بررسی اثرات سطوح مختلف آبیاری بر عملکرد، خواص کمی و کیفی دانه دو رقم برنج )طارم و شیرودی(

مقدمه:

برنجیکی از مهمترین گیاهان زراعی و پس از گندم دومین غله پر مصرف می‌باشد وکشت آن در جهان سابقه طولانی داشته استو در حال حاضر غذای اصلی نیمی از مردم دنیا را تشکیل می‌دهد که اکثر آنان ساکن آسیا می‌باشند(اخوت و وکیلی، 1376).بیش از 80 درصد منابع آب شیرین در آسیا برای کشاورزی مورد استفاده قرارمی‌گیرد کهنیمی از آن صرف تولید برنج می‌شود(Bhohle et al, 1970).در ایران نیز کشاورزی بزرگترین متقاضی آب است به طوری که 93 درصد آب قابل استحصال در این بخش مصرف می‌شود. بنابراین لازم است توجه ویژه‌ای به نحوه بکارگیری این منابع و برنامه‌ریزی دقیق برای استفاده بهینه از منابع موجودولی محدود برای کشت پایدار صورت گیرد. کمبود منابع آبی وپایین بودن راندمان آبیاری درمزارع برنج، لزوم استفاده بهینه و افزایش بهره‌وری از منابع موجود را می‌طلبد(سعادتی، 1377). تلاشهایزیادیبرایکاهشمصرفآبدراراضیبرنجکاری ایرانانجامگرفتهاستوگزارشاتمتعددیدربارهتأثیرآبیاری تناوبیدرکاهشمصرفآبوافزایشبهرهوریمصرفآببرنج منتشرشدهاست، براساساینگزارشات،باتغییر شیوهآبیاریازغرقابیبهآبیاریتناوبیمی‌توانبدونکاهشعملکرد ویابادرصدقابلقبولیازآندرمصرفآبصرفه‌جویینمودوبازده کاربرد آب را به مقدار قابل توجهی افزایش داد (رضایی وهمکاران، 1389، سعادتی، 1377، رشیدی و همکاران، 1384، Hafeez, et al. 2007).

در میان غلات، برنج تنها محصولی است که شکل ظاهری و درصد شکستگی در آن عامل مهمی به‌شمار می‌رود. به عنوان مثال در تجارت بین المللی برنج، اساس دسته‌بندی برنج به این صورت می‌باشد:

1. در صورتی که درصد خرده برنج کمتر از 5 درصد باشد نوع برنج  اعلاء محسوب می‌شود.

2. در صورتی که خرده برنج کمتر از 15 درصد باشد نوع برنج، استاندارد محسوب می‌شود.

3. در صورتی که خرده برنج کمتر از 25 درصد باشد نوع برنج، دانه شکسته محسوب می‌شود.

4. در صورتی‌که خرده‌برنج بیشتر از 40 درصد باشد نوع برنج خرده محسوب می‌شود.(صالحی فر و همکاران، 1388).

در فرآیند تبدیل شلتوک به برنج سفید درصدی از دانه‌ها شکسته ( خرد) می‌شوند. مقدار شکست دانه به عوامل متعددی بستگی دارد. این عوامل به طور کلی به عوامل قبل از تبدیل و حین تبدیل تقسیم‌بندی می‌شوند. مهمترین عواملی که قبل از تبدیل بر روی کیفیت و درصد خرد دانه تاثیر می‌گذارند، عبارتند از: رقم و خصوصیات فیزیکی دانه، اثر عوامل محیطی در دوره رسیدن دانه، مدیریت زراعی و بویژه مدیریت آبیاریدر طی مراحل کاشت، داشت، برداشت و عملیات خرمنکوبی محصول می‌باشند(هدایتی پور و همکاران، 1384).آبیاری برنج یکی از مهمترین عوامل مؤثر در تولید این محصول است زیرا بدون آب زراعت برنج تقریبأ غیر ممکن است واکثرعملیات زراعی از قبیل نشاکاری، کوددهی وسمپاشی، کنترل علف‌های هرز و ... بدون وجودآب کافی ناممکن می‌باشد (Iguaz et al, 2005).برنج نسبت به سایر گیاهان زراعی تحت آبیاری بیشترین سطح زیر کشت را دارا می‌باشد وراندمان آبیاری آن نیز نسبت به دیگر غلات کمتر می‌باشد به‌طوری که برای تولید یک کیلوگرم برنج حدوداً 3برابر گندم آب لازم است. هر چند به منظور کاهش مصرف آب روشهای جدیدی همانند آبیاری تناوبیارائه شده است (Mahajan ,et al .2008).پیرمرادیان و همکاران در شیراز به عدم ضرورت غرقاب دایم رسیدند و استفاده از آبیاری تناوبی را به دلیل عدم کاهش معنی‌دار عملکرد و کاهش مصرف آب توصیه کردند(پیرمرادیان و همکاران،1382)

