تأثیر متقابل سامانه های آبیاری و روش‌های کاشت برنج بر انتشار گاز متان در مزارع شالیزاری

اسدی, لیدا; خوش روش, مجتبی; رائینی سرجاز, محمود; کیانی, علیرضا

تأثیر متقابل سامانه های آبیاری و روش‌های کاشت برنج بر انتشار گاز متان در مزارع شالیزاری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

لیدا اسدی ¹

مجتبی خوش روش ²

محمود رائینی سرجاز ³

علیرضا کیانی ⁴

¹ دانشجوی دکتری آبیاری و زهکشی، گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

² دانشیار گروه مهندسی آب دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

³ استاد، گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.

⁴ استاد بخش تحقیقات فنی و مهندسی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان گلستان، سازمان تات، گرگان، ایران.

چکیده

از آنجا که مزارع برنج غرقابی یکی از منابع عمده تولید متان در بخش کشاورزی محسوب می‌شوند، بهینه‌سازی شیوه‌های مدیریت آب و کاشت می‌تواند به کاهش انتشار این گاز کمک کند. آزمایش به صورت کرت‌های خرد شده در قالب طرح پایه بلوک‌‌های کامل تصادفی با سه تکرار در سال‌های 1398 و 1399 در شهرستان گرگان انجام شد. چهار تیمار روش آبیاری به‌صورت سامانه آبیاری بارانی، غرقابی دائم، غرقابی تناوبی و قطره‌ای نواری به‌عنوان تیمار اصلی و سه تیمار کاشت شامل کاشت مستقیم بذر برنج، کاشت نشایی در زمین غیر گل‌خراب و کاشت نشایی در زمین گل‌خراب شده به‌عنوان عامل فرعی در نظر گرفته شد. نتایج نشان داد که اثر سال اجرا، نوع سامانه آبیاری و روش کاشت در سطح احتمال 1 درصد بر عملکرد دانه معنی‌دار شد. بیشترین مقدار عملکرد دانه مربوط به روش کاشت نشایی در زمین گل‌خراب شده و برابر با 7506 کیلوگرم بر هکتار به دست آمد. مقدار عملکرد دانه سامانه‌‌های آبیاری غرقاب تناوبی، قطره‌ای نواری و بارانی نسبت به تیمار آبیاری غرقاب دائم به‌ترتیب 46/6، 6/15 و 03/39 درصد کاهش نشان داد. در میان سطوح مختلف روش کاشت، بیشترین مقدار انتشار گاز متان در کشت نشایی در زمین گل‌خراب شده مشاهده شد که برابر با 73/2 میلی گرم در متر مربع بود. مقدار انتشار گاز متان در کاشت نشایی در زمین غیر گل‌خراب و کاشت مستقیم بذر برنج به‌ترتیب 08/10 و 65/24 درصد نسبت به روش کاشت نشایی در زمین گل‌خراب شده کاهش یافت. به‌طور کلی، مدیریت بهینه آبیاری و روش‌های کاشت در مزارع برنج می‌تواند تأثیر چشمگیری در کاهش انتشار متان داشته باشد و به این ترتیب به کاهش اثرات تغییرات اقلیمی کمک کند که با توجه به پژوهش حاضر، آبیاری قطره‌ای نواری در کشت نشایی غیر گل‌خراب شده می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

آبیاری قطره ای نواری

کاشت مستقیم

گاز گلخانه‌ای

مدیریت آب

عنوان مقاله English

Interactive Effects of Irrigation Systems and Rice Planting Methods on Methane Emissions in Paddy Fields

نویسندگان English

Lida Asadi ¹

Mojtaba Khoshravesh ²

Mahmoud Raeini Sarjaz ³

Alireza Kiani ⁴

¹ PhD Student of Irrigation and Drainage, Water Engineering Department, Faculty of Agricultural Engineering, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran.

² Associate Professor. Department of Water Engineering. Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University

³ Professor, Department of Water Science and Engineering, Faculty of Agricultural Engineering, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran.

