌وری آب آبیاری مؤثر باشد. از این رو در پژوهش حاضر از روش سطح-پاسخ برای بهینه‌سازی دور مناسب آبیاری و میزان بهینه استفاده از مواد جاذب رطوبت در راستای نیل به مدیریت مناسب آبیاری محصول سویا استفاده شد. بدین منظور، پژوهشی در قالب طرح بلوک کامل تصادفی با دو عامل دور آبیاری و مقدار کاربرد سوپرجاذب در کشت سویا در محل گلخانه تحقیقاتی موسسه تحقیقات فنی مهندسی کشاورزی در سال 1398 اجرا شد و نتایج حاصله از اعمال این تیمارها شامل دور آبیاری (با سطوح بالا و پایین به ترتیب 4 و 7 روز) و مقدار سوپرجاذب (با سطوح بالا و پایین به ترتیب 300 و صفر کیلوگرم در هکتار) به عنوان ورودی های مدل سطح-پاسخ در نظر گرفته شدند. نتایج نشان داد که مدل سطح پاسخ برای پیش‌بینی عملکرد روغن دچار خطای بیش‌برآوردی (MBE>0) و برای پیش‌بینی سایر پارامترهای عملکرد و اجزای عملکرد سویا دچار خطای کم‌برآوردی (MBE<0) گردید. دقت این مدل برای پیش‌بینی کلیه صفات عالی (NRMSE<0.1) و خطای آن قابل قبول (RMSE< 3%) بود. نتایج بهینه‌سازی نشان داد که عملکرد دانه، عملکرد روغن، عملکرد پروتئین، تعداد غلاف، ارتفاع بوته و بهره‌وری آب به ترتیب 169، 228، 227، 89، 34 و 131 درصد نسبت به متوسط مقادیر مشاهداتی این پارامترها بیشتر بود. در نهایت برای دستیابی به عملکرد و بهره‌وری آب بهینه، مصرف 50 کیلوگرم بر هکتار سوپر جاذب و دور آبیاری سه روز پیشنهاد می‌شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Optimizing Irrigation Period and Amount of Superabsorbent in Soybean Using Response-surface Model

نویسندگان [English]

  • Aslan Egdernezhad 1
  • Mohammad Mehdi Nakhjavanimoghaddam 2
  • Saloome Sepehri 3
1 Assistant professor, Department of Water Sciences and Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran.
2 Agricultural Engineering Research Institute (AERI)
3 A faculty member of irrigation and drainage department of Agricultural Engineering Research Institute
چکیده [English]

Soybean is considered as one of the valuable crops in terms of providing food, which has high amounts of protein and oil. This crop is sensitive to the amount of irrigation water. For this reason, it is suggested to determine the appropriate irrigation period along with the use of superabsorbent. To optimize these factors, the response-surface method was used in the present study. For this purpose, the soybean data collected from a research farm located in the Research Institute of Agricultural Engineering, in Iran, in 2018, was used. Two factors of irrigation period (with high and low levels of 4 and 7 days, respectively) and amount of superabsorbent (with high and low levels of 300 and 0 kg.ha-1, respectively) were applied. The results showed that the response surface method had an overestimation error (MBE>0) for predicting oil yield, and an underestimation error (MBE<0) for predicting other yield and yield components. The accuracy of this model for predicting all parameters were excellent (NRMSE<0.1) and its error was acceptable (RMSE<3%). The optimization results showed that seed yield, oil yield, protein yield, number of pods, plant height and water productivity were 169, 228, 227, 89, 34 and 131% higher than the average observed values of these parameters. In order to achieve optimal values, it is necessary to reduce the irrigation period to three days and use the amount of superabsorbent up to 50 kg.ha-1. Therefore, compliance with this issue is suggested for soybean cultivation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Water Productivity
  • Optimization
  • Protein Yield
  • Oil Yield
  • Superabsorbent

