Irrigation and Water Engineering

Irrigation and Water Engineering

Effect of Mole Drainage and Intermittent Irrigation on Yield and Water Productivity of Rice in Rasht Region

Document Type : Original Article

Authors
Mohammad Hassan Biglouei 1
Zahra Talebi Abatari 2
Maryam Navabian 1
Gholamreza Mohseabadi 3
1 Department of Water Engineering, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan, Iran
2 Water Engineering Department, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan, Iran
3 Department of Agriculture and plant breeding, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan, Iran
10.22125/iwe.2025.471010.1820
Abstract
To compare the conventional permanent flood irrigation regime with the intermittent irrigation regime utilizing mole drainage in Hashemi variety rice fields, a factorial experiment was conducted using a randomized complete block design with three replications during the 2020-2021 crop year at the Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan. The experimental factors included three levels of drainage treatments (D0: no drainage, D1: mole drainage without gravel, and D2: mole drainage with gravel) and two irrigation regimens (I1: permanent flooding until the end of the growth period and I2: intermittent irrigation starting after the tillering stage with a 5-day irrigation interval until the end of the growth period). The results showed that the highest grain yield was achieved under the I1 irrigation regime, with a yield of 7601.4 kg/ha, while the I2 regime yielded 6655.0 kg/ha, indicating a 12.45% decrease in grain yield for I2 despite a 22% reduction in water consumption. Additionally, interaction effects revealed that the highest dry matter yield of 18849.0 kg/ha and water productivity based on dry matter of 1.57 kg/m³ were observed in treatments D1×I1 and D1×I2, respectively. Therefore, for optimal grain yield and dry matter production under conditions without water limitation, the D1×I1 treatment is recommended, while in scenarios with water limitations, the D1×I2 treatment is suggested for achieving higher water productivity indices based on both grain yield and dry matter, providing viable options for rice cultivation in the Rasht region.
Keywords
Dry matter
Harvest index
Hashemi variety rice
Paddy field drainage
Permanent flood irrigation
Subjects
احمدی، ک.، ح. ر. عبادزاده، ه. عبدشاه، آ. کاظمیان و م. رفیعی. 1397. آمارنامه کشاورزی سال زراعی 96-1395 جلد اول: محصولات زراعی. وزارت جهادکشاورزی، معاونت برنامه‌ریزی و اقتصادی، مرکز فناوری اطلاعات و ارتباطات، صفحه 116.
اعلایی­بازکیایی، پ.، ا. امیری، ب. کامکار،  م. رضایی و ح. کاظمی. 1398. اثر مدیریت آبیاری و تاریخ کاشت بر عملکرد و بهره‎وری آب در برنج (Oryza sativa L.) . نشریه تولید گیاهان زراعی. 12(4)، 170-157.
بی‎نام. 1389. آمارنامه کشاورزی (جلد اول محصولات زراعی 88-1387). وزارت جهاد کشاورزی، معاونت برنامه­ریزی و اقتصادی. دفتر آمار و فناوری اطلاعات. تهران. ایران. 114.
سپاسخواه، ع.، ع. توکلی و ع. موسوی. 1384. اصول و کاربرد کم آبیاری. چاپ اول. انتشارات کمیته ملی آبیاری و زهکشی ایران. 288.
خلیلی‎واودره، س.، ع. شاهنظری، م. خ. ضیاءتبار احمدی و م. چراغیزاده. 1396. اولویت‎بندی مکانی زه‌کشی زیرزمینی در محدوده پروژه آبیاری و زه‌کشی البرز. پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز، 8(15): 190-180.
درزی-نفچالی، ع.، س. م. میرلطیفی، ع. شاهنظری، ف. اجلالی، ف. و م. ح. مهدیان. 1391 تأثیر زهکشی سطحی و زیرزمینی بر تلفات فسفر از شالیزارها در طول فصل رشد برنج. مجله آبیاری و زهکشی ایران. 6 (3)، 225-215.
رضایی، م و م. نحوی. 1386. تأثیر روش های مختلف مدیریت آبیاری بر کارایی مصرف آب و عملکرد برنج. نشریه علوم کشاورزی 1(9): 25-15.