از طرف دیگر موضوع بحث‌انگیز روند افزایشی ضایعات موادغذایی، یکی از چالشهای جدی اکثر کشورها به‌ویژه کشورهای درحال توسعه است که سیاستمداران و اندیشمندان مجامع علمی در جهان سوم را بر آن داشتهتابرای کاهش ضایعات محصولات کشاورزی در مراحل مختلف تولید، توزیع و مصرفچاره‌اندیشی کنند(شادان و میهن‌خواه، 1384).بر اساس آمارهای موجود در ایران، تقریباً 30 درصد محصولات کشاورزی بدون اینکه به مصرف برسد،در مراحل مختلف از بین می‌روند و صنایع تبدیلی موجود در ایران به آن حد از رشد نرسیده که بتواند از تمامی اجزای یک محصولکشاورزی بهره مناسب و کامل را ببرد(توده روستا، 1382).

Sibenmorgen وQin(2005) در تحقیقی بر روی شلتوک برنج چند رقم دانه بلند، رابطه معنی‌داری بین نیروی شکست در بارگذاری خمش سه‌ نقطه‌ای و میزان شکستگی طی فرآیند تبدیل مشاهده نکردند، ولی ایشان رابطه معنی‌دار بین میزان شکستگی و درصد دانه‌های مقاوم به شکست (دارای نیروی شکست بیشتر از 20 نیوتن) را گزارش نمودند.

هدایتی‌پور و همکاران (1384) در تحقیقی بر روی چهار رقم ندا، ساحل ، فجر و نعمت در سه سطح دمای خشک کردن 40، 45، 50 درجه سانتیگراد در سه سطح رطوبتی 11-10 و 12-11 و 13-12 درصد نشان دادند که مناسب‌ترین مقادیر دما و رطوبت برای ارقام فجر، نعمت،ندا، ساحل به ترتیب 40 درجه سانتیگراد و 11-10 درصد رطوبت، 50 درجه سانتیگراد و 11-10 درصد رطوبت، 50 درجه سانتیگراد 12-11 درصد رطوبت و 40 درجه سانتیگراد و 11-10 درصد رطوبت بود.

رشیدی و همکاران (1384) با بررسی اثرات اعمال کم‌آبیاری تنظیم شده بر خصوصیات کیفی برنج نشان دادند که روش خشکه‌کاری و نشایی در برخی خصوصیات کیفی مورد اندازه‌گیری تفاوت معنی‌داری دارند. روش نشایی در مقایسه با خشکه‌کاری باعث افزایش میزان آمیلوز و غلظت ژل دانه رقم فجر شده است و اعمال تیمارهای کم‌آبیاری بر دمای ژلاتینه شدن دانه برنج اختلاف معنی‌داری در سطح احتمال 5 درصد نشان داده است.

احمد و همکاران (2009) با بررسی خصوصیات مورفولوژیکی و کیفی برنج تحت تأثیر کوددهی نیتروژن و رژیم‌های آبیاری نشان دادند که پارامترهای کیفی به همراه عملکرد دانه از لحاظ آماری تحت تأثیر مقادیر نیتروژن و رژیم‌های مختلف آبیاری قرار دارند، بطوری‌که درصد آمیلوز و محتوای پروتئین دانه با افزایش مقدار آب آبیاری افزایش یافت.Juliano(1995) گزارش داده است که درصد آمیلوز دانه یک رقم خالص تا 6 درصد نوسان دارد که تحت تأثیر عوامل مختلف نظیر کود نیتروژن و درجه حرارت محیط قرار می‌گیرد.

