نیوار

نیوار

پایش پارامترهای هواشناسی در خزانه و اثر آن بر صفات زراعی و فیزیولوژیک گیاهچه برنج

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 استادیار پژوهشی مؤسسه تحقیقات برنج کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، رشت، ایران
2 دکتری فیزیولوژی گیاهان زراعی، مرکز تحقیقات هواشناسی کشاورزی گیلان
3 کارشناس ارشد هواشناسی کشاورزی، مرکز تحقیقات هواشناسی کشاورزی گیلان
چکیده
به منظور بررسی پارامترهای تاثیرگذار بر رشد گیاهچه برنج رقم هاشمی در خزانه و عملکرد دانه، پایشی به مدت دو سال زراعی (1403-1402) در قالب طرح پایه کاملاً تصادفی با چهار تکرار و دو تیمار خزانه بدون پوشش پلاستیکی و خزانه با پوشش پلاستیکی در مرکز تحقیقات هواشناسی کشاورزی گیلان (رشت) انجام شد. در هر خزانه، دستگاه دمانگار جهت ثبت دمای هوای داخل خزانه به مدت 42 روز از تاریخ 15 فروردین تا زمان نشاکاری (25 اردیبهشت) کار گذاشته شد. ابعاد خزانه‌ها با عرض 2 و طول 8 متر در نظر گرفته شد. گراف‌های دستگاه دمانگار بر اساس قوانین سازمان جهانی هواشناسی (WMO) هر هفته در روز دوشنبه رأس ساعت 06 گرینویچ (معادل 9 صبح) تعویض و گراف جدید برای ثبت داده برای طول هفته بعد نصب گردید. جهت اندازه‌گیری دمای خاک نیز یک دستگاه دماسنج خاک داخل خزانه‌ها در عمق 10 سانتی‌متری نصب و به صورت روزانه دمای خاک یادداشت‌برداری شد. در این آزمایش کمینه و بیشینه دمای خزانه، دمای خاک، ساعات آفتابی، میزان ابرناکی، ارتفاع گیاهچه، وزن تر و خشک گیاهچه، عملکرد دانه، میزان کلروفیل و میزان فعالیت آنزیم‌های آنتی اکسیدانی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج تحلیل رگرسیون نشان دادکه در بین پارامترهای هواشناسی، مهم‌ترین فاکتور در جوانه‌زنی و رشد گیاهچه در شرایط خزانه، فاکتور دما است. بررسی گراف‌های دمانگار در خزانه طی دو سال زراعی نشان‌دهنده نوسانات دمایی بالا در طول شبانه روز بود با توجه به این که دامنه نوسانات دمایی در محیط خارج از خزانه 35 درجه سلسیوس و دمای خاک 16 سلسیوس بوده در مواردی در داخل خزانه نوسانات دمایی گاهی به 65 درجه سلسیوس با دمای خاک 18 سلسیوس نیز رسید. مقایسه میانگین تیمار‌ها نشان داد که بیشترین میانگین صفات گیاهچه‌ای در سال دوم در شرایط خزانه بدون پوشش پلاستیکی با ارتفاع گیاهچه (38 سانتی‌متر)، وزن تر گیاهچه (23/0 گرم)، وزن خشک گیاهچه (04/0 گرم) و میزان عملکرد دانه در زمین اصلی (5/2437 کیلوگرم در هکتار) بدست آمد. اما در شرایط خزانه با پوشش پلاستیکی ارتفاع گیاهچه (28 سانتی‎متر)، وزن تر گیاهچه (19/0 گرم)، وزن خشک گیاهچه (02/0 گرم)، عملکرد دانه در زمین اصلی (2054 کیلوگرم در هکتار)، میزان کلروفیل (23)، میزان فعالیت آنزیم کاتالاز (52/19 میکرومول بر گرم وزن تر در دقیقه)، سوپراکسید دسموتاز (14/12 میکرومول بر گرم وزن تر در دقیقه) و پراکسیداز (1/1 میکرومول بر ‌گرم وزن تر در دقیقه) مشاهده شد. با توجه به شرایط یکسان در مصرف نهاده‌ها در طی دو سال زراعی، به نظر می‌رسد که کمینه دمایی و بیشینه دمایی نسبت به سال 1402 تفاوت معنی‌داری نشان داده است. عملکرد دانه با صفات ارتفاع گیاهچه (**92/0=2r)، وزن تر گیاهچه (**94/0=2r)، وزن خشک گیاهچه (**92/0=2r)، میزان کلروفیل (**95/0=2r)، میزان فعالیت آنزیم کاتالاز (**88/0=2r)، سوپراکسید دسموتاز (**90/0=2r) و پراکسیداز (**79/0=2r) همبستگی مثبت و معنی‌داری داشت. به طور کلی نتایج نشان دادند که دامنه نوسانات دمایی در خزانه با پوشش پلاستیکی بسیار وسیع‌تر و با پیک‌های دمایی مخرب بود. این نوسان شدید دمایی در بیشینه دما معنی‌دار بود و در کمینه دما بین دو خزانه نوسان شدید مشاهده نشد. در خزانه‌های دارای پوشش پلاستیکی، نوسانات شدید دمایی باعث ایجاد تنش حرارتی و کاهش عملکرد نهایی برنج رقم هاشمی شد. کنترل‌پذیری محیط خزانه در زیر پوشش پلاستیکی می‌تواند رشد اولیه و کیفیت گیاهچه را بهبود بخشد، اما این مزیت لزوماً به بهبود عملکرد نهایی دانه منجر نمی‌شود و حتی در برخی شرایط می‌تواند باعث کاهش عملکرد گردد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Monitoring Meteorological Parameters in the Nursery and Their Effect on Agronomic and Physiological Traits of Rice Seedlings