سعادتی، ن. 1377. بررسی اثر تنش آب در مراحل مختلف رشد برنج بر روی عملکرد و تعیین میزان آب مصرفی رقم‌های  طارم-نعمت. گزارش نهایی طرح تحقیقاتی موسسه تحقیقات برنج کشور-معاونت آمل. 17.
شعاعی پرچین، ن.، م.ح. بیگلوئی، غ.ر. محسن­آبادی و م.ب. فرهنگی. 1401. تأثیر تلفیق روش‎های آبیاری غرقابی و قطره‎ای در سطوح مختلف کود نیتروژن و تعداد نشاء بر عملکرد و بهره‎وری آب برنج. نشریه مدیریت آب در کشاورزی، 9(1): 148-135.
صالحی هیکویی، م.،   ، ع. درزی نفت چالی، 2 ، ع. شاهنظری، م.جعفری تلوکلایی.1396.  بررسی اثر مدیریت آبیاری در شالیزارهای مجهز به زه‌کشی زیرزمینی بر ارتفاع بوته، تعداد پنجه و عملکرد دانه برنج. فصلنامه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب، 7(27): 119-107.
صداقت، ن، ه. پیردشتی، ر. اسدی و س.ی. موسوی طغانی. 1393. اثر روشهای آبیاری بر بهره‎وری آب در برنج. نشریه پژوهش آب در کشاورزی، 28(1): 9-1.
علیزاده، ا. 1392. زهکشی جدید، اصول برنامه ریزی و طراحی سیستم‌های جدید زه‌کشی اراضی. انتشارات دانشگاه امام رضا، 161 ص.
کاوسی، م. و م. ر. یزدانی. 1399. اثر دور آبیاری و میزان کود نیتروژن بر عملکرد دانه و اجزای عملکرد برنج (Oryza sativa L.) رقم هاشمی. نشریه علوم زراعی ایران. 22(2): 182-168.
کیاء، ع. 1384. زه‎کشی زیرزمینی در اراضی شالیزاری . مرکز توسعه منابع انسانی کشاورزی هراز، 22 ص.
مهدوی، ف.، م. ع. اسماعیلی، ا. فلاح و ه. پیردشتی. 1384. مطالعه خصوصیات مرفولوژیک، شاخص‌های فیزیولوژیک، عملکرد و اجزای عملکرد دانه در ارقام بومی و اصلاح شده برنج(Oryza sativa L.). مجله علوم زراعی ایران، 17(4): 298-280.
میرابوالقاسمی، س. م.، م. قبادی نیا، ا.ر. قاسمی و م.ر. نوری امامزاده ای. 1396. تأثیر آبیاری زیرزمینی و مدیریت آبیاری بر مشخصه­های رشد و اجزای عملکرد برنج در منطقه خشک و نیمه خشک. نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی). 31(2): 411-421.
Africare Oxfam America. WWF-ICRISAT Project. 2010. More rice for people, more water for the planet. WWF-ICRISAT project, Hyderabad, India.
Arif, C., B.I. Setiawan, H.A. Sofiyuddin, and L.M. Martief. 2013. Enhanced water use efficiency by intermittent irrigation for irrigated rice in Indonesia. Journal of Islamic Perspective on Science, Technology and Society. 1(1): 12-17.
Arif, C., S. K. Saptomo, B I. Setiawan, M. Taufik, W. B. Suwarno, B. D. Apri Nugroho and M. Mizoguchi. 2024. Water saving rice cultivation using sheet-pipe subsurface irrigation.  Heliyon, 10. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e30799
Arora, N. K. 2019. Impact of climate change on agriculture production and its sustainable solutions, Environmental Sustainability 2. https://doi.org/10.1007/ s42398-019-00078-w.
Bouman, B., S. Peng, A. Castaneda, and R. Visperas. 2005. Yield and water use of irrigated tropical aerobic rice systems. Agricultural Water Management, 74(2): 87-105.
Bouman, B.A.M. 2007. A c.
onceptual framework for the improvement of crop water productivity at different spatial scales. Agricultural Systems. 93, 43–60.