برنج تنها محصولی است که شکل ظاهری و درصد شکستگی در آن عامل مهمی در بازار پسندی و کیفیت آن به‌شمار می‌رود. هرچه دانه‌های برنج سالم تر بوده و از شکستگی کمتری برخوردار باشند،دارای قیمت بالاتر و بازار پسندی بهتری خواهند بود. ارزش اقتصادی برنج خرد شده نسبت به برنج سالم به‌شدت افت می‌کند. تا جایی‌که قیمت برنج خرد شده در بازار بین یک سوم تا یک چهارم قیمت برنج کامل وسالم است. بررسی میزان نیروی قابل تحمل هر رقم پس از فرایند خشک کردن (بعنوان یکی از مهمترین عملیات‌های فرآوری برنج) می‌تواند شاخص مناسبی را برای ارزیابی نیروهای وارده در مراحل سفید کردن و پوست‌کنی در اختیار قرار دهد، این شاخص می‌تواند جهت تشخیص کیفیت دانه برنج و طبقه‌بندی آن بسیار مفید باشد و برای پایین آوردن میزان خرد دانه برنج در مراحل بعد به کار گرفته شود.

در این تحقیق هدف اصلی ارزیابیتأثیرسطوح مختلف آبیاری به عنوان یکی از مسئله‌سازترین عوامل مدیریت زراعی کشت برنج بر عملکرد، آب مصرفی و برخی خواص فیزیکی و شیمیایی دانه برنج می‌باشد، که روی دو رقم مهم برنج با بیشترین سطح زیرکشت در استان مازندران انجام شد.

مواد و روش ها:

در این تحقیق به منظور بررسی اثر میزان آبیاری بر برخی خواص کمی وکیفی دانه برنج در دو رقم طارم محلی و شیرودی، آزمایشیدر قالب طرح بلوک کامل تصادفی درمزرعه پژوهشی موسسه تحقیقات برنج کشور –معاونت مازندران در سال زراعی 1388 اجرا گردید. این آزمایش دارای5تیمار آبیاری شامل:T₁- غرقاب کامل به ارتفاع5 سانتیمتر در کل دوره رشد، T₂- آبیاری به ارتفاع5 سانتیمتر پس از ناپدید شدن آب از سطح زمین، T₃- آبیاری به ارتفاع 5سانتیمتر 2روز پس از ناپدید شدن آب از سطح زمین،T₄- آبیاری به ارتفاع 5سانتیمتر 5روز پس از ناپدید شدن آب از سطح زمین وT₅- اشباع دائم در طول دوره رشد با سه تکرار به اجرا درآمد.روش کشت برنج نشائی بوده ومقدار آبی که صرف آماده‌سازی زمین و گلخرابیگردید برای تمام تیمارها200 میلی‌مترمحاسبه شده است.میزان آب مصرفی در طول دوره رشد با استفاده از کنتور حجمیمحاسبه شده و برای اطمینان بیشتر، ارتفاع آب در کرتها با چوب مدرج (3 نقطه در هرکرت) اندازه‌گیری گردید.ابعاد کرت‌های آزمایش 5×4 متر در نظر گرفته شد.با توجه به اینکه نوع آبیاری غرقابی بود مرزهای جانبی کرت تا ارتفاع 30سانتیمتر بالا آورده شد و به منظور کاهش هدررفت آب از طریق نشت جانبی روی پشته‌ها با پلاستیک پوشانده شده و پوشش مذکور تا لایه غیرقابل نفوذ¹به داخل زمین فرو برده شد. مزیت دیگر این کار جلوگیری از رشد علف‌های هرز بر روی پشته‌ها می‌باشد.تمامی مراحل آماده‌سازی زمین، مقدارو زمان مصرف کود پایه و سرک برای همه تیمارهابرای هر رقم به صورت یکسان و براساس توصیه فنی موسسه تحقیقات برنج کشور انجام گرفت. ده روز قبل از رسیدگی کامل محصول(پس ازاتمام مرحله خمیری و سفت شدن دانه) آبیاری قطع شده، تا برداشت محصول و نمونه‌برداری‌ها به سهولت انجام پذیرد.برای محاسبه عملکرد برداشت محصول از سطح 5مترمربع انجام شده و پس از توزین و تعیین درصد رطوبت، عملکرد شلتوک بر اساس کیلوگرم در هکتار (رطوبت 14%)محاسبه شد. درصد آمیلوز، غلظت ژل، دمای ژلاتینه شدن، طول دانه قبل ازپخت، طول دانه بعد از پخت و نسبت طویل شدن دانه بر اساس دستورالعمل موسسه تحقیقات برنج کشور اندازه‌گیری گردید. درصد برنج سفید، سالم و شکسته از نمونه‌های 150 گرمی که مخلوطی از برنج سالم و شکسته است محاسبه گردید، برنج‌های بزرگتر و کوچکتر ازطول یک برنج سفید کامل از هم جدا شدند. نسبت وزن برنج‌های بزرگتر ازطول یک برنج سفید سالم به کل وزن نمونه درصد برنج سفید سالم و نسبت وزن برنج‌های کوچکتر از آن درصد شکستگی برنج را مشخص می‌کنند.مجموع وزن برنج سالم ووزن برنج خرد شده بر میزان شلتوک ضریب تبدیل برنج را مشخص می‌کند (Azeez and Shafi, 1966, Juliano, 1995).

