Wheat growth and yield investigation under different levels of biochar and deficit irrigation under greenhouse conditions

Document Type : Research Paper


1 Graduated master student, Water Engineering Department, School of Agriculture, Shiraz University

2 Assistant Professor, Water Engineering Department, School of Agriculture, Shiraz University / Faculty member, Drought Research Center

3 Professor, Water Engineering Department, School of Agriculture, Shiraz University / Faculty member, Drought Research Center

4 Associate Professor, Soil Science Department, School of Agriculture, Shiraz University


According to the amount of wheat production in Fars Province and occurrence of drought, application of crop’s residual on agricultural land in form of biochar may improve soil fertility and increase crops yield. Therefore, the current research was conducted to study the effect of different levels of wheat straw biochar and deficit irrigation on wheat growth and yield. The treatments included four levels of biochar (0, 1.25, 2.5 and 3.75 % w/w) and three levels of irrigation (100, 75 and 50 % crop water requirement). Under full irrigation treatment, increasing in biochar to 1.25%w/w was increased crop height by 11.5% in comparison with that obtained in no biochar application. Biochar levels of 1.25, 2.5 and 3.75% w/w increased (decreased) stomatal conductance (green canopy temperature) by 26.8, 31.2 and 37.9% (15.2, 21.4 and 23.4%), respectively, in comparison with that obtained in no biochar application, under full irrigation treatment. Also, the maximum number of tillers per wheat plant (3.7), number of seed per tillers (36.1), 1000 seeds weight (54.1 g) and above ground dry matter (65 g) were observed in 1.25 % w/w biochar treatment, and further increase in biochar declined these parameters in comparison with control as the soil become more saline. It can be concluded that deficit irrigation of 75% crop water requirement and application of 1.25% w/w biochar is recommended due to positive effect of these treatments on yield and yield components.


