نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی استان اصفهان
2 استاد بخش زراعت و اصلاح نباتات دانشکده کشاورزی دانشگاه شیراز
چکیده
مقدمه
ایران از نظر اقلیمی جزو مناطق خشک و نیمه خشک جهان محسوب می شود(Nazemosadat and Ghasemi, 2004). فقدان مواد آلی، محدودیت آب، خاک های فقیر و بارش های اندک از مهمترین چالش های پیش روی کشاورزی در ایران است. تولید منطقی محصولات تابستانه (مثل ذرت) با تکیه به آبیاری محصولات انجام گردیده که خود باعث افزایش تبخیر و تعرق، شستشوی نمک ها و افزایش آبشویی نیترات می گردد (Jalali and Rowell, 2003). در سه دهه گذشته غلظت نیترات آب های زیر زمینی در برخی از قسمتهای ایران به 50 میلی گرم در لیتر رسیده است (Jalali, 2005). با توجه به مقادیر بالای مصرف نیتروژن در کشت مرسوم ذرت (برخی اوقات بیش از 300 کیلوگرم نیتروژن خالص در هکتار) کشت این محصول می تواند پتانسیل افزایش آبشویی نیترات از خاک را داشته باشد.
حفظ حاصلخیزی خاک نیازمند تعادل منابع آلی و معدنی تامین کننده عناصر غذایی در خاک است. در بسیاری از خاک ها مقدار بازیافت کودهای معدنی از طریق گیاهان اندک است. در رابطه با نیتروژن، بالاترین تخمین های کارایی استفاده از کودهای نیتروژن حدود 50 درصد و یا حتی کمتر از آن ست. (Baligar and Bennett, 1986). اگرچه بکارگیری مواد آلی به عنوان منبع تامین کننده نیتروژن در زراعت ها، با نیاز گیاهان همزمانی کافی ندارد، اما پژوهشگران زیادی بر نقش مواد آلی، در افزایش کارایی استفاده از نیتروژن تاکید کرده اند (Hossain, 2001; Dobermann et al., 2003). برای بیان کارایی استفاده از نهاده هایی مثل کودهای شیمیایی، اصطلاحات متفاوتی ارائه گردیده است. نسبت کارایی مواد غذایی (Nutrient Efficiency Ratio) یکی از این شاخص ها است که برای بیان تفاوت ژنوتیپ ها در استفاده کارآمد و یا ناکارآمد از مواد غذایی بکار می رود (Gerloff and Gabelman, 1983). این شاخص بطور ساده بصورت واحد عملکرد (کیلوگرم) بخش بر واحد عناصر غذایی در بافت های گیاهی (کیلوگرم) تعریف می شود. قابلیت تولید عملکرد یک گیاه در ارتباط با مصرف کود نیتروژن شاخص دیگری است که از آن به عنوان کارایی زراعی نیتروژن یاد می شود(Agronomic N Efficiency) . این شاخص بیانگر واحد عملکرد تولیدی به ازاء هر واحد نیتروژن مصرفی است (Craswell and Godwin, 1984). کارایی بازیافت ظاهری (Recovery N Efficiency) نیز از جمله شاخص های مفید برای بیان توانایی گیاه در جذب نیتروژن از خاک است (افزایش هر کیلوگرم عملکرد به ازاء هر کیلوگرم نیتروژن بکار رفته) (Baligar et al., 2001). استفاده بیش از حد مطلوب از کودهای نیتروژن دار، از یک سو با کاهش جذب یا استفاده از نیتروژن در گیاهان همراه بوده و از سوی دیگر موجب افزایش هدر رفت نیتروژن نیز می گردد (Fageria and Baligar, 2005). مصرف نیتروژن کمتر از حد مطلوب نیز با کاهش عملکرد گیاهان همراه خواهد بود (Unkovich et al. 2010).
در سال های اخیر استفاده از بقایای گیاهی و در کنار آن استفاده از کودهای نیتروژن (به جهت جلوگیری از غیر متحرک شدن نیتروژن) بیشترمورد توجه قرار گرفته است بنابراین بررسی کارایی استفاده از نیتروژن می تواند از اهمیت زیادی برخوردار باشد. در پژوهش حاضر تاثیر بقایای گیاهی و کود نیتروژن بر کارایی مصرف نیتروژن و عملکرد دانه و همچنین شاخص برداشت دانه و نیتروژن در یک تناوب گندم-ذرت ارزیابی شده است.