نویسندگان English

Pari Tousi 1
Zahra Amindeldar 2
Mohammad javad Zohdeghodsi 3
1 Research Assistant Professor of Rice Research Institute of Iran, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Rasht, Iran.
2 Ph.D. Crop Physiology, Gilan Agricultural Meteorology Research Center
3 M.Sc. Agricultural Meteorology, Gilan Agricultural Meteorology Research Center
چکیده English

This study aimed to monitor meteorological parameters affecting the growth of Hashemi rice cultivar seedlings and grain yield in nursery conditions over two cropping seasons (2023-2024) in a complete randomized design with four repetitions and two treatments: Non plastic-covered nursery and plastic-covered nursery at the Gilan Agricultural Meteorology Research Center, Rasht, Iran. In each nursery, temperature sensors were installed to record the air temperature inside the nursery for 42 days from 4 April to the time of transplanting (15 May). The dimensions of the nursery were considered to be 2 meters wide and 8 meters length. The graphs of temperature sensors were replaced every week on Monday at 06:00 GMT (equivalent to 9:00 AM) according to the rules of the World Meteorological Organization (WMO) and a new graph was installed to record data for the following week. To measure soil temperature, a soil thermometer was installed inside the nurseries at a depth of 10 cm and soil temperature was recorded daily. In this experiment, minimum and maximum air temperature, soil temperature, sunshine hours, cloudiness, height, fresh and dry weight, grain yield, chlorophyll content and antioxidant enzyme activity were investigated. Regression analysis revealed that temperature was the most critical factor influencing germination and seedling growth. During the monitoring period, the external temperature fluctuation reached up to 35 °C with a soil temperature of 16 °C, whereas inside the plastic-covered nursery, temperature fluctuations occasionally reached 65 °C with a soil temperature of 18 °C. Comparison of the mean treatments showed that The highest seedling traits were observed in the nursery without plastic cover: height (38 cm), fresh weight (0.23 g), dry weight (0.04 g) and grain yield in the main field (2437.5 kg.ha-1) in the second year. In contrast, the plastic-covered nursery showed lower performance: height (28 cm), fresh weight (0.19 g), dry weight (0.02 g), grain yield (2054 kg.ha-1), chlorophyll content (23 SPAD), catalase enzyme activity (19.52 µmol g⁻¹ FW min⁻¹), superoxide dismutase enzyme activity (12.14 µmol g⁻¹ FW min⁻¹), and peroxidase enzyme activity (1.10 µmol g⁻¹ FW min⁻¹). Considering the same conditions in input consumption during the two cropping seasons, it seems that the minimum and maximum temperatures have shown a significant difference compared to the year 2023. Grain yield had a positive and significant correlation with seedling height (r2=0.92**), fresh weight (r2=0.94**), dry weight (r2=0.92**), chlorophyll content (r2=0.95**), catalase enzyme activity (r2=0.88**), superoxide dismutase enzyme activity (r2=0.90**), and peroxidase enzyme activity (r2=0.79**). In general, these results suggest that the range of temperature fluctuations in the plastic-covered nursery was significantly wider and included destructive temperature peaks. This intense temperature variation was statistically significant in the maximum temperature, while no severe fluctuation was observed between the two nurseries in the minimum temperature. In plastic-covered nursery, high temperature fluctuations caused heat stress and leading to reduced seedling vigor and yield potential in Hashemi rice cultivar. The controllability of the nursery environment under plastic cover can improve initial growth and seedling quality, but this advantage does not necessarily lead to improved final grain yield and can even reduce yield in some circumstances.

