تخمین عملکرد و بهره‌وری مصرف آب گوجه‌فرنگی با استفاده از روش طیف‌سنجی تحت رژیم‌های کم آبیاری و نانوذرات سیلیکا در شرایط گلخانه‌ای

امروزه مدیریت منابع آب به دلیل بروز خشکسالی‌ و کمبود آب به یکی از چالش‌های عمده در سطح جهان تبدیل شده-است. بنابراین نظارت و پایش به موقع و غیر مخرب بر بهره‌وری مصرف آب (wue) و عملکرد گیاه به منظور غربالگری ارقام با عملکرد و بهره‌وری مصرف آب بالا و تخصیص منطقی آب به یکی از اهداف مهم در کشاورزی تبدیل شده‌است. امروزه فناوری طیف‌سنجی در مقایسه با ابزارهای پایش و تشخیصی سنتی، امکان تخمین عملکرد و بهره‌وری مصرف آب را با بهره‌گیری از مقادیر زیاد داده‌های پیوسته در مقیاس بزرگ فراهم کرده‌است. بنابراین، هدف از این مطالعه بررسی امکان-سنجی قابلیت تخمین عملکرد و بهره‌وری مصرف آب (wue) گیاه گوجه‌فرنگی با استفاده از شاخص‌های طیفی wi3،wi4،nwi5، rdvi، ndvi و osavi بر اساس داده‌های طیفی در شرایط گلخانه‌ای بود. آزمایش به‌صورت کرت‌های خرد شده در قالب طرح کاملاً تصادفی اجرا شد. تیمارهای‌آزمایشی شامل دو سطح نانو ذرات سیلیکا با غلظت های صفر و100 میلی‌گرم بر لیتر به صورت تغذیه ریشه‌ای و سه رژیم آبیاری (80،100 و 60 درصد از نیاز آبی گیاه( بود. نتایج نشان داد که مقادیر بهره‌وری مصرف آب در گیاه گوجه‌فرنگی در تیمارهای کم آبیاری به طور متوسط نسبت به تیمار شاهد افزایش یافته‌است. همچنین به طور کلی بهره‌وری مصرف آب در نانو ذره با غلظت 100 میلی‌گرم بر لیتر نسبت به غلظت صفر میلی-گرم بر لیتر بیش‌تر بود. علاوه براین نتایج نشان داد مقادیر عملکرد گیاه گوجه‌فرنگی تحت تیمارهای آبیاری با افزایش تنش آبی و کاهش غلظت نانوذرات سیلیکا کاهش یافته‌‌است. همچنین نتایج نشان داد که شاخص‌های طیفی مورد مطالعه، قادرند 64 تا 77 درصد از تغییرات عملکرد گیاه و 55 تا 74 درصد تغییرات بهره‌وری مصرف آب در گیاه گوجه‌فرنگی تحت تاثیر تنش آبی و نانو ذرات سیلیکا را پیش‌بینی کنند. در میان تمام شاخص‌های طیفی آزمایش شده، شاخص طیفیnwi5 بیشترین و شاخص‌-rdvi کمترین ضریب تعیین را با شاخص‌های بهره‌وری مصرف آب و عملکرد در گیاه گوجه‌فرنگی نشان دادند. با توجه به نتایج بدست آمده، استفاده از ‌شاخص ‌های طیفی به عنوان ابزاری سریع، غیر مخرب و قابل قبول در برآورد بهره‌وری مصرف آب و عملکرد گیاه گوجه‌فرنگی گلخانه‌ای توصیه می‌شود.

estimation yield and water use efficiency of tomato using spectroscopy under deficit irrigation regimes and silica nanoparticle in greenhouse conditions

introduction: nowadays, the management of water resources has become one of the major challenges in the world due to recent droughts and water shortages. therefore, timely and non-destructive monitoring of water use efficiency (wue) and yield of plants to screen cultivars with high water use performance and efficiency and rational allocation of water has become one of the important goals in agriculture. compared with traditional crop yield and wue monitoring and diagnostic tools, hyperspectral remote sensing technology has made it possible to obtain water use efficiency and yield by taking advantage of large amounts of continuous data on a large scale. therefore, this study aimed to create a model capable of estimating the wue and yield of tomato plants based on hyperspectral remote sensing data by establishing a relationship between common spectral indices and wue and yield in greenhouse conditions.materials and methods: the research was carried out during the growing season of 2021 from january to june at the research greenhouse of the department of water and environmental engineering, shahid chamran university, ahvaz, khuzestan province, the main factor was irrigation treatments in three levels including full irrigation, 20%, and 40% deficit irrigation, and the sub-main factor was silica nanoparticles with concentrations of 0 and 100 mg/lit. the pot experiment plot was laid out in a split plot in a randomized complete design (rcd) with four replications (120 pots in total). then tomato yield and wue under the various treatments, were calculated. canopy hyperspectral reflectance was measured using a portable spectrometer (asd fieldspec 3) operated in the spectral range of 350-2500 nm. the spectral data acquisition was conducted in four stages of plant growth during the growing season and the data were used to calculate spectral indices nwi5, wi3, wi4, ndvi, ndvi, and osavi. then the ability of spectral indices to evaluate the water use efficiency and yield of tomato plants in different irrigation regimes and nanoparticles was investigated. analysis of variance (anova) was performed on spectral indices and wue and yield of tomato plants using a split plot design. the proc glm method of sas software (version 9.4, sas institute, inc., cary, nc, usa) was used for this analysis. then, in order to compare the averages and whether they have a significant difference with each other at the 0.01 and 0.05 levels, the least significant difference (lsd) test was used.results and discussion: the results showed that the water use efficiency (wue) under deficit irrigation treatments is increased with increasing water stress but the yield of tomato decreases with increase of water stress. in addition, the wue and yield of tomato increases with increasing the concentration of silica nanoparticles (from 0 to 100 mg/liter). the value of ndvi and osavi indices decreased with the increase of water stress, while the value of rdvi, wi3, wi4 and nwi5 indices increased. the amount of ndvi and osavi spectral indices in the treatment containing 100 mg/liter nanoparticles was higher than the treatment without nanoparticles. also, the amount of spectral indices rdvi, wi3, wi4 and nwi5 in nanoparticles with a concentration of 100 mg/liter was lower than the control treatment (zero concentration). the results also showed that the coefficient of determination between the different spectral indices and the wue and yield index was 0.55**furthermore, among the six spectral indices, three spectral indices (nwi5, wi3, and wi4) jointly met most of the criteria used to determine the accuracy of the models for predicting yield and wueconclusion: maintaining existing water resources through improving irrigation management and increasing water use efficiency and yield of plants is the main goal for the sustainable development of water agriculture. as a result, rapid and non-destructive monitoring of water use efficiency and yield is of great importance in improving irrigation management of crops and saving water consumption. significant relationship with yield and wue index of tomato plants in greenhouse conditions. in conclusion, spectral indices studied in this research could be useful and non-destructive assessments of the water use efficiency and yield of tomato in greenhouse conditions.keywords: deficit irrigation, spectral indices, spectroscopy, tomato plant, water use efficiency