اثر كود نيتروژن و تراكم بوته بر عملكرد و شاخص‌هاي كارايي نيتروژن كنجد با استفاده از طرح مركب مركزي

Effects of nitrogen fertilizer and plant density on yield and nitrogen efficiency indices of sesame using a central composite design

مقدمه كنجد (Sesamum indicum L.) با نام علمي به دليل محتوي بالاي روغن در دانه (60-50 درصد) به عنوان پادشاه گياهان دانه روغني شناخته شده است. نيتروژن يكي از مهمترين عناصر غذايي در اكوسيستم‌‌هاي كشاورزي محسوب مي‌شود. كاربرد بيش از حد از اين عنصر باعث كاهش كارايي مصرف نيتروژن مي شود. بهينه‌سازي نيتروژن و تراكم بوته يكي از راهكارهاي مديريتي براي حفاظت از منابع طبيعي و كاهش آلودگي‌هاي زيست‌محيطي محسوب مي‌باشد. مدل سطح پاسخ (RSM) مجموعه‌اي از تكنيك‌هاي آماري مورد استفاده براي بهينه‌سازي نهاده‌هاي توليد به شمار مي‌آيد. RSM يك روش آماري براي بهينه-سازي چند فاكتور است كه با استفاده از تركيب طرح‌هاي آزمايشي شرايط بهينه عوامل توليد را تعيين مي‌كند. در اين مطالعه، اثر كود نيتروژن و تراكم بوته بر عملكرد و شاخص‌هاي كارايي نيتروژن كنجد با استفاده از طرح مركب مركزي (CCD) براي مدل سطح پاسخ بررسي شد. مواد و روش‌ها اين آزمايش با استفاده از طرح مركب مركزي با 13 تيمار و 2 تكرار در مزرعه تحقيقاتي دانشكده كشاورزي دانشگاه فردوسي مشهد در سال زراعي 95-1394 انجام شد. تيمارها بر اساس سطح پايين و بالاي تراكم بوته (به ترتيب با 10 و 40 بوته در متر مربع) و نيتروژن (به ترتيب با صفر و 100 كيلوگرم اوره در هكتار) تعيين شدند. عملكرد دانه، عملكرد بيولوژيك، كارايي جذب نيتروژن، كارايي تبديل نيتروژن و كارايي مصرف نيتروژن بعنوان متغير وابسته مورد اندازه‌گيري قرار گرفتند و تغييرات اين متغيرها با استفاده از يك مدل رگرسيوني ارزيابي شد. به منظور ارزيابي كيفيت مدل برازش شده از آزمون عدم برازش استفاده شد. بسندگي مدل با استفاده از آناليز واريانس مورد ارزيابي قرار گرفت. به طور كلي، معادله چند جمله‌اي درجه دوم كامل براي تعيين معني‌داري مدل و اجزاي مدل (خطي، درجه دو و اثر متقابل) مورد بررسي قرار گرفت. كيفيت مدل برازش شده با استفاده از ضريب تبيين (R2) ارزيابي شد. نتايج و بحث نتايج نشان داد كه اثر جزء خطي بر تمام صفات مورد مطالعه بجز كارايي تبديل نيتروژن معني‌دار بود. اثر جزء درجه دو كامل تمام صفات را به‌طور معني‌داري تحت تأثير قرار داد. اثر متقابل كود نيتروژن و تراكم بوته تنها بر كارايي مصرف نيتروژن معني‌دار بود. آزمون عدم برازش در مورد هيچ‌كدام از صفات معني‌دار نشد كه اين امر نشان‌دهنده برازش مطلوب مدل رگرسيون درجه دو كامل بود. بيشترين عملكرد دانه مشاهده شده و پيش‌بيني‌شده به ترتيب براي تراكم 25 بوته در متر مربع و 50 كيلو گرم كود اوره در هكتار و تراكم 25 بوته در متر مربع (1320/52 كيلوگرم در هكتار) و 100 كيلوگرم كود اوره در هكتار (1272/45 كيلوگرم در هكتار) به ترتيب بدست آمد. بيشترين كارايي مصرف نيتروژن مشاهده شده و پيش‌بيني‌شده 11/41 و 11/28 كيلوگرم دانه بر كيلوگرم نيتروژن خاك در تراكم 10 بوته در متر مربع و عدم مصرف نيتروژن محاسبه شد. نتيجه‌گيري شيب عملكرد دانه با افزايش تراكم تا 25 بوته در متر مربع افزايش يافت و در مقادير بالاتر مصرف نيتروژن در مقايسه با سطوح پايين بيشتر بود. مصرف كود نيتروژن از طريق بهبود رشد گياه موجب افزايش عملكرد دانه در سطوح بالاتر مصرف نيتروژن گرديد. با افزايش مصرف نيتروژن كارايي مصرف نيتروژن كاهش يافت. بهينه‌سازي ميزان مصرف منابع شامل كود نيتروژن و تراكم بوته با استفاده از طرح مركب مركزي مي‌تواند به عنوان راهكاري مطلوب در توليد پايدار كنجد مد نظر قرار گيرد.

