Investigation of the Effect of Silicon on Wheat Yield and Water Use Efficiency under Water Stress Conditions

Document Type : Research Paper

Authors

1 M.Sc., Department of Soil Science, Faculty of Agriculture, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran

2 Professor, Dept. of Soil Science, Faculty of Agriculture, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran

3 Assistant Professor, Department of Soil Fertility, Chemistry and Plant Nutrition, Soil and Water Research Institute (SWRI), Agricultural Research Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran

4 Researcher, Department of Soil Fertility, Chemistry, and Plant Nutrition, SWRI, AREEO, Karaj, Iran

10.22092/ijsr.2023.358545.663

Abstract

This study was conducted to investigate the effect of silicon on wheat yield and water use efficiency (WUE) in water stress conditions. The study site was Research Farm of Soil and Water Research Institute in Karaj. The experiment was conducted as a randomized complete block design with split plots, in 2018-219 season. The main factor was irrigation at two levels of full irrigation and stress (40% less than wheat water requirement), and the secondary factor including foliar application of potassium silicate at three levels (zero, 2.5 and 5 kg/ha) at three growth stages (shooting, flowering, and grain filling) and soil application of potassium silicate (zero and 20 kg/ha). The results showed that soil and foliar application of potassium silicate increased grain yield, thousand-grain weight, number of seeds per spike, spike length, and height of wheat plant. Reducing irrigation from 100% to 60% of wheat water requirement caused a decrease in grain yield by 8.3%, but the application of potassium silicate compensated for this decrease, such that under drought stress, wheat grain yield with application of 0.005 potassium silicate increased by 30.6% compared to the non-application of silicon. The highest WUE was obtained under water stress conditions and application of 5‰ potassium silicate increased the WUE by 31% compared to non-application. Therefore, in the conditions of water stress, compared to the farmers' practices, foliar application of potassium silicate with a concentration of 5‰ can be recommended during the growth stages of wheat.

Keywords

Main Subjects

References

  1. پارساپور، ع.، ع، بخشنده.، م.ح، قرینه.، ح، فیضی.، و م.ر، مرادی تلاوت. 1398. تأثیر محلول­پاشی برگی و سیلیسیم دی اکسیدنانو و غیرنانو بر عملکرد و توزیع مجدد ماده خشک گندم در شرایط تنش خشکی. نشریه تنش­های محیطی در علوم زراعی. 12(2): 388-377.
  2. پورمراد، م.، م.ج، ملکوتی.، و م.م، طهرانی. 1397. بررسی اثر اسیدهیومیک و اسیدفولویک بر روی عملکرد گندم و کارایی مصرف آب تحت تنش خشکی. نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی).32(5):977-985.
  3. حقیقت­نیا، ح.، و م.م، طهرانی. 1398. بررسیتأثیرسیلیکاتپتاسیمبرگندمرقمشیرودیتحتشرایطتنش خشکی. شانزدهمین کنگره علوم خاک ایران. زنجان.
  4. خدابنده­لو، ش.، ع، سپهری.، گ، احمدوند.، و الف.ح، کشتکار. 1393. اثر مصرف سیلیکون برعملکرد دانۀ ارزن معمولی وبازده مصرف آب تحتشرایط تنش خشکی. مجله به­زراعی کشاورزی. 16(2):399-416.
  5. صالح، ج.، ن، نجفی.، و ش، اوستان. 1394. تأثیر مصرف سیلیسیم بر رشد، ترکیب شیمیایی و برخی ویژگی­های فیزیولوژیکی برنج (Oryza sativa)در شرایط شور. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی. جلد 72. صفحات 240-229.
  6. صیادی، ف.، م، سعیدی.، س، جلالی هنرمند.، ش، ساسانی.، و م.الف، قبادی. 1398. اثر تنش کم­آبی انتهای فصل بر خصوصیات فیزیولوژیکی منابع جاری، ذخیره­ای و ظرفیت تولیدی ارقام گندم نان Triticum aestivum)) مناطق معتدله. نشریه بوم­شناسی کشاورزی. 11(2): 723-737.
  7. طهرانی، م.م.، ل، رضاخانی. 1401. بررسی تأثیر سیلیسیم بر عملکرد گندم و کارایی کود و آب در شرایط تنش خشکی. گزارش نهایی با شماره فروست 62096. موسسه تحقیقات خاک و آب. کرج. ایران.
  8. فراهانی، ح.، ن، ساجدی.، ح، مدنی.، م، چنگیزی.، و م.ر، نائینی. 1400. تأثیر کاربرد سیلیکات پتاسیم برکارایی مصرف آب، خصوصیات عملکردی و عملکرد اسانس گیاه گل محمدی (Rosa damascena Miller) در شرایط تنش کمبود آب. نشریه علوم باغبانی ایران. 52(1):171-182.
  9. کرملاچعب، ع.، م.ح، قرینه.، ع، بخشنده.، م.ر، مرادی تلاوت.، و ق، فتحی. 1392. تأثیر کاربرد سیلیسیم بر صفات فیزیولوژیکی و رشد گندم Triticum aestivum)) تحت تنش خشکی آخر فصل. نشریه بوم‌شناسی کشاورزی. 5 (4): 442-433.
  10. محمدنیا، ر.، ع، رضایی­نژاد.، و ص، بهرامی­نژاد. 1397. تأثیر دور آبیاری و کاربرد سیلیسیم بر برخی ویژگی­های مورفوفیزیولوژیکی و بیوشیمیایی ریحان (Ocimum basilicum). نشریه علوم باغبانی ایران. 49(1):37-45.
  11. مقصودی، ک.، و ی، امام. 1395. واکنش ارقام گندم نان به برگ­پاشی سیلیسیم در شرایط تنش خشکی بعد از گلدهی. نشریه تولید و فرآوری محصولات زراعی و باغی. 6(19): 1-13.
  12. مهرگان، ب.، ص، موسوی­فرد.، و ع، رضایی­نژاد. 1397. تأثیر محلول‌پاشی سیلیکات­ پتاسیم بر برخی ویژگی­های مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی گیاه آلترنانترا (Alternanthera repens) تحت تنش خشکی. نشریه به­زراعی کشاورزی. 20(1): 299-314.
  13. نباتی، ج. 1383. اثر فواصل آبیاری بر خصوصیات زراعی، مورفولوژیکی و کیفی ارزن، سورگوم و ذرت علوفه­ای. دانشگاه فردوسی مشهد. مشهد. پایان نامه کارشناسی ارشد.
  14. هاشمی­دزفولی، الف.ل.، ع، کوچکی.، و م، بنیان اول. 1374. افزایش عملکرد گیاهان زراعی (تألیف ان. کا. فاجریا.)، انتشارات جهاد دانشگاهی مشهد، چاپ اول.
  15. یوسفی، ر.، و م، اثنی­عشری. 1396. تأثیر میکرو و نانوذرات سیلیسیم بر غلظت عناصر پرمصرف، کم­مصرف و میزان سیلیسیم گیاه توت­فرنگی در شرایط کشت بدون خاک. نشریه علوم و فنون کشت­های گلخانه­ای. 8(1):57-71.
  16. یوسفی، م.، ش، انتشاری.، م، سعادتمند. 1393. بررسی تأثیر تیمار سیلیسیم بر برخی خصوصیات ریخت‌شناسی، تشریحی و فیزیولوژیک گاوزبان ایران. نشریه علوم و فنون کشت‌های گلخانه‌ای، سال پنجم، شماره 18.
  17. Barker, A.V., and D.J, Pilbeam. 2007. Hand book of Plant Nutrition. CRC Press. New York, USA.
  18. Gong, H., and K, Chen. 2012. The regulatory role of silicon on water relations, photosynthetic gas exchange, and carboxylation activities of wheat leaves in field drought conditions. Acta Physiologiae Plantarum. 34: 1589-1594.
  19. Hattori, T., K, Sonobe., S, Inanaga., P, An., W, Tsuji., H, Araki., A.E, Eneji., and S, Morita. 2007. Short term stomatal responses to light intensity changes and osmotic stress in sorghum seedlings raised with and without silicon. Environmental and Experimental Botany. 60: 177-182.
  20. Heidari, M., and V, Karami. 2014. Effects of different mycorrhiza species on grain yield, nutrient uptake and oil content of sunflower under water stress. Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences. 13(1): 9-13.
  21. Kaya, C., L. Tuna., and D, Higgs. 2006. Effect of silicon on plant growth and mineral nutrition of maize grown under water-stress conditions. Journal of Plant Nutrition. 29: 1469-1480.
  22. Li, Q.F., C, Ma., and Q.L, shang. 2007. Effects of silicon on photosynthesis and antioxidative enzymes of maize under drought stress. Ying Yong Sheng Tai Xue Bao. 18(3): 531-536.
  23. Ma, J., and N, Yamaji. 2006. Silicon uptake and accumulation in higher plants. Trends in Plant Science 11: 392-397.
  24. Nezhadahmadi, A., Z.H, Pradhan., and G, Faruq. 2013. Drought tolerance in wheat. The Scientific World Journal. 12 pp.
  25. Rafi, M.M., and E, Epstein., R.H, Falk. 1997. Silicon deprivation causes physical abnormalities in wheat (Triticum aestivum). Journal of Plant Physiology. 151: 497.
  26. Rezakhani, L., B, Motesharezadeh., M.M, Tehrani., H, Etesami., and H, Mirseyed Hosseini. 2019. Phosphate–solubilizing bacteria and silicon synergistically augment phosphorus (P) uptake by wheat (Triticum aestivum) plant fertilized with soluble or insoluble P source. Ecotoxicology and Environmental Safety.173:504-513.
  27. Rezakhani, L., B, Motesharezadeh., M.M, Tehrani., H, Etesami., and H, Mirseyed Hosseini. 2020. Effect of Silicon and Phosphate-Solubilizing Bacteria on Improved Phosphorus (P) Uptake Is Not Specific to Insoluble P- Fertilized Sorghum (Sorghum bicolor) Plants. Journal of Plant Growth Regulation. 39 (1): 239-253. doi:10.1007/s00344-019-09978-x
  28. Romero-Aranda, M.R., O, Jurado., and J, Cuartero. 2006. Silicon alleviates the deleterious salt effect on tomato plant growth by improving plant water status. Plant Physiology. 163: 847-855.
  29. Savant, N.K., G.H, Snyder., and L.E, Datnoff. 1999. Silicon management and sustainable rice In: advances in agronomy. V. 58. D. L. Sparks ed. Academic press, San Diego. Ca. Pp. 151-199.
  30. Shen, X., Y, Zhoua., L, Duana., Z, Li., A.E, Eneji., and J, Li. 2010. Silicon effects on photosynthesis and antioxidant parameters of soybean seedlings under drought and ultraviolet-B radiation. Journal of Plant Physiology. 167: 1248-1252.
  31. Trenholm, L.E., L.E, Datnoff., and R.T, Nagara. 2004. Influence of silicon on drought and shade tolerance of St. Augustine grass. Hort Technology. 14:487-490.
  32. Ueno, O., and S, Agarie. 2005. Silica deposition in cell walls of the stomatal apparatus of rice leaves. Plant Production Science. 8:71-73.
Iranian Journal of Soil Research
Volume 36, Issue 4
March 2023
Pages 335-347

Files

Share

How to cite

Statistics