Evaluation of Spatial Variation of Soil Fertility Quality and Its Relationship with Rice Yield in Paddy Fields of Kuchesfahan District, Guilan Province

Document Type : Research Paper

Authors

1 PhD candidate, Lorestan University

2 Associate Professor, Department of Soil Science Engineering, Faculty of Agriculture, Lorestan University, Khorram Abad, Iran

3 Associate Professor, Soil and Water Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Karaj

Abstract

Rice (Oryza sativa L.) is one of the strategic agricultural products of Iran. Recognizing the fertility status and quality of paddy soils is the effective factors on increasing rice yield. The aim of this study was to determine the quality of soil fertility and identify its limiting factors in paddy fields of Kuchesfahan District, Iran. For this purpose, before rice cultivation, a total of 130 composite soil samples with uniform geographical distribution were collected and prepared to measure some important physical and chemical properties affecting soil quality. Then, rice yield was measured in 70 locations. Principal component analysis and fuzzy logic were used to prepare the minimum effective data set and qualitative ranking of soil properties, respectively. After determining the soil quality index using the integrated algorithm, its relationship with rice yield was determined by statistical methods and spatial statistics using regression method. As the minimum effective data set, the total N, available P, K, Fe, percentages of clay and silt, and cation exchange capacity described 72% of the studied soil changes. Paddy fields in the western half of Kuchesfahan had more deficiency in total N and available P. These soils were also of lower fertility quality. Some of the lands located in the north and northeast of the study area had a soil quality index of more than 0.95 and were in the very fertile group. In these soils, the yield of rice was higher than other areas. The lowest yield of Hashemi cultivar was 3500 kg/ha in the southern half, and the highest yield was 5272 kg/ha in the eastern half of the study area. Due to deficiency of total N and available P in 36% and 50% of the studied lands, respectively, it is necessary that fertilizer application for these nutrients be site-specific and in proportion to their soil fertility status.