نتایج و بحث:

جدول تجزیه واریانس داده‌ها در جدول(1) نشان داده شده است. بر این اساس اثر رژیم‌های آبیاری بر عملکرد و میزان آب مصرف شده برای هردورقم در سطح احتمال یک درصد معنی‌دار شده است.در رقم طارم اثر رژیم‌های آبیاری بر میزان سختی و درصد خرد در سطح احتمال 5درصد و بر شاخص‌های نسبت طویل شدن، طول دانه بعد از پخت، درصد آمیلوز و غلظت ژل در سطح احتمال یک درصد از لحاظ آماری معنی‌دار بود. ولی بر میزان ضریب تبدیل، طول دانه قبل از پخت و دمای ژلاتینه شدن اثر معنی‌داری نبود. در رقم شیرودی میزان سختی، درصد خرد، درصد آمیلوز، غلظت ژل و دمای ژلاتینه شدن در سطح احتمال 5 درصد و نسبت طویل شدن، طول دانه بعد از پخت و طول دانه قبل از پخت در سطح یک درصد از لحاظ آماری معنی‌دار شده است، اما بر ضریب تبدیل معنی‌داری نبود.

جدول 1:  -----------------------------

جدول مقایسه میانگین حاکی از آن است که، بیشترین عملکرد در هر دو رقم در تیمار 1T (غرقاب دائم به ارتفاع 5 -3 سانتیمتر در طول دوره رشد) بوده کهدلایل آن جذب بیشتر مواد غذایی و نیز کنترل علفهای هرز در غرقاب دائم می باشد (جدول 2)و کمترین مقدار آن در تیمار 4T (آبیاری به ارتفاع 5 سانتیمتر 5 روز پس از ناپدید شدن آب از سطح زمین) به‌دست آمده استکه به دلیل استفاده از آبیاری تناوبی با دور زیاد سطح زمین دچار ترکهای عمقی شده که این نیز به نوبه خود موجب صدمه به ریشه و افت عملکرد می‌گردد(نمودار 1) که با نتایج رضایی و همکاران (1389)همخوانی دارد.اما در مورد عملکرد نکات زیر قابل توجه است. اول اینکه استفاده از آبیاری تناوبی با دور مناسب(تیمارهای دوم و سوم) و نیز اشباع دائم خاک اگرچه موجب افت جزئی عملکرد شده ولی موجب صرفه جویی چشمگیری در مصرف آب شده است، که به نوبه خود موجبات استفاده بهینه از آب را فراهم می‌سازد، اما اگرچه بیشترین صرفه جویی در تیمار پنجم بدست آمد (نمودار2)، ولی از آنجاییکه برای بهره‌برداران اشباع دائم خاک طی فصل رشد مشکل می‌باشد این روش قابل توصیه نمی‌باشد. نکته دوم تفاوت موجود در واکنش هریک از ارقام به تیمارهای مختلف آبیاری می‌باشد. همانطور که مشاهده می‌شود استفاده از آبیاری تناوبی با دور مناسب برروی عملکرد شیرودی در مقایسه با طارم تاثیر کمتری داشته و سه تیمار اول در این رقم در یک کلاس قرار می‌گیرد (نمودار1). از دلایل این امر تفاوت در فنوتیب این دو رقم می‌باشد، به‌طوری‌که رقم شیرودی با ریشه‌های بیشتر، توانایی جذب بهتر آب ‌را داشته و با پنجه‌دهی بیشتر و افزایش سریعتر و بیشتر سطح سایه انداز مانع از تبخیر آب خصوصاً در زمان حساس گلدهی می‌شود (رشیدی .همکاران، 1384، سعادتی،‌1377). میزان آب مصرفی در تیمار غرقاب دائم برای رقم طارم و شیرودی به ترتیب با مصرف 7876 و 8033 مترمکعب در هکتار بیشترین مقدار مصرف و تیمار اشباع دائم در طول دوره رشد برای رقم طارم و شیرودی به ترتیب با مصرف 5500 و 6983 مترمکعب در هکتار کمترین مقدار بدست آمد (نمودار1). این نتایج با یافته های سعادتی (1377) و رضایی و همکاران (1389) همخوانی دارد.