مراجع

ابراهیمی‌پاک، ن. ع.، احمدی، م.، اگدرنژاد، ا. و خاشعی سیوکی، ع. 1397. ارزیابی مدل AquaCrop در شبیه‌سازی عملکرد زعفران تحت سناریوهای مختلف کم‌آبیاری و مصرف زئولیت. نشریه حفاظت منابع آب و خاک. 8 (1): 117-132.
ابراهیمی‌پاک، ن. ع.، اگدرنژاد، ا.، تافته، آ. و احمدی، م. 1398. ارزیابی مدل‌های WOFOST، AquaCrop و CropSyst در شبیه‌سازی عملکرد کلزا در منطقه قزوین. نشریه آبیاری و زهکشی ایران. 13(3-75): 715-726.
احمدی، م.، قنبرپوری، م. ع. و اگدرنژاد، ا. 1400. مقدار آب کاربردی گندم با استفاده از تحلیل حساسیت و ارزیابی مدل AquaCrop. نشریه مدیریت آب در کشاورزی. 8(1): 15-30.
اگدرنژاد، ا.، ابراهیمی پاک، ن. ع.، تافته، آ. و احمدی، م. 1397. برنامه‌ریزی آبیاری کلزا با استفاده از مدل AquaCrop در دشت قزوین. نشریه مدیریت آب در کشاورزی. 5(2): 53-64.
بی‌نام، 1401، مرکز ملی آمار ایران، دسترسی در https://www.amar.org.ir/.
پرچمی‌عراقی, ف.، عباسی، ف. و اخوان، ک. 1401. ارزیابی مقدار آب کاربردی و بهره‌وری آب سویا در دشت مغان. نشریه پژوهش آب در کشاورزی. 36 (2): 181-201.
پیغام‌زاده، ک.، تورچی، م. و سادات شبر، ز. 1401. بررسی عارضه اختلال در غلاف‌بندی سویا با رهیافت‌های پروتئومیک و بیوانفورماتیک. نشریه پژوهشنامه اصلاح گیاهان زراعی. ۱۴ (۴۲) : 127-137.
توانگر، م.، عشقی­زاده، ح. ر. و قیصری، م. 1399. ارزﯾﺎﺑﯽ ﻋﻤﻠﮑﺮد و ﮐﺎراﯾﯽ ﻣﺼﺮف آب ﻫﯿﺒﺮﯾﺪﻫﺎی دﯾﺮرس ذرت در ﺷﺮاﯾﻂ ﻣﺘﻔﺎوت آبیاری و تقسیط کود نیتروژن. نشریه علوم آب و خاک. 24 (2): 235-249.
جهان، م.، امیری، م. ب. و نوربخش، ف. 1395. بررسی اثر مقادیر مختلف سوپرجاذب رطوبت و اسید هیومیک در شرایط کم آبیاری بر برخی ویژگی­های اگرواکولوژیکی ذرت (.Zea mays L) به روش سطح پاسخ. نشریه پژوهش­های زراعی ایران. 14 (4): 746-764.
حمید، ز.، سلطانی‌محمدی، ا. و احمدی، م. 1401. ارزیابی روش‌های فاکتوریل کامل، تاگوچی و طرح مربع مرکزی در کاهش آبشویی نیترات از خاک تحت تیمار زئولیت. نشریه آبیاری و آب ایران. 13: 90-107.
خاشعی‌سیوکی، ع.، هاشمی، س. ر. و احمدی، م. 1395. کاربرد روش‌ تاگوچی در ارزیابی سبز شدن زعفران (Crocus sativa L.) تحت تأثیر زئولیت و برنامه‌ریزی آبیاری. نشریه پژوهش­های زعفران. 4 (2): 266-278.
گودرزی، ف.، دلشاد، م.، منصوری، ح. و سلطانی، ف. 1400. بهینه­سازی ‌فاکتورهای‌کود‌ نیتروژن و ‌فاصله ‌بوته ‌روی‌ ردیف‌ در‌ گیاه ‌اسفناج ‌رقم ‌Harrier به روش‌ سطح‌ پاسخ. نشریه علوم باغبانی ایران. 52 (1): 139-151.
منصوری، ح.، نوشاد، ح. و حسنی، م. 1400. بهینه­سازی مصرف کود نیتروژن و آب در چغندرقند (Beta vulgaris L.) با استفاده از مدل­سازی سطح-پاسخ. نشریه بوم­شناسی کشاورزی. 13 (1): 57-72.
میرعرب‌رضی، ر.، بیابانی، ع.، نخ‌زری‌مقدم، ع. و قربانی‌واقعی، ح. 1396. تاثیر سوپرجاذب و قارچ میکوریزا بر عملکرد سویا تحت تنش آبی. نشریه تحقیقات کاربردی اکوفیزیولوژی گیاهی. ۴ (۲): ۱۹۴-۱۸۱.
Aslan, N. 2007. Application of response surface methodology and central composite rotatable design for modeling the influence of some operating variables of a multi-gravity separator for chromite concentration. Powder Technology. 86: 769–776.
Box, G. E. P. and Hunter, J. S.  1957. Multi-factor experimental designs for exploring response surfaces. The Annals of Mathematical Statistics. 28(1): 195-241.