Keywords

Main Subjects

References

  1. احمدی، ک. عبادزاده، ح.ر.، حاتمی، ف. عبدشاه، ﻫ و کاظمیان، آ. 1399. آمارنامه کشاورزی سال زراعی 98-1397 جلد اول: محصولات زراعی. وزارت جهاد کشاورزی. 89 صفحه
  2. اسدی پرور، م. کریمی، ش. و ساجدی، م. 1393. سیمای کشاورزی مرکز جهاد کشاورزی کوچصفهان. گزارش تحلیلی از فعالیت‌های بخش کوچصفهان. انتشارات سازمان جهاد کشاورزی استان گیلان
  3. بنائی، م.ح.، 1377. نقشه رژیم رطوبتی و حرارتی خاک‌های ایران، مقیاس 1:250000. انتشارات مؤسسه تحقیقات خاک و آب، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی.
  4. بی‌نام. 1398. آمار وضعیت برنج کاری استان گیلان. سازمان جهاد کشاورزی استان گیلان
  5. پاداشت دهکایی، ف.، تجددی طلب، ک.، حسینی چالشتری، م.، و همکاران 1394. راهنمای برنج (کاشت، داشت، برداشت و پس از برداشت). انتشارات نشر آموزش کشاورزی. 757 صفحه
  6. حیدری کمال آبادی، ر.، نبی زاده زوالپیرانی، م.، مجاوریان، س.م.، خانکشی پور، غ. و دزیانی، س . 1395. عوامل موثر بر مقدار مصرف برنج در سبد غذایی خانوارهای شهرستان رشت. نشریه اقتصاد کشاورزی و توسعه. شماره 96 : 126-109
  7. دوات‌گر، ن.، زارع،ا.، شکوری کتیگری، م.،  رضائی، ل و همکاران. 1394. بررسی وضعیت حاصلخیزی خاک‌های شالیزاری استان گیلان. نشریه مدیریت اراضی. جلد 3، شماره 1:1-13.
  8. دوات‌گر، ن.، شکوری کتیگری، م.، رضائی. ل.، دلسوز خاکی، ب.، شکری واحد، ح.، و کاووسی، م. 1398. تغییرات مکانی وضعیت حاصلخیزی خاک شالیزارهای بخش جنوبی دشت فومنات. نشریه پژوهش‌های خاک. جلد 33 شماره 2: 155-141
  9. دوات‌گر، ن.، کاووسی، م. یزدانی، م.ر.، رضایی، م. شکوری کتیگری، م. رضائی، ل. رودپیما، م. دریغ گفتار، ف. پیکان، م. احمدزاده، س. کشتکار، ف. و عطار، ا .1394. شناسایی و ارزیابی منابع آلاینده و کیفیت آب‌های سطحی کشاورزی دشت گیلان با استفاده از سامانه GIS (فاز اول دشت مرکزی گیلان). گزارش نهایی پروژه تحقیقاتی. موسسه تحقیقات برنج کشور
  10. علی‌نیا، ف.، نوری دلاور، م.ز،. حسینی چالشتری، م.، و قدسی، م. 1394. تحول در تولید برنج کشور از طریق معرفی ارقام پرمحصول سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی. انتشارات موسسه تحقیقات برنج کشور
  11. کاووسی، م. و م. ج.، ملکوتی. 1385. تعیین حد بحرانی پتاسیم با عصاره گیر استات آمونیوم در شالیزارهای گیلان. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی. جلد 10، صفحات 113 الی 124.
  12. کریمی امیرکیاسر، م.، کاووسی، م. و شکری واحد، ح. 1392، غلظت بحرانی فسفر در خاک‌های شالیزار استان گیلان. نشریه دانش آب و خاک . جلد 23 شماره 1: 123-134.
  13. محمود سلطانی، ش، دوات‌گر، ن، شکوری، م و م. پیکان. 1396. تغییرات مکانی شکل‌های مختلف فسفر در اراضی شالیزاری. نشریه پژوهش‌های حفاظت آب و خاک. جلد 25 شماره 5: 109-93.
  14. ملکوتی، م.ج و کاووسی، م. 1383. تغذیه متعادل برنج. انتشارات سنا.
  15. میرنیا، خ و محمدیان، م. 1384. برنج، اختلالات عناصرغذایی، مدیریت عناصرغذایی. انتشارات دانشگاه مازندران. 436 صفحه.
  16. یزدانی، م.ر.، اسدی، ر و عرب زاده، ب. 1399. تعیین آب مصرفی برنج در استان‌های گیلان و مازندران. گزارش نهایی طرح تحقیقاتی. موسسه تحقیقات برنج کشور
  17. یزدانی، م. 1379. تعیین مقدار عرضه پتاسیم توسط منابع مختلف آب آبیاری به شالیزارهای استان گیلان. گزارش نهایی پروژه تحقیقاتی. موسسه تحقیقات برنج کشور
  18. Andrews S.S., Karlen D.L and C.A. Cambardella, .2004. The soil management assessment framework: A quantitative soil quality evaluation method. Soil Science Society of America Journal. 68:1945-1962.
  19. Andrews, S. S, and C. R. Carroll. 2002. Designing a soil quality assessment for sustainable agroecosystem management. Ecological Applications. 11: 1573–1585.
  20. Andrews, S. S., Florab, C. B. Mitchell, J. P., and Karlen, D. L. 2003. Growers perceptions and acceptance of soil quality indices. Geoderma, 114: 187– 213.
  21. Andrews, S.S., Mitchell, P.J., Mancinelli, R., Karlen K.L., Hartz T.K., Horwath W.R., Pettygrove G.S., Scow K.M., and Munk D.S. On-farm assessment of soil quality in California’s central valley. Agronomy Journal. 94: 12–23.
  22. Bhaduri, D., and Purakayastha, T.J., 2014. Long-term tillage, water and nutrient management in rice-wheat cropping system: assessment and response of soil quality. Soil Tillage Research. 144: 83–95.
  23. Boluda, R., Roca-Pérez, L., Iranzo, M., Gil, C., and Mormeneo, S., 2014. Determination of enzymatic activities using a miniaturized system as a rapid method to assess soil quality. European Journal of Soil Science. 65: 286–294.
  24. Borges, M., DeMello, W.V., Abrahao, A.P., Jordao, C.P., and Simas, N.B. 2001. Methods for evaluation of easily dedusible iron and manganese in paddy soils. Communication Soil Science and Plant Analysis. 32: 3009-.2203.
  25. Bünemann, E.K., Bongiorno, G., Bai, Z.G., de Goede, R., Mäder, P., Sukkel, W., Brussaard, , 2018. Soil quality – a review. Soil Biology and Biochemistry. 120, 105–125. Bullock, D.G., 1992. Crop rotation. Critical Reviews in Plant Sciences. 11: 309–326.