مواد و روش ها
پژوهش طی دو سال (1389-1388) در ایستگاه تحقیقات کشاورزی دانشکده کشاورزی دانشگاه شیراز واقع در باجگاه (عرض 29 درجه و 6 دقیقه شمالی و طول 52 درجه و 37 دقیقه شرقی و ارتفاع 1810 متر از دریا) انجام شد. خاک مزرعه بافت سیلتی- لومی داشت و برخی از ویژگیهای فیزیکوشیمیایی آن در جدول 1 ذکر گردیده است. میانگین دمای محل آزمایش در دو سال نیز در شکل 1 بیان شده است. آزمایش بصورت کرت های یک بار خرد شده در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار انجام شد. تیمارهای آزمایشی شامل فاکتور اصلی با سه سطح (صفر ، 25 و 50 درصد بقایای گندم) و فاکتور فرعی شامل کود نیتروژن (صفر، 150 و 300 کیلوگرم نیتروژن در هکتار) در نظر گرفته شد. زمین آزمایش در سال قبل به کشت گندم اختصاص داشت. میانگین بقایای گیاهی موجود با پرتاب کوادرات ( با مساحت 25/0 متر مربع) بصورت تصادفی در قسمتهای مختلف مزرعه و نمونه گیری، معادل 5 تن در هکتار برای هر دو سال تعیین شد. این بقایا با دیسک سبک تا عمق 12-10 سانتیمتری خاک مخلوط شد. بصورت تقریبی مقدار بقایا در دو تیمار 25 و 50 درصد به ترتیب 1375 و 2750 کیلوگرم در هکتار بود.گیاه ذرت (رقم دبل کراس370) درکرت هایی به مساحت 18 متر مربع در 30 خرداد ماه کشت و اواسط مهر برداشت گردید. فواصل بین و روی ردیف های کشت به ترتیب 75 و 20 سانتیمتر در نظر گرفته شد و تراکمی معادل 67000 بوته در هکتار (با بکارگیری 12 کیلوگرم بذر در هکتار) بدست آمد.
آبیاری مزرعه زمانی انجام می شد که رطوبت خاک در ناحیه ریشه به 65-60 درصد حد ظرفیت مزرعه رسیده باشد. برای تعیین زمان آبیاری از تانسیومترهایی که در عمق 15 و 30 سانتیمتری خاک قرار داده شده بود استفاده گردید. کود نیتروژن ( از نوع اوره با 46درصد نیتروژن) و در سه زمان شامل 30 درصد قبل از کشت ، 40 درصد در زمان 4-3 برگی و 30 درصد در مرحله 6-5 برگی استفاده شد (Ritche and Hanway, 1982). بر اساس نتایج آزمون خاک افزودن پتاسیم و فسفر به خاک ضرورتی نداشت. قبل از کاشت، پس از کاربرد کود نیتروژن و پس از برداشت از عمق 90 سانتیمتری خاک (با فواصل 30 سانتیمتری) از هر پلات سه نمونه تهیه گردید. مقادیر نیتروژن نیتراتی (NO-3-N) و آمونیمی (NH4+-N) نمونه ها اندازه گیری شد (Keeney and Nelson, 1982). در مرحله رسیدگی فیزیولوژیک، 3 متر مربع (5/1×2) از وسط هر پلات برداشت (رطوبت 13 درصد) و عملکرد دانه و ساقه ها محاسبه گردید. بلال و ساقه ها در دمای 75 درجه سانتیگراد به مدت 48 ساعت خشک گردید. دانه ها بصورت دستی از بلال ها جدا شد و نمونه هایی از دانه و ساقه برای تعیین مقدار نیتروژن با استفاده از روش کجدال (Kjedahl method) به آزمایشگاه فرستاده شد. در طول آزمایش آفات و بیماریهای خاصی مشاهده نگردید. تفاوت بین نیتروژن خروجی