  1. آمارنامه کشاورزی (1395). وزارت جهاد کشاورزی. 48 صفحه.
  2. بهشتی، م. و علیخانی، ح. (1395). تغییرات کیفیت بیوچار تولیدشده از کاه و کلش گندم در طی فرآیند پیرولیز آهسته در دماهای مختلف. دانش کشاورزی و تولید پایدار. 26 (2): 201-189.
  3. خادم، ا.، رئیسی، ف. و بشارتی، ح. (1396). مروری بر اثرات کاربرد بیوچار بر خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و زیستی خاک. مدیریت اراضی. 5 (1): 30-13.
  4. رخ‌افروز، خ.، امام، ی. و پیراسته انوشه، ه. (1395). اثر کلرمکوات کلراید بر عملکرد و اجزای عملکرد سه رقم گندم تحت شرایط تنش خشکی. تولید و فرآوری محصولات زراعی و باغی. 6 (20): 22-11.
  5. رزاقی ف. و رضایی، ن. (1396). اثر سطوح مختلف بیوچار بر خواص فیزیکی خاک با بافت​های مختلف. حفاظت منابع آب و خاک. 7 (1): 88-75.
  6. شایاننژاد، م. (1389). تاُثیر کمآبیاری بر روی خواص کمی گندم و تعیین عمق آب مصرفی بهینه در شهرکرد. مهندسی آبیاری و آب ایران. 1 (2): 36-24.
  7. طهرانی، م.م.، بلالی، م.ر.، مشیریف ف. و دریاشناس، ع. (1391). توصیه و برآورد کود در ایران: چالشها و راه‌کارها. پژوهشهای خاک (علوم خاک و آب). 26 (2): 144-123.
  8. فیضیزاده، ب.، ابدالی، ح.، رضایی، م. و محمدی، غ. (1391). پهنه‌بندی قابلیت کشت گندم دیم در سطح استان آذربایجان‌شرقی با استفاده از تحلیل‌های مکانی GIS. پژوهشهای کاربردی زراعی (پژوهش و سازندگی). 25 (3): 91-75.
  9. قاسمی، ا.، قربانی، غ. ر. و خوروش، م. (1395). تأثیر تغذیه کاه گندم و سیلاژ کاه گندم فرآوری‌شده با سود، ملاس و دانه گندم بر عملکرد گاوهای شیرده. علوم دامی (پژوهش و سازندگی). 29 (112): 46-33.
  10. کریمی کاخکی، م. و سپهری، م. (1389). اثر کم‌آبیاری در دوره زایشی بر انتقال مجدد ماده خشک چهار رقم آفتابگردان. علوم زراعی ایران. 12 (4): 435-422.
  11. گویلی، ا.، موسوی، س. ع. ع.، و کامگار حقیقی، ع. ا. (1395). اثر بیوچار کود گاوی و تنش رطوبتی بر ویژگی‌های رشد و کارایی مصرف آب اسفناج در شرایط گلخانه‌ای. پژوهش آب در کشاورزی. 30 (2): 259- 243.
  12. لک، ش.، نادری، ا.، سیادت، س. ع.، آینه‌بند، ا.، نور محمدی، ق. و موسوی، س. ه. (1386). تأثیر سطوح مختلف آبیاری، نیتروژن و تراکم بوته بر محصول، اجزای محصول و انتقال مجدد مواد فتوسنتزی ذرت دانه‌ای در شرایط آب‌وهوایی خوزستان. علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی. 42 (1): 14-1.
  13. نباتی، ج. (1383). اثر فواصل آبیاری بر خصوصیات زراعی، مورفولوژیکی و کیفی ارزن، سورگوم و ذرت علوفه‌ای. پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه فردوسی مشهد.
  14. یوسفی، م.، دانشیان، ج.، شیرانیفرد، ا. ح.، ولدآبادی، س. ع. و سیفزاده، س. (1397). عملکرد و کارآیی مصرف نیتروژن کلزا (Brassica napus L.) تحت تأثیر نیتروژن و رژیم‌های آبیاری. دانش کشاورزی و تولید پایدار. 28 (3): 41-29.
  15. Ahmed, F., Arthur, E., Plauborg, F. & Andersen, M. N. (2016). Biochar Effects on Maize Physiology and Water Capacity of Sandy Subsoil. Mechanization in Agriculture and Conserving of the Resources. 6, 8-13.
  16. Akhtar, S. S., Andersen, M. N. & Liu, F. (2015). Biochar mitigates salinity stress in potato. Agronomy and Crop Science, 201, 368-378.
  17. Akhtar S. S., Li, G., Andersen. M. N. & Liu, F. (2014). Biochar enhances yield and quality of tomato under reduced irrigation. Agricultural Water Management, 138, 37-44.
  18. Alburquerque, J. A., Salazar, P., Barron, V., Torrent, J., del Campillo, M. D. C., Gallardo, A. & Villar, R. (2013). Enhanced wheat yield by biochar addition under different mineral fertilization levels. Agronomy Sustainable Development, 33, 475-484.
  19. Arif, M., Ali, A., Umair, M., Munsif, F., Ali, K., Inamullah, M. S. & Ayub, G. (2012). Effect of biochar FYM and mineral nitrogen alone and in combination on yield and yield components of maize. Agriculture, 28, 191-195.
  20. Artiola, J. F., Rasmussen, C. & Freitas, R. (2012). Effects of a biochar-amended alkaline soil on the growth of romaine lettuce and bermudagrass. Soil Science, 177, 561-570.
  21. Beesley, L. & Dickinson, N. (2011). Carbon and trace element fluxes in the pore water of an urban soil following greenwaste compost, woody and biochar amendments, inoculated with the earthworm Lumbricus terrestris. Soil Biology and Biochemistry, 43,188-196.
  22. Carter, S., Shackley, S., Sohi, S., Suy, T. B. & Haefele, S. (2013). The impact of biochar application on soil properties and plant growth of pot grown lettuce (Lactuca sativa) and cabbage (Brassica chinensis). Agronomy, 3, 404-418.