کلیدواژه‌ها English

Rice yield
Soil temperature
Nursery temperature
Maximum temperature
Minimum temperature
1.    Bazi Zlan, R., Fazeli, A., Zarei, B., & Erfani Moghadam, J. (2022). The effect of salicylic acid on the activity of catalase and peroxidase enzymes and the content of phenol and flavonoid of (Scrophularia striata L.) under water deficit stress. Journal of Plant Biological Sciences, 13(4), 57-68. https://doi.org/10.22108/ijpb.2022.133824.1288       15. Lyman, N. B., Jagadish, K. S. V., Nalley, L. L., Dixon, B. L., & Siebenmorgen, T. (2013). Neglecting rice milling yield and quality underestimates economic losses from high-temperature stress. PLoS One, 8(8), e72157.
2.    Chance, B., & Maehly, C. (1955). Assay of catalase and peroxidases. Methods in Enzymology, 2, 764-775.     16. Mangrauthia, S. K., Agarwal, S., Sailaja, B., Sarla, N., & Voleti, S. R. (2016). Transcriptome Analysis of Oryza sativa (Rice) Seed Germination at High Temperature Shows Dynamics of Genome Expression Associated with Hormones Signalling and Abiotic Stress Pathways. Tropical Plant Biology, 9(4), 215–228.
3.    Deng, N., Ling, X., Sun, Y., Zhang, C., Fahad, S., Peng, S., Cui, K., Nie, L., & Huang, J. (2015). Influence of temperature and solar radiation on grain yield and quality in irrigated rice system. European Journal of Agronomy, 64, 37-46.         17. Mostofa, M. G., Yoshida, N., & Fujita, M. (2014). Spermidine pretreatment enhances heat tolerance in rice seedlings through modulating antioxidative and glyoxalase systems. Plant Growth Regulation, 73(1), 31–44.
4.    Ghaeminia, A. M., & Azimzadeh, H. R. (2013). Evaluation of Linear and Quadratic Models for Estimating Soil Surface Temperature Using Air Temperature in Four Climate Zones of Iran. Iranian Journal of Soil Research, 27(2), 253-262.       18. Mousavi Baygi, M., AsadiOskouei, E., Yazdany, M., & Alizadeh, A. (2017). The comparison of temperature elements measured in station and in paddy filed. Journal of Water and Soil Conservation, 24(5), 129- 145.
5.    Hasanuzzaman, M., Nahar, K., & Fujita, M. (2013). Extreme temperature responses, oxidative stress and antioxidant defense in plants. Abiotic stress-plant Responses and Applications in Agriculture, 13, 169-205.           19. Pareek, A., Sopory, S. K., & Bohnert, H. J. (2009). Abiotic stress adaptation in plants. Springer.
6.    Hua, D., & Jianchang, Y. (2012). Research Advances in the Effect of High Temperature on Rice and Its Mechanism. Chinese Journal of Rice Science, 26, 393–400.          20. Peng, S., Huang, J., Sheehy, J., Laza, M. R., Visperas, R., Zhong, X., Centeno, G., Khush, G., & Cassman, K. (2004). Rice yields decline with higher night temperature from global warming. Proceedings of the National Academy of Sciences, 101(27), 9971–9975.
7.    IPCC. (2007). Climate Change 2007: Impacts, Adaptation & Vulnerability. https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/03/ar4_wg2_full_report.pdf       21. Sanchez-Reinoso, A. D., Garces-Varon, G., & Restrepo-Diaz, H. (2014). Biochemical and physiological characterization of three rice cultivars under different daytime temperature conditions. Chilean Journal of Agricultural Research, 74(4), 373-379.
