مقایسه مدل‌های سینتیکی برای تخمین معدنی شدن نیتروژن کودهای آلی در شرایط رطوبتی مختلف

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دارنشگاه فردوسی مشهد

2 دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

چکیده مبسوط
سابقه و هدف
اطلاع وآگاهی از سرعت معدنی شدن نیتروژن مواد آلی عامل بسیار مهمی برای مدیریت و تعیین نیاز کودی نیتروژن مورد نیاز گیاهان می-باشد. پیش‌بینی فراهمی نیتروژن برای دوره رشد گیاه از منابع مختلف کودی در ارتقاء کارایی کودها و همچنین کاهش آلودگی‌های زیست محیطی نقش مهمی دارد (24). عوامل محیطی مانند دما و رطوبت مهم‌ترین عواملی هستند که بر روی فرآیند‌های رهاسازی نیتروژن اثر می‌گذارند. رطوبت خاک میزان فراهمی اکسیژن را در خاک تنظیم می‌کند و حداکثر فعالیت هوازی ریز جاندارن در محدوده رطوبتی 50 تا 70 درصد ظرفیت زارعی خاک اتفاق می‌افتد (9، 15). اکثر محققین از مدل مرتبه اول برای تخمین پتانسیل رهاسازی نیتروژن استفاده کرده-اند. لطفی و همکاران (2008) دریافتند که مدل مرتبه اول دارای ضریب همبستگی معنی‌داری (P > 0.001) برای تخمین میزان و سرعت رهاسازی نیتروژن در یک خاک تیمار شده با کود گاوی و لجن فاضلاب بود (16). شاخص N0K بیانگر سرعت بالقوه معدنی شدن نیتروژن (8) و معیاری از فراهمی نیتروژن خاک برای گیاه است (4). سودایی مشاعی و همکاران (2008) با بررسی شاخص N0K در کود دامی، ورمی کمپوست و کمپوست دریافتند که این شاخص در کود دامی بیشترین و در کمپوست کمترین مقدار بود (26). هدف از این پژوهش بررسی قابلیت برازش مدل‌های مختلف و انتخاب مناسب‌ترین مدل در تخمین میزان رهاسازی نیتروژن از منابع مختلف آلی بود.
مواد و روشها
در این پژوهش سرعت و میزان رهاسازی نیتروژن از چهار نوع کود آلی (لجن فاضلاب، کود مرغی، کود گاوی و کاه و کلش گندم) در دو سطح رطوبتی (40 و 75 درصد ظرفیت زراعی) و سه تکرار در مدت 60 روز ارزیابی شد. نیتروژن معدنی شده با روش اسپکتروفتومتر اندازه‌گیری شد و مدل‌های مختلف به روش حداقل مربعات خطا با مقادیر اندزه‌گیری شده برازش داده شدند. برای انتخاب بهترین مدل از آماره‌های ضریب تبیین (R2)، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) و میانگین خطا (ME) استفاده شد.
یافته‌ها
نتایج نشان داد با آنکه مدل‌های مرتبه اول، سهموی، لگارتیمی و الوویچ دارای بشترین ضریب تبیین و کمترین ریشه میانگین مربعات خطا بودند، اما مدل مرتبه‌ی اول برازش بهتری با داده‌های اندازه‌گیری شده نشان داد. بیشترین مقدار شاخص فراهمی نیتروژن (N0k) در کود مرغی و کمترین آن در کاه و کلش گندم مشاهده شد و ثابت سرعت معدنی شدن نیتروژن (k) در کاه و کلش گندم نسبت به سایر مواد آلی دارای کمترین مقدار بود. افزایش رطوبت از 40 به 75 درصد ظرفیت زراعی موجب افزایش مقدار نیتروژن معدنی شده (Nmin) و ثابت سرعت معدنی شدن نیتروژن شد.
نتیجه‌گیری
استفاده از مدل مرتبه اول به دلیل انطباق با شرایط واقعی و توجیه پارامترهای آن، برای تخمین میزان نیتروژن رهاسازی شده از کودهای آلی توصیه می‌گردد و بر اساس نتایج این مدل، می‌توان زمان مناسب کاربرد کود در مزرعه را تعیین نمود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Comparison the kinetic models to estimate the nitrogen mineralization from organic manures in different moisture condition

چکیده [English]

Extended Abstract
Background and objectives
Knowledge about the rate of nitrogen mineralization from organic matter is very important factor for land management and nitrogen demand of plants. Predicting the availability of nitrogen during the period of plant growth from different fertilizer sources has an important role to increase the fertilizer’s efficiency and to decrease the environmental pollution, too (24). The environmental factors such as temperature and moisture are the most important agents that affect the mineralization processes of nitrogen. Soil moisture regulates the content of oxygen availability and the maximum aerobic activity of micro-organisms is occurred at the range of 50-70% of field capacity soil moisture (9, 15). Most researchers have used the first order model for predicting the nitrogen mineralization potential. Lotfi et al (2008) fund that the first order model had the significant correlation coefficient (P > 0.001) for predicting the mineralization of nitrogen rate and content in a treated soil with cattle manure and sewage sludge. N0K index reflects the potential rate of nitrogen mineralization and is a criterion of nitrogen availability for plants (4). Soodaee Mashaee et al. (2008) investigated the N0K index in livestock manure, vermi-compost, and compost fund that this index was the highest value in livestock manure and the lowest in compost (26). The objective of this research was to study the capability fitting of different models for estimating the content of nitrogen mineralization from different organic sources and to select the best model.
Materials and Methods
In this research, the amount and rate of nitrogen (N) mineralization during 60 days from 4 organic manures (i.e. sewage sludge, poultry manure, cattle manure, and wheat straw) at 2 moisture amounts (40 and 75 % of field capacity) with 3 replications were evaluated. During the experiment, mineralized N was measured with spectrophotometry method and different models were fitted to measured data with least square error method. For selecting the best model, determination coefficient (R2), root mean square error (RMSE), and mean error (ME) were used.
Results
The results showed that although first order, parabolic, logarithmic, and Elovich models had the highest R2 and lowest RMSE, but it was demonstrated that the first order model showed the best fitting to measured data. The highest and lowest values of N availability index (N0k) were observed in poultry manure and wheat straw, respectively. Among the studied treatments, the rate of mineralized nitrogen constant (k) was the lowest value in wheat straw treatment. The mineralized nitrogen (Nmin) and K were increased by increasing the soil moisture content from 40 to 75 % of field capacity.
Conclusion
Due to the first order model was accordant with real condition and appropriate explanation of its parameters, it’s recommended for estimation the N mineralization from organic manures, and the suitable time for application of organic manures in the field can be determined according to the results of this models.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Field capacity
  • First order model
  • Incubation
  • Mineralized rate