(جذب نیتروژن توسط گیاه بعلاوه نیتروژن باقی مانده در خاک NO3- N + NH4 –N) N minدر عمق 90 سانتیمتری خاک و نیتروژن ورودی (مقدار نیتروژن اولیه خاک (N min) بعلاوه کود نیتروژن) در کرت های شاهد (بدون اضافه کردن نیتروژن) معادل معدنی شدن نیتروژن در نظر گرفته شد (Olfs et al., 2005) :
1) نیتروژن آلی= مقدار نیتروژن باقی مانده درخاک در پایان + جذب نیتروژن توسط گیاه – مقدار نیتروژن خاک در شروع
هدر رفت نیتروژن از تفاوت بین نیتروژن ورودی (مقدار کود نیتروژن بکار رفته بعلاوه مقدار نیتروژن اولیه خاک بعلاوه مقدار معدنی شدن نیتروژن) و نیتروژن خروجی (جذب نیتروژن توسط گیاه بعلاوه نیتروژن باقی مانده در خاک) در کرت هایی که نیتروژن در آنها بکار رفته بود، محاسبه گردید (Zhao et al., 2006) :
2) هدر رفت نیتروژن = مقدار نیتروژن معدنی خاک قبل از کشت +نیتروژن آلی + نیتروژن کودی - مقدار نیتروژن معدنی خاک پس از برداشت – جذب نیتروژن توسط گیاه در زیست توده هوایی
کارایی زراعی نیتروژن (ANE)، کارایی بازیافت نیتروژن (RNE) و شاخص برداشت نیتروژن (NHI) و شاخص برداشت دانه (GHI) با استفاده از فرمول های زیر محاسبه گردید:
RNE = (UN-U0) / N× 100
ANE = (YN-Y0) / N
NHI= (NUG / NUGS) × 100
GHI= (GY/BY) × 100
در فرمول های فوق UN و U0 عبارتند از جذب نیتروژن در کرت هایی که نیتروژن بکار رفته و پلات هایی که نیتروژن استفاده نشده ، YN و Y0 به ترتیب عبارتند از عملکرد در کرت هایی که نیتروژن دریافت کرده اند و کرت هایی که نیتروژن دریافت نکرده اند و N بیانگر مقدار نیتروژن. NUG و NUGS به ترتیب عبارتند از جذب نیتروژن در دانه و جذب نیتروژن در دانه+کاه و کلش. GY و BY به ترتیب عملکرد دانه و عملکرد بیولوژیک هستند. داده های آزمایش با استفاده از نرم افزار SAS (SAS Institute, 2007) تجزیه و میانگین ها با استفاده از آزمون چند دامنه ای دانکن مقایسه گردید.
نتایج و بحث
با توجه به اینکه تاثیر سال در این پژوهش از نظرآماری معنی دار نبود (جدول 2) از تجزیه مرکب داده ها برای بیان تفاوت میانگین صفات مورد نظر استفاده گردید. با افزایش مقدار نیتروژن از 150 به 300 کیلوگرم در هکتار، کارایی زراعی نیتروژن (ANE) بصورت معنی دار کاهش یافت (شکل 2). میانگین هدررفت نیتروژن با افزایش میزان کود مصرفی افزایش یافت بطوری که میزان هدررفت در تیمارکودی 300 کیلوگرم نسبت به تیمار150 کیلوگرم در هکتار از 69 به 121 کیلوگرم در هکتار افزایش یافت (جدول 3).
Wang et al.(2011) در مطالعه خود نشان دادند، با افزایش نیتروژن از 105 به 210 کیلوگرم در هکتار، مقدار ANE از 8/51 کیلوگرم عملکرد دانه به ازاء هر کیلوگرم نیتروژن مصرفی به 9/25 کاهش یافت. دراین مطالعه با افزایش کود نیتروژن، بیشترین تغییرات سالیانه ANE مشاهده شد و نوع خاکورزی و درصد بقایای گیاهی نقش کمتری در این زمینه داشتند.