Introduction Sesame (Sesamum indicum L.) is known as the king of oil seeds due to the high oil content (50-60%) of its seed. Nitrogen (N) is one of the most important nutrients in crop production agroecosystems. Excessive application of N in crop production causes a reducing trend in nitrogen use efficiency (NUE). Optimization of nitrogen and plant density is a management approach to conserve resources and decline environmental pollutions. Response surface methodology (RSM) is defined as a set of mathematical and statistical techniques that are used to develop, to improve or to optimize a product. RSM is a statistical method for optimization of multiple factors which determine optimum process conditions by combining experimental designs. In this study, optimization of nitrogen fertilizer and plant density on yield and nitrogen efficiency indicators of sesame using central composite design (CCD) for RSM was done.

Materials and methods An experiment was conducted using CCD with 13 treatments and two replications at the Agricultural Research Station, Ferdowsi University of Mashhad during the growing season of 2015-2016. The treatments were allocated based on low and high levels of plant density (10 and 40 plants.m-2, respectively) and nitrogen (0 and 100 kg Urea ha-1, respectively). Seed yield, biological yield, nitrogen uptake efficiency, nitrogen utilization efficiency and nitrogen use efficiency were measured and calculated as dependent variables and changes of these variables were evaluated by a regression model. Lack-of-fit test was used to evaluate the quality of the fitted model. The adequacy of the model was tested by analysis of variance. In general, the full quadratic polynomial equation was tested to determine the significance of the model and the component of the model (linear, squared and first-order interaction terms). The quality of the fitted model was judged using the determination coefficient (R2). Results and discussion The results showed that effect of linear component was significant on all studied characteristics except for nitrogen utilization efficiency. Effect of square component was significant on all studied criteria. Interaction effect of full quadratic was significant on nitrogen use efficiency. Lack of fit test had no significant effect on the studied traits. The full square model for the response variables gave insignificant lack-of-fit indicating that the data of experimental were satisfactorily explained. The highest estimated and observed values of seed yield were obtained for 25 plants.m-2 and 500 kg Urea ha-1 (1320.52 kg.ha-1) and 25 plants.m-2 and 100 kg Urea ha-1 (1272.45 kg.ha-1), respectively. The maximum estimated and observed values of nitrogen use efficiency were calculated for 10 plants.m-2 and without N fertilizer with 11.41 and 11.28 kg seed/kg N of soil, respectively. Conclusion The slope of seed yield increased by an increase in density up to 25 plants.m-2 was higher under high levels of N fertilizer than under low levels, because the plant growth was improved in high amount of N fertilizer and resulted in high seed yield. By increasing nitrogen fertilizer declined nitrogen use efficiency. In general, it seems that resource use optimization such as nitrogen fertilizer and plant density based on the central composite design may be suitable cropping approach for sustainable production of sesame.