  23. Chu, C. J., Weiner, J., Maestre, F.T., Wang, Y.S., Morris, C., Xiao, S., Yuan, J. L., Du, J. Z. & Wang, G. (2010). Effects of positive interactions, size symmetry of competition and abiotic stress on self-thinning in simulated plant populations. Annals of Botany, 106, 647-652.
  24. Curaqueo, G., Meier, S., Khan, N., Cea, M. & Navia, R. (2014). Use of biochar on two volcanic soils: effects on soil properties and barley yield. Soil Science and Plant Nutrition, 14, 911-924.
  25. 25. Demiral, T. & Türkan, I. (2004). Does exogenous glycinebetaine affect antioxidative system of rice seedlings under NaCl treatment?. Journal of Plant Physiology, 161, 1089-1100.
  26. Ding, Y., Liu, Y. X., Wu, W. X., Shi, D. Z., Yang, M. & Zhong, Z. K. (2010). Evaluation of biochar effects on nitrogen retention and leaching in multi-layered soil columns. Water Air and Soil Pollution, 213, 47-55.
  27. Kirda, C. (2002). Deficit irrigation scheduling based on plant growth stages showing water stress tolerance. Food and Agricultural Organization of the United Nations, Deficit Irrigation Practices, Water Reports. 22, 98-102.
  28. Knudsen, D., Peterson, G. A. & Pratt, P. F. (1982).  Lithium, sodium, and potassium: Methods of soil analysis. Madison, WI: American Society of Agronomy and Soil Science Society of America.
  29. Lei, O. & Zhang, R. (2013). Effects of bio-chars derived from different feedstocks and pyrolysis temperatures on soil physical and hydraulic properties. Soils and Sediments, 13, 1561-1572.
  30. Lopez, F. B., Setter, T. L. & Mc David, C. R. (1988). Photosynthesis and water vapor exchange of pigeonpea leaves in response to water deficit and recovery. Crop Science, 28, 141-145.
  31. Pannu, R. K. & Singh, D. P. (1993). Effect of irrigation on water use, water-use efficiency, growth and yield of mungbean. Field Crops Research, 31, 87-100.
  32. Razzaghi, F., Poormansour, S. & Sepaskhah, A. R. (2018). Effects of wheat straw biochar and irrigation water on hydraulic and chemical properties of a sandy loam soil under faba bean cultivation. Accepted for publication in Iran Agricultural Research.
  33. Rezaie, N., Razzaghi, F. & Sepaskhah, A. R. (2019). Different levels of irrigation water salinity and biochar influence on faba bean yield, water productivity, and ions uptake. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 50, 611-626.
  34. Rhoades, J. D. (1996). Salinity: Electrical conductivity and total dissolved salts: Methods of Soil Analysis. Madison, WI: American Society of Agronomy and Soil Science Society of America.
  35. Richards, L. A. (1954). Diagnosis and improvement of saline and alkali soils. Soil Science, 78,154-158.
  36. Smider, B. & Singh, B. (2014). Agronomic performance of a high ash biochar in two contrasting soils. Agriculture, Ecosystems & Environment, 191, 99-107.
  37. Sun, H., Shi, W., Zhou, M., Ma, X. & Zhang, H. (2019). Effect of biochar on nitrogen use efficiency, grain yield and amino acid content of wheat cultivated on saline soil. Plant, Soil and Environment, 65, 83-89.
  38. Suppadit, T., Phumkokrak, N. & Poungsuk, P. (2012). The effect of using quail litter biochar on soybean (Glycine max [L.] Merr.) production. Agricultural Research, 72, 244-250.
  39. Thomas, G. W. (1996). Soil pH and soil asidity: Method of Soil Analysis. Madison, WI: American Society of Agronomy and Soil Science Society of America.
  40. Uzoma, K. C., Inoue, M., Andry, H., Fujimaki, H., Zahoor, A. & Nishihara, E. (2011). Effect of cow manure biochar on maize productivity under sandy soil condition. Soil Use and Management, 27, 205-212.
  41. Vaccari, F. P., Baronti, S., Lugato, E., Genesio, L., Castaldi, S., Fornasier, F. & Miglietta, F. (2011). Biochar as a strategy to sequester carbon and increase yield in durum wheat. European Agronomy, 34, 231-238.
  42. Zimmerman, A. R., Gao, B. & Ahn, M. Y. (2011). Positive and negative carbon mineralization priming effects among a variety of biochar-amended soils. Soil Biology and Biochemistry, 43, 1169-1179.