حضور بقایا تاثیر مثبتی بر کارایی استفاده از نیتروژن داشت (شکل 3). در هر دو تیمار اختلاط بقایا، ANE بطور معنی دار نسبت به تیمار شاهد برتری داشت. مقدار ANE در تیمار اختلاط 25 درصد بقایا، 60 درصد نسبت به تیمار 50 درصد اختلاط، افزایش داشت. اضافه کردن 12-7 تن در هکتار بقایای گندم می تواند معادل اضافه کردن 70-40 کیلوگرم نیتروژن در هکتار باشد، اما نسبت بالای C:N در این بقایا (30:1C:N<) مقدار نیتروژن قابل استفاده را کاهش می دهد (Silgram and Chambers, 2002). این پدیده مدیریت استفاده از نیتروژن را در کوتاه مدت دشوار می سازد(Vetch and Randall, 2000) ، اما در دراز مدت به دلیل آزاد سازی تدریجی نیتروژن می تواند موجب افزایش ANE گردد (Freeman et al., 2007).
با افزایش کود نیتروژن از 150 به 300 کیلوگرم در هکتار، مقدار RNE بطور معنی دار کاهش یافت (شکل 4). مقدار RNE تحت تاثیر روش کاربرد کود نیتروژن (شامل زمان ، مقدار ، محل قرار گیری در خاک و منبع تامین کننده نیتروژن) قرار گرفته و علاوه بر آن عواملی که بر میزان مخزن (Sink) گیاه تاثیر می گذارند (شامل ژنوتیپ ، عوامل اقلیمی، تراکم گیاهی و تنشهای زنده و غیر زنده) می توانند مقدار RNE را تحت تاثیر قرار دهند(Dobermann, 2005). کارایی جذب و استفاده از نیتروژن به منظور تولید دانه به نوبه خود به فرایندهایی مثل جذب، انتقال، ترکیب و توزیع مجدد مواد ارتباط می یابد (Moll et al., 1982). در میان این فرایندها جذب نیتروژن توسط گیاه و انتقال آن به دانه ها از ضرورت های اولیه برای افزایش عملکرد محسوب می گردد (Fageria and Baligar, 2005). بدون توجه به مقدار مصرف کود نیتروژن اضافه کردن بیش از 25 درصد بقایای گیاهی مقدار RNE را کاهش داد (شکل 4). اختلاط بقایای گیاهی می تواند شرایط فیزیکی و بیولوژیکی خاک را بهبود بخشیده و بنابراین جذب نیتروژن از خاک را افزایش دهد (Nyborg et al., 1995) اما وقتی بقایای مخلوط شده با خاک نسبت بالایی ازC: N داشته باشند مقدار جذب نیتروژن کاهش می یابد (Burgess et al., 2002). در پژوهشAulakh et al.(2001) اختلاط 6 تن در هکتار بقایای گندم با نسبت94=C:N و 6 تن بقایای برنج با نسبت64=C:N مقدار RNE کاهش یافت.
با افزایش اختلاط بقایای گیاهی از 25 به 50 درصد مقدار NHI از 9/53 درصد به 9/50 درصد کاهش یافت (شکل5) هرچند این کاهش از نظر آماری معنی دار نبود. دلیل احتمالی این کاهش را می توان به ثابت باقی ماندن غلظت نیتروژن در بافت های گیاهی و کاهش میزان اختصاص نیتروژن به دانه ها نسبت داد. اگرچه جذب عناصر غذایی تحت تاثیر شرایط خاک، اقلیم و گیاه قرار می گیرد اما غلظت اکثرعناصر در بافت های گیاهی تغییرات محدودی داشته و تقریبا ثابت می باشد (Fageria and Baligar, 2005). برخلاف روند مشاهده شده برای کاربرد بقایای گیاهی، رابطه بین مصرف کود نیتروژن و NHI خطی بود (شکل 5). افزایش مقدار NHI با افزایش میزان مصرف کود نیتروژن در ذرت، توسط سایر پژوهشگران نیز گزارش شده است (Oberle and Keeney, 1990) . در منابع مختلف، دامنه ای از 47 تا 85 درصد، برای تغییرات NHI در ذرت گزارش شده است (Olson and Sander, 1988). با تامین مقادیر کافی نیتروژن روند افزایشی مشابهی نیز برای شاخص برداشت دانه (GHI) مشاهده گردید. به هر صورت سقط گلچه ها و کاهش عملکرد دانه از اثرات غیر قابل اجتناب کمبود نیتروژن محسوب شده و کاهش GHI را نیز بهمراه خواهد داشت (Uhart and Andrade, 1995).