8.    Jianghui, Y., Tianyu, D., Ping, Z., Zhongtao, M., Xi, C., Jiale, C., Hongjin, L., Tao, L., Ying, Z., Fangfu, X., Qun, H., Guodong, L., Guangyan, L., & Haiyan, W. (2024). Impacts of High Temperatures on the Growth and Development of Rice and Measures for Heat Tolerance Regulation: A Review. Agronomy Journal, 14(12), 1-24. https://doi.org/10.3390/agronomy1412281122. Sommers, L. E., Gilmour, C. M., Wildung, R. E., & Beck, S. M. (1981). The effect of water potential on decomposition processes in soils. In Water potential relations in soil microbiology, 1(9)*, 97-117.
9.    Karamniya, S., Aalaee Bazkiaee, P., & Haghighi Hasanalideh, A. (2023). A review of physiological and biochemical aspects of heat stress in rice. Cereal Biotechnology and Biochemistry, 2(1), 105-131. https://doi.org/10.22126/cbb.2023.8606.1028 23. Tian, X., Luo, H., Zhou, H., & Wu, C. (2009). Research on heat stress of rice in China: progress and prospect. Chinese Agricultural Science Bulletin, 25(22), 166-168.
10.  Keryn, I. P., Polglase, P. J., & Smethurst, P. J. (2004). Soil temperature under forests: a simple model for predicting soil temperature under a range of forest types. Agricultural and Forest Meteorology, 121, 167– 182.    24. Verma, V., Vishal, B., Kohli, A., & Kumar, P. P. (2021). Systems-based rice improvement approaches for sustainable food and nutritional security. Plant Cell Reports, 40(11), 2021–2036.
11.  Kilasi, N. L., Singh, J., Vallejos, C. E., Ye, C., Jagadish, S. V. K., Kusolwa, P., & Rathinasabapathi, B. (2018). Heat Stress Tolerance in Rice (Oryza sativa L.): Identification of Quantitative Trait Loci and Candidate Genes for Seedling Growth Under Heat Stress. Frontiers in Plant Science, 9, 1578.          25. Xianbo, H., Han, Y., Jianlin, H., & Zhihong, T. (2008). Changes of Several Related Physiological Indexes of Rice Seedlings under High Temperature Stress. Journal of Yangtze University. Natural Science Edition, 5, 50–53.
12.  Kumar, N., Jeens, N., Kumar, A., Khwairakpam, R., & Singh, H. (2021). Comparative response of rice cultivars to elevated air temperature in Bhabar region of Indian Himalaya: status on yield attributes. Heliyon, 7(4), 1-15.   26. Xu, J., Henry, A., & Sreenivasulu, N. (2020). Rice yield formation under high day and night temperatures—A prerequisite to ensure future food security. Plant, Cell & Environment, 43(7), 1595–1608.
13.  Li, C. (2004). Characteristic analysis of the abnormal high temperature in 2003’s midsummer in Wuhan City. Journal of Central China Normal University. Natural Sciences, 38, 379-382.   27. Ye, C., Tenorio, F. A., Argayoso, M. A., Laza, M. A., Koh, H. J., Redoña, E. D., & Gregorio, G. B. (2015). Identifying and confirming quantitative trait loci associated with heat tolerance at flowering stage in different rice populations. BMC Genetics, 16(1), 1-10.
14. Liu, J., Hasanuzzaman, M., Wen, H., Zhang, J., Peng, T., Sun, H., & Zhao, Q. (2019). High temperature and drought stress cause abscisic acid and reactive oxygen species accumulation and suppress seed germination growth in rice. Protoplasma, 256, 1217–1227.          28. Ying, C., Lin, F., Shu-Ya, K., & Hao, G. (2021). Index for climate change adaptation in China and its application. Advances in Climate Research, 12(5), 723-733.

  • تاریخ دریافت 18 مرداد 1404
  • تاریخ بازنگری 13 مهر 1404
  • تاریخ پذیرش 27 مهر 1404
  • تاریخ انتشار 01 مهر 1404