Dawe, D. 2005. Increasing water productivity in rice-based systems in Asia-past trends, current problems, and future prospects. Plant Production Science. 8. 221-230
English, M. J. and L. G. James. 1990. Deficit irrigation. П: bservation on Colombia basin. ASCE, Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 116, 413-426
FAO. 2020. FAOSTAT, Available at http://www.fao.org/faostat/en/#data/QC
Furukawa, Y., Y. Shiratori and K. Inubushi. 2008. Depression of methane production potential in paddy soils by subsurface drainage systems. Soil Science and Plant Nutrition, 54, 950–959.
Gomez-Zavaglia, A., J. C.  Mejuto and J. Simal-Gandara. 2020. Mitigation of emerging implications of climate change on food production systems.  Food Res. Int. 134. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2020.109256.
He, H.B., R. Yang, L. Chen, H. Fan, X. Wang, S.Y. Wang, H.W. Cheng and F.Y. Ma. 2014. Rice root system spatial distribution characteristics at flowering stage and grain yield under plastic mulching drip irrigation (PMDI). Journal of Animal and Plant Science. 24, 290-301.
Hiya, H. J., M.A. Ali, M.A. Baten and S.C. Barman. 2020. Effect of water saving irrigation management practices on rice productivity and methane emission from paddy field. Journal of Geoscience and Environment Protection, 8, 182-196. https://doi.org/10.4236/gep.2020.89011
Kim, G.Y., J. Gutierrez, H.C. Jeong, J.S. Lee, M.D. Mozammel-aque and P.J. Kim. 2014. Effect of intermittent drainage on methane and nitrous oxide emissions under different fertilization in a temperate paddy soil during rice cultivation. J Korean Soc Appl Biol Chem.  57(2): 229−236.
Li, M., Y. Xu, Q. Fu, V.P. Singh, D. Liu and T. Li. 2020. Efficient irrigation water allocation and its impact on agricultural sustainability and water scarcity under uncertainty. J. Hydrol. (Amst.) 586. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2020.124888.
Masanneh-Ceesay, M. 2004. Management of rice production systems to increase productivity in the Gambia, West Africa. a dissertation presented to the faculty of the Graduate School of Cornell university in partial fulfillment of the requirements for the degree of doctor of philosophy, Pp:159.
Pascual, V.J. and Y.M. Wang. 2016. Evaluation for high water productivity and yield assessment of lowland paddy rice under controlled drainage and irrigation using the system of rice intensification (SRI). International Journal of science and Technology Reserch. 11(5): 263-268.
Piao, S., P. Ciais, Y. Huang, Z. Shen, S. Peng, J. Li, L. Zhou, H. Liu, Y. Ma and Y. Ding. 2010. The impacts of climate change on water resources and agriculture in China. Nature, 467(7311): 43-51.
Polat, M.Y. and M.E. Bilgili. 2023. A brief overview to give a new perspective on mole drainage. Int J. Agric Sc. Food Technol, 9(2): 016-020.
Singh, R., Rao, K. V., Singh, R. K., Singh, K. P., & Singh, S. K. 2022 Drainage technologies for enhancing productivity of temporary waterlogged vertisols. Journal of Agricultural Engineering, 59(3), 279-292.‏ https://doi.org/ 10.52151/jae2022593.1782
Tuohy, P., J. Humphreys, N.M. Holden and O. Fenton. 2016. Runoff and subsurface drain response from mole and gravel mole drainage across episodic rainfall events. Agric. Water Managenent, 169, 129–139.
USDA, 1993. Irrigation Water Requirements. National engineering handbook, Part 623, Chapter2. P. 281.
Watanabe, T. 2018. Paddy Fields as Artificial and Temporal Wetland. Irrigation in Agroecosystems. 15pp.
Yang, J. and J. Zhang. 2010. Crop management techniques to enhance harvest index in rice. Journal of Experimental Botany, 61: 3177–3189.
Yupu, H., Z. Jianyuna, Y. Shihong, H. Dalin and X. Junzeng. 2019. Effect of controlled drainage on nitrogen losses from controlled irrigation paddy fields through subsurface drainage and ammonia volatilization after fertilization. Agricultural Water Management, 221, 231-237.