Box, G. E. P. and Wilson, K. B. 1951. On the experimental attainment of optimum conditions. Journal of the Royal Statistical Society: Series B (Statistical Methodology). 13: 1–45. 
FAOSTAT. 2022. Food and Agriculture Organization Crop Production Statistics: World sorghum production and utilization.
Jahan, M. and Amiri, M. B. 2018. Optimizing application rate of nitrogen, phosphorus and cattle manure in wheat production: An approach to determine optimum scenario using response-surface methodology. Journal of soil science and plant nutrition, 18(1): 13-26.
Kalavathy, H. M., Regupathib, I., Pillai, M. G. and Miranda, L. R. 2009. Modelling, analysis and optimization of adsorption parameters for H3PO4 activated rubber wood sawdust using response surface methodology (RSM). Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 70: 35–45.
Koocheki, A., Nassiri, M., Moradi, R. and Mansouri, H. 2014. Optimizing water, nitrogen, and crop density in canola cultivation using response surface methodology and central composite design. Soil Science and Plant Nutrition. 1: 1-13.
Kwak, J. S. 2005. Application of Taguchi and response surface methodologies for geometric error in surface grinding process. International Journal of Machine Tools and Manufacture. 45: 327–34.
Mansouri, H., Bannayan, M., Rezvani Moghaddam, P. and Lakzian, A. 2015. Management of nitrogen, irrigation, and planting density in Persian shallot (Allium hirtifolium) by using central composite optimizing method. Agricultural Science and Sustainable Production. 24(4): 41-60.  
Mansouri, H., Banyan, M., Rezvani Moghaddam, P. and Lakzian, A. 2014. Management of nitrogen fertilizer, irrigation, and plant density in onionproduction using response surface methodology as optimization approach. African Journal of Agricultural Research. 9(7): 676-687.
Montgomery, D. C. 2001. Design and Analysis of Experiments, fifth ed., John Wiley & Sons, New York. 734p.
Singh, G. 2010. Water Management in Soybean. In: Singh G. (Ed.), the soybean: botany, production and uses. CABI, Oxfordshire, UK, pp. 191-208.
Soltani, M. and Soltani, J. 2016. Determination of Optimal Combination of Applied Water and Nitrogen for Potato Yield Using Response Surface Methodology (RSM). Biosc.Biotech.Res.Comm. 9(1): 46-54
Wu, C. F. J. and Hamada, M. 2009. Experiments: planning, analysis, and parameter design optimization. Second edition, John Wiley and Sons, New York, 853p.
Zulkali, M. M. D., Ahmad, A. L. and Norulakmal, N. H. 2006. Oryza sativa L husk as heavy metal adsorbent: optimization with lead as model solution. Bioresource Technology. 97: 21-25.
نشریه آبیاری و زهکشی ایران
دوره 17، شماره 2 - شماره پیاپی 98
خرداد و تیر 1402
صفحه 387-400

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار