مقايسه مدل‌هاي سينتيكي براي تخمين معدني‌شدن نيتروژن كودهاي آلي در شرايط رطوبتي مختلف

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

سابقه و هدف: اطلاع و آگاهي از سرعت معدني شدن نيتروژن مواد آلي عامل بسيار مهمي براي مديريت و تعيين نياز كودي نيتروژن مورد نياز گياهان مي‌باشد. پيش‌بيني فراهمي نيتروژن براي دوره رشد گياه از منابع مختلف كودي در ارتقا كارايي كودها و همچنين كاهش آلودگي‌هاي زيست‌محيطي نقش مهمي دارد (24). عوامل محيطي مانند دما و رطوبت مهم‌ترين عواملي هستند كه بر روي فرآيندهاي رهاسازي نيتروژن اثر مي‌گذارند. رطوبت خاك ميزان فراهمي اكسيژن را در خاك تنظيم مي‌كند و حداكثر فعاليت هوازي ريزجاندارن در محدوده رطوبتي 50 تا 70 درصد ظرفيت زارعي خاك اتفاق مي‌افتد (9، 15). اكثر پژوهشگران از مدل مرتبه اول براي تخمين پتانسيل رهاسازي نيتروژن استفاده كرده‌اند. لطفي و همكاران (2008) دريافتند كه مدل مرتبه اول داراي ضريب همبستگي معني‌داري (001/0P > ) براي تخمين ميزان و سرعت رهاسازي نيتروژن در يك خاك تيمار شده با كود گاوي و لجن فاضلاب بود (16). شاخص N0K بيانگر سرعت بالقوه معدني شدن نيتروژن (8) و معياري از فراهمي نيتروژن خاك براي گياه است (4). سودايي مشاعي و همكاران (2008) با بررسي شاخص N0K در كود دامي، ورمي‌كمپوست و كمپوست دريافتند كه اين شاخص در كود دامي بيش‌ترين و در كمپوست كم‌ترين مقدار بود (26). هدف از اين پژوهش بررسي قابليت برازش مدل‌هاي مختلف و انتخاب مناسب‌ترين مدل در تخمين ميزان رهاسازي نيتروژن از منابع مختلف آلي بود. مواد و روش‌ها: در اين پژوهش سرعت و ميزان رهاسازي نيتروژن از چهار نوع كود آلي (لجن فاضلاب، كود مرغي، كود گاوي و كاه و كلش گندم) در دو سطح رطوبتي (40 و 75 درصد ظرفيت زراعي) و سه تكرار در مدت 60 روز ارزيابي شد. نيتروژن معدني شده با روش اسپكتروفتومتر اندازه‌گيري شد و مدل‌هاي مختلف به روش حداقل مربعات خطا با مقادير اندزه‌گيري شده برازش داده شدند. براي انتخاب بهترين مدل از آماره‌هاي ضريب تبيين (R2)، ريشه ميانگين مربعات خطا (RMSE) و ميانگين خطا (ME) استفاده شد. يافته‌ها: نتايج نشان داد با آنكه مدل هاي مرتبه اول، سهموي، لگارتيمي و الوويچ داراي بشترين ضريب تبيين و كمترين ريشه ميانگين مربعات خطا بودند، اما مدل مرتبه اول برازش بهتري با داده‌هاي اندازه‌گيري شده نشان داد. بيش‌ترين مقدار شاخص فراهمي نيتروژن (N0k) در كود مرغي و كم‌ترين آن در كاه و كلش گندم مشاهده شد و ثابت سرعت معدني شدن نيتروژن (k) در كاه و كلش گندم نسبت به ساير مواد آلي داراي كم‌ترين مقدار بود. افزايش رطوبت از 40 به 75 درصد ظرفيت زراعي موجب افزايش مقدار نيتروژن معدني شده (Nmin) و ثابت سرعت معدني شدن نيتروژن شد. نتيجه‌گيري: استفاده از مدل مرتبه اول به‌دليل انطباق با شرايط واقعي و توجيه پارامترهاي آن، براي تخمين ميزان نيتروژن رهاسازي شده از كودهاي آلي توصيه مي‌گردد و بر اساس نتايج اين مدل، مي‌توان زمان مناسب كاربرد كود در مزرعه را تعيين نمود.

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.