تاثیر برهمکنش کود نیتروژن و اختلاط بقایای گیاهی برمقدار ANE و NHI از نظر آماری در سطح 1% معنی دار بود. 25 درصد اختلاط بقایای گیاهی و استفاده از 150 کیلوگرم نیتروژن بالاترین مقدار ANE را بهمراه داشت (جدول 4). اگرچه بیشترین عملکرد (10922 کیلوگرم) در تیمار کودی 300 کیلوگرم نیتروژن در هکتار و اختلاط 25 درصد بقایای گیاهی حاصل شد، اما کارایی استفاده از نیتروژن را بطور معنی دار کاهش داد (مقایسه 32 و 9/19 کیلوگرم دانه به ازاء هر کیلوگرم مصرف نیتروژن). بنابراین استفاده از 300 کیلوگرم نیتروژن هم به دلیل افزایش هدر رفت نیتروژن (جدول 3) و هم به دلیل کاهش کارایی استفاده از نیتروژن (جدول 4) تیمار مطلوبی محسوب نمی گردد.
در هر دو مقدار کود نیتروژن کاربردی، با افزایش اختلاط بقایای گیاهی از 25 به 50 درصد، ANE بطور قابل توجهی کاهش یافت. با استفاده از نیتروژن، NHI در مقایسه با تیمار شاهد (بدون مصرف کود) افزایش یافت اما بین مقادیر کود مصرفی از این نظر تفاوت معنی داری مشاهده نگردید. اختلاط بقایای گیاهی نیز تاثیر معنی داری بر مقدار NHI نداشت (جدول4). برخلاف روند مشاهده شده برای NHI، تغییرات GHI مطابقت کامل با روند تغییرات عملکرد دانه داشت، به گونه ای که بالاترین مقادیر عملکرد دانه بالاترین مقدار شاخص برداشت دانه را نیز داشتند. سایر پژوهشگران نیز رابطه ای خطی بین عملکرد دانه غلات و شاخص برداشت را گزارش نموده اند (Unkovich et al. 2010).
نتیجه گیری
در این مطالعه، حداکثرعملکرد دانه از تیمار300 کیلوگرم نیتروژن درهکتار بهمراه اختلاط 25 درصد بقایای گیاهی بدست آمد اما نتایج به وضوح نشان می دهند مقادیر پایین تری از مصرف نیتروژن برای دستیابی به حداکثر کارایی مصرف نیتروژن مطلوب تر است (150 کیلوگرم در هکتار). از سوی دیگر حداکثر مقدارهدر رفت نیتروژن با تیمار 300 کیلوگرم نیتروژن در هکتار حاصل گردید. اختلاط بیش از 25 درصد بقایای گندم با خاک مقادیر RNE و ANE را کاهش داد. در پژوهش حاضر، استفاده مناسب از ترکیب بقایای گیاهی و کود نیتروژن (25 درصد بقایا + 150 کیلوگرم نیتروژن درهکتار) برای افزایش عملکرد دانه، کاهش نیتروژن مصرفی و بهبود کیفیت آب و خاک مناسب تشخیص داده شد.
جدول 1- ویژگیهای فیزیکو شیمیایی خاک محل آزمایش.
|
مقدار |
ویژگیهای خاک |
|
33 41 26 78/3 |
شن (%) سیلت(%) رس(%) هدایت الکتریکی (dS m-1) |
|
9/7 |
اسیدیته |
|
450 |
پتاسیم (mg kg-1) |
|
8/22 |
فسفر (mg kg-1) |
|
06/0 |
نیتروژن(%) |
|
46/0 |
ماده آلی (%) 15-0 سانتیمتر |
|
34/0
41/1 9/32 56/16 |
ماده آلی (%) 30-15 سانتیمتر وزن مخصوص (g cm -3) رطوبت ظرفیت مزرعه (%) رطوبت پژمردگی دائم (%) |
|
85 |
نسبت C:N بقایا |
جدول 2- تجزیه واریانس مرکب صفات مورد بررسی طی دو سال زراعی اجرای پژوهش.