⁴ Professor, Agricultural Engineering Department, Golestan Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, AREEO, Gorgan, Iran.

چکیده English

Since flooded rice fields are considered one of the major sources of methane production in agriculture, optimizing water and planting practices can help to reduce the emission of this gas. This study aimed to investigate the interaction effects of different rice planting methods and irrigation systems on yield and methane emissions in paddy fields. The experiment was conducted as a split-plot design within a randomized complete block design with three replications during the years 2019 and 2020 in Gorgan County. Four irrigation treatments, including sprinkler irrigation, continuous flooding, intermittent flooding, and tape irrigation, were applied as the main factor, while three planting methods, including direct planting, transplanting in non-puddled soil, and transplanting in puddled soil, were considered as sub-factors. The effects of planting year, irrigation system, and planting method on grain yield were significant at the 1% probability level. The highest grain yield was observed in the transplanting method on puddled soil, with a yield of 7,506 kg/ha. Grain yields under intermittent flooding, tape, and sprinkler irrigation systems decreased by 6.46%, 15.6%, and 39.03%, respectively, compared to continuous flooding. Among the different planting methods, the highest methane emission was recorded in the transplanting method on puddled soil, with 2.73 mg/m². Methane emissions in the transplanting method on non-puddled soil and direct seeding were reduced by 10.08% and 24.65%, respectively, compared to the transplanting on puddled soil. The lowest methane emission was observed in the tape irrigation system, with 0.42 mg/m². Methane emissions under intermittent flooding were 39% lower than in continuous flooding. Overall, optimizing irrigation management and planting methods in rice fields can significantly reduce methane emissions, thereby contributing to mitigating the effects of climate change. Based on the present study, the most effective approach is drip tape irrigation combined with non-puddled transplanting.

کلیدواژه‌ها English

Direct planting

Greenhouse gas

Tape irrigation

Water management

بخت فیروز، ع. و رائینی سرجاز، م. 1392. اثر سامانههای زهکشی شالیزار بر افت گسیل گاز گلخانهای متان. تحقیقات آب و خاک ایران. 44(1): 10-1.

علا، ا.، آقاعلیخانی، م.، امیری لاریجانی، ب.، صوفی زاده، س. 1393. مقایسه سیستم کشت مستقیم و نشایی برنج در استان مازندران: رقابت علف هرز، عملکرد و اجزای عملکرد. پژوهشهای زراعی ایران. 12(3): 475-463.

مرادی مجد، ن.، فلاح قالهری، غ. و چترنور، م. 1401. بررسی میزان گسیل گازهای CH₄, N₂O و NO از اراضی کشاورزی (مطالعه موردی: استان خوزستان). هواشناسی کشاورزی، 10(1): 54-46.

میرابوالقاسمی، س.م.، قبادی نیا، م.، قاسمی، ا. ر. و نوری امامزادهایی، م. ر. 1396. تأثیر آبیاری زیرزمینی و مدیریت آبیاری بر مشخصه‌های رشد و اجزای عملکرد برنج در منطقه خشک و نیمه خشک. آب و خاک. 31(2): 421-411.

نوربخشیان، س. ج. 1379. مقایسه عملکرد ارقام برنج در کشت مستقیم و نشایی. علوم زراعی ایران. 2(4): 32-25.

هاشمی، م.، رائینی سرجاز، م. و شاهنظری، ع. 1394. بررسی تاثیر عمق و فاصله زهکش زیرزمینی بر روند گسیل گاز متان در شالیزار. نخستین کنگره ملی آبیاری و زهکشی ایران، 22 تا 23 اردیبشهت، دانشگاه فردوسی مشهد.

Aldhafeeri, T., Tran, M. K., Vrolyk, R., Pope, M. and Fowler, M. 2020. A review of methane gas detection sensors: Recent developments and future perspectives. Inventions. 5(3): 1–18.

Bansal, R., Sharma, N., Soman, P., Singh, S., Bhardwaj, A. K., Pandiaraj, T. and Bhardwaj, R. K. 2018. On-farm drip irrigation in rice for higher productivity and profitability in Haryana, India. International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences. 7(2): 506-512.