  26. D Li, T Nanseki, Chomei, Y and Fukuhara, Y .2018. Impact of soil chemical properties on rice yield in 116 paddy fields sampled from a large-scale farm in Kinki region, Japan. 4th International Conference on Agricultural and Biological Sciences., Hangzhou, China
  27. Darsowiyono S., Rosariastuti R. Pranoto P. and, Okvitasari F. 2017. Assessment of paddy soil quality index based on differences in the productivity of paddy in Wonogiri Regency. Journal of Agricultural Studies, 5 (2):181-189.
  28. Delsouz Khaki, B., Honarjoo, N., Davatgar, N., Jalalian, A., Torabi Golsefidi, H., 2017. Assessment of two soil fertility indices to evaluate paddy fields for rice cultivation. Sustainability 9: 1–13
  29. Doberman, A., and Fairhurst, T. 2000. Rice nutrient disorders and nutrient management. International Rice Research Institute.
  30. Dobermann, A., Oberthur, T., 1997. Fuzzy mapping of soil fertility. a case study on irrigated rice land in the Philippines. Geoderma, 77: 317–339.
  31. Doran JW, Parkin BT. Defining and assessing soil quality. In: Doran JW, Coleman DC, Bezdicek DF, Stewart BA, editors. Defining Soil quality for a Sustainable Environment. Madison: Soil Science Society of America Journal.1994. pp. 3–21.
  32. Doran, J.W., 2002. Soil health and global sustainability: translating science into practice. Agriculture, Ecosystems and Environment. 88: 119–127.
  33. Dou F, Soriano J, Tabien RE, Chen, K. 2016. Soil texture and cultivar Effects on Rice (Oryza sativa, L.) Grain Yield, Yield Components and Water Productivity in Three Water Regimes. PLoS ONE 11(3): e0150549.
  34. Karlen, D.L., Stott, D.E., 1994. A framework for evaluating physical and chemical indicators of soil quality. In: Doran, J.W., Coleman, D.C., Bezdicek, D.F., Stewart, B.A.(Eds.), Defining Soil Quality for a Sustainable Environment. Soil Science Society of America. Madison; WI, pp.53–72.
  35. Liu, Z., Zhou, W., Li, S., He, P., Liang, G., Lv, J., and Jin, H. 2015. Assessing soil quality of gleyed paddy soils with different productivities in subtropical China. Catena. 133: 293-302.
  36. Lopez-Granados, F., M. Jurado-Exposito., S. Atenciano., A. Garcıa-Ferrer., M. Sanchez de la Orden., and L. Garcıa-Torres. 2002. Spatial variability of agricultural soil parameters in southern Spain. Plant and Soil. 246: 97–105.
  37. Nannipieri, P., Ascher, J., Ceccherini, M.T., Landi, L., Pietramellara, G., Renella, G., 2003. Microbial diversity and soil functions. European Journal Soil Science. 54: 655–670
  38. Shukla, M. K., Lal, R and Ebinger, M. 2006. Determining soil quality indicators by factor analysis. Soil and Tillage Research, 87(2): 194-204.
  39. Spiegel, H., Zavattaro, L., Guzmán, G., D’Hose, T., Pecio, A., Lehtinen, T., Schlatter, N., ten Berge, H., and Grignani, C., 2015. Compatibility of agricultural Management Practices and Mitigation and Soil Health: Impacts of Soil Management Practices on Crop Productivity, on Indicators for Climate Change Mitigation, and on the Chemical, Physical and Biological Quality of Soil.
  40. Sun, B., Zhou, S., and Zhao, Q., 2003. Evaluation of spatial and temporal changes of soil quality based on geostatistical analysis in the hill region of subtropical China.115 (1-2):85-99
  41. Tesfahunegn, G.B., 2014. Soil quality assessment strategies for evaluating soil degradation in northern Ethiopia. Applied and Environmental Soil Science. https://doi.org/10.1155/2014/646502
  42. Trangmar, B.B., Yost, R.S., and Uehara, G. 1985. Application of geostatistics to spatial studies of soil properties. Advances in Agronomy. 38: 45-94.
  43. Van Diepeningen, A.D., de Vos, O.J., Korthals, G.W., van Bruggen, A.H.C., 2006. Effects of organic versus conventional management on chemical and biological parameters in agricultural soils. Applied Soil Ecology. 31:120–135.
  44. Velasquez, E., Lavelle, P., and Andrade, M. 2007. GISQ, a multifunctional indicator of soil quality. Soil Biology and Biochemistry. 39(12): 3066-3080.
  45. Webster, R., and Oliver, M. A. 2000. Geostatistics for environmental scientists. John Wiley and Sons.
  46. Wilding, L.P., and Dress, L.R. 1983. Spatial variability and pedology. In: Wilding, L.P., Smeckand, N.E., and Hall, G.F. (eds.). Pedogenesis and soil taxonomy. I. Concepts and interactions. Elsevier Science Pub. Pp: 83-116.
  47. Yang, X., Chen, X., and Yang, , 2019. Effect of organic matter on phosphorus adsorption and desorption in a black soil from Northeast China. Soil and Tillage Research, 187: 85-91.
  48. Yong, J., Wenju, L., Dazhong, W., Yuge, Z., and Wenbo, C. 2005. Spatial heterogeneity of DTPA extractable zinc in cultivated soils induced by city pollution and use. Science in China Series. C: Life Science. 48 (1): 82-91.
Iranian Journal of Soil Research
Volume 35, Issue 3
December 2021
Pages 253-268

Files

Share

How to cite

Statistics