|
شاخص برداشت نیتروژن (درصد) |
شاخص برداشت دانه (درصد) |
کارایی بازیافت نیتروژن (درصد) |
کارایی زراعی نیتروژن (کیلوگرم دانه به ازاء هر کیلوگرم نیتروژن) |
عملکرد (کیلوگرم) |
درجه آزادی |
منابع تغییرات |
|
4/332 n.s |
5/421 n.s |
24/709 n.s |
27/69 n.s |
842055n.s |
2 |
سال
|
|
61/39 n.s |
1/524 n.s |
1/168 n.s |
70/46 n.s |
1025972 n.s |
4 |
تکرار در سال |
|
5/3553* |
2/457* |
26535** |
06/7195** |
349526** |
2 |
بقایای گیاهی
|
|
35/40 n.s |
21/325 n.s |
2/3139 n.s |
92/72 n.s |
664243 n.s |
2 |
سال×بقایای گیاهی |
|
15/13 |
5/74 |
1/391 |
04/67 |
1017418 |
4 |
خطا |
|
6/1300* |
2/2514** |
2/2356* |
05/454* |
100697** |
2 |
نیتروژن |
|
77/5 n.s |
99/22 n.s |
4/483 n.s |
98/1 n.s |
91009 n.s |
2 |
نیتروژن ×سال
|
|
44/678** |
20/987n.s |
3/2451 n.s |
02/374** |
446948* |
4 |
بقایای گیاهی ×نیتروژن |
|
43/1 n.s |
55/3 n.s |
43/0* |
58/6* |
114334 n.s |
4 |
نیتروژن×سال× بقایای گیاهی |
|
23/20 |
45/64 |
1/84 |
6/17 |
382166 |
24 |
خطا |
*و ** به ترتیب بیانگر معنی دار بودن در سطح احتمال 5 و 1 درصد می باشد.n.s غیر معنی دار.
جدول 3- محاسبه موازنه نیتروژن (کیلوگرم در هکتار) برای تیمارهای مختلف
|
N 1 |
N2 |
N3 |
تیمارها |
|
|
|
|
نیتروژن ورودی |
|
0 |
150 |
300 |
1- مقدار کود نیتروژن |
|
261 |
261 |
261 |
2- مقدار نیتروژن خاک در عمق 90-0 سانتیمتر قبل از کاشت |
|
100 |
100 |
100 |
نیتروژن معدنی |
|
361c |
511b |
661a |
کل نیتروژن ورودی (A) |
|
|
|
|
نیتروژن خروجی |
|
280b |
312a |
320a |
1- جذب نیتروژن توسط گیاه |
|
81c |
130b |
220a |
2- مقدار نیتروژن خاک در عمق 90-0 سانتیمتر بعد از برداشت |
|
361c |
442b |
540a |
کل نیتروژن خروجی (B) |
|
0 |
69b |
121a |
هدر رفت نیتروژن (A-B) |
میانگین های با حروف مشترک بر اساس آزمون مقایسه میانگین دانکن در سطح 5% تفاوت معنی دار ندارند
جدول 4- برهمکنش بقایای گیاهی و کود نیتروژن بر عملکرد دانه ، کارایی زراعی نیتروژن ، شاخص برداشت نیتروژن و شاخص برداشت دانه
|
شاخص برداشت دانه (%) |
عملکرد دانه کیلوگرم در هکتار |
کارایی زراعی نیتروژن (کیلوگرم دانه به ازاءهرکیلوگرم نیتروژن) |
شاخص برداشت نیتروژن (%) |
کود نیتروژن کیلوگرم در هکتار |
بقایای گیاهی (%) |
|||
|
|
38c |
4950 c |
- |
5/48b |
0 |
|
||
|
|
5/41b |
9150 b |
28 a |
59 a |
150 |
0 |
||
|
|
4/44a |
10500 a |
5/18 a |
58 a |
300 |
|
||
|
|
5/37c |
7430 c |
- |
47 b |
0 |
|
||
|
|
42b |
9750 b |
32 a |
58 a |
150 |
25 |
||
|
|
44a |
10922 a |
9/19 b |
4/53 a |
300 |
|
||
|
|
6/36c |
5870 b |
- |
5/49 b |
0 |
|
||
|
|
5/38b |
7840 a |
2/19 a |
50 b |
150 |
50 |
||
|
|
8/40a |
8400 a |
5/11 b |
5/52 ab |
300 |
|
||
میانگین های با حروف مشترک در هر ستون از نظر آماری تفاوت معنی داری ندارند (دانکن 5%)
)