Bouman, B. A. M., Lampayan, R. M. and Tuong, T. P. 2007. Water management in irrigated rice coping with water scarcity. Los Baños (Philippines): International Rice Research Institute. 54 p.

Deutch, J. M. and Lester, R. K. 2009. Greenhouse gases and global warming. Mak. Technol. Work, pp. 81–108.

Gogoi, N., Baruah, K., Gogoi, B. and Gupta, P. K. 2008. Methane emission from two different rice ecosystems at lower Brahmaputra valley zone of North East India. Applied Ecology and Environmental Research. 6(3): 99-112

Kumar, V. and Ladha J. K. 2011. Direct-seeding of rice: Recent developments and future research needs. International Rice Research Institute, India office, Pusa, New Delhi, India. Adv. Agron. 111: 297-413.

Kweku, D. W., Bismark, O., Maxwell, A., Desmond, K. A., Danso, K. B., Oti-Mensah, E. A., Quachie, A. T. and Adormaa, B. B. 2017. Greenhouse effect: greenhouse gases and their impact on global warming. Journal of Scientific Research and Reports. 17(6): 1-9.

Li, C., Mosier, A., Wassmann, R., Cai, Z., Zheng, X., Huang, Y., Tsuruta, H., Boonjawat, J. and Lantin, R. 2004. Modeling greenhouse gas emissions from rice-based production systems: Sensitivity and upscaling, Global Biogeochem Cycles. 18: GB1043

Li, C. 2007. Quantifying greenhouse gas emissions from soils: Scientific basis and modeling approach. soil science and plant nutrition. (53): 344–352.

Liou, R. M., Huang, S. N., Lin, C. W. and Chen, S. H. 2003. Methane emission from fields with three various rice straw treatments in Taiwan paddy soils. J. Environ. Sci. Health, 38(4): 511-527.Mohajan, H.K. 2012. Dangerous effects of methane gas in atmosphere. International Journal of Economic and Political Integration. 2(1): 3–10.

Naresh, R. K., Misra, A. K. and Singh, S. P. 2013. Assessment of direct seeded and transplanting methods of rice cultivars in the western part of Uttar Pradesh. International Journal of Pharmaceutical Sciences and Business Management. 1(1): 1-8.

Nie, L., Peng, S., Chen, M., Shah, F., Huang, J., Cui, K. and Xiang, J. 2012. Aerobic rice for water saving agriculture, a review. Agronomy for Sustainable Development. 32(2): 411-418.

Rajwade, Y. A., Swain, D. K. and Tiwari, K. N. 2014. Subsurface Drip Irrigation for Wet Season Rice Production under Climate Variability in India. Agricultural and Food Engineering Department, Indian Institute of Technology Kharagpur, Kharagpur, Medinipore (W), West Bengal, INDIA. p.p:293-300.

Ribbes, F. and Toan, L. 1999. Rice Field Mapping and monitoring with RADARSAT Data. Int. The Journal of Remote Sensing. 20(4): 745-756.

Setyanto, P., Rosenani, A. B., Boer, R., Fauziah, C. I. and Khanif, M. J. 2004. The effect of rice cultivars on methane emission from irrigated rice field. Indones. Journal of Agricultural Science. 5: 20-31

Singh, S., Sharma, S. N. and Prasad, R. 2000. The effect of seeding and tillage methods on productivity of rice–wheat cropping system. Soil and Tillage Research. 61: 125–131.

Xu, L., Li, X., Wang, X., Xiong, D. and Wang, F. 2019. Comparing the Grain Yields of Direct-Seeded and Transplanted Rice: A Meta-Analysis. Agronomy. 14 pp.

Yun, S.I., Wada, Y., Maeda, T., Miura, K. and Watanable, K. 1997. Growth and yield of Japonica X Indica hybrid cultivars under direct seeding and upland conditions. Japanese Journal of Crop Science. 66: 386-393.