نمودار1------------------------------------

بیشترین میزان سختی دانه برای رقم طارم در تیمار1T (غرقاب دائم به ارتفاع 5 -3 سا نتیمتر در طول دوره رشد) با کمترین میزان درصد خرد (15 درصد) به‌دست آمد. و کمترین مقدار سختی دانه برای رقم طارم در تیمار ₄T (آبیاری به ارتفاع 5 سانتیمتر 5روز پس از ناپدید شدن آب از سطح زمین) با بیشترین میزان درصد خرد (8/22 درصد) حاصل گردید که این امر می‌تواند نشان‌دهنده میزان نیاز آبی رقم طارم باشد. با توجه به نیاز آبی بالای ارقام محلی همچون طارم این مساله می‌تواند ناشی از مناسب‌تر بودن سطح اول آبیاری(غرقاب کامل به ارتفاع 5-3 سانتیمتر در طول دوره رشد) نسبت به سایر تیمارهای آبیاری باشد. برای رقم شیرودی تیمار ₅T (اشباع دائم در طول دوره رشد) بیشترین میزان سختی با کمترین میزان درصد خرد (5/19 درصد) را نشان داد. کمترین مقدار سختی دانه نیز در تیمار ₄T (آبیاری به ارتفاع 5 سانتیمتر 5 روز پس از ناپدید شدن آب از سطح زمین) با بیشترین میزان درصد خرد (7/34 درصد) حاصل گردید.

جدول 2----------------------

مقایسه میانگین نسبت طویل شدن دانه برای هر دو رقم اختلاف معنی‌دار بین تیمارها را نشان داد (جدول 2). برای رقم طارم تیمارهای ₄T و ₅Tبیشترین مقدار را نشان دادند در حالیکه برای رقم شیرودی تیمار ₁T بهترین وضعیت را برای این صفت کیفی نشان داده است. 

در رقم طارم کاربرد تیمارهای آبیاری ₄Tو ₅Tبیشترین درصد آمیلوز را تولید کردند که با بقیه تیمارهای آبیاری اختلاف معنی‌داری داشته است. در حالیکه که در رقم شیرودی استفاده از تیمار ₁T بیشترین درصد آمیلوز را تولید کرد که با تیمارهای ₂Tو ₅Tاز لحاظ آماری اختلاف معنی‌داری نداشت ولی با بقیه تیمارها اختلاف معنی‌دار بوده است. بنابراین با وجود آب آبیاری بیشتر درصد آمیلوز افزایش یافته که با یافته‌های احمد و همکاران (2009) مطابقت دارد. این اختلاف در دو رقم بیشتر به اختلاف ژنتیکی (احمد و همکاران،2009) و نیاز آبی متفاوت آنها بر می‌گردد.

در اثر کاربرد تیمارهای₁T، ₂T و ₃Tدر رقم طارم بیشترین مقدار ژل بدست آمد. که از لحاظ آماری اختلاف معنی‌داری با بقیه تیمارها نشان داد. برای رقم شیرودی تیمارهای ₂T و ₃T بیشترین مقدار غلظت ژل را دارا هستند. استفاده از تیمارهای₁T و ₂Tدر رقم شیرودی بیشترین دمای ژلاتینه شدن را به خود اختصاص دادند. بنابراین به نظر می‌رسد برای دمای ژلاتینه شدن هرچه وضعیت غرقابی متداوم باشد یا آب در سطح خاک وجود داشته باشد دمای ژلاتینه شدن افزایش می‌یابد. رشیدی و همکارن (1384) نیز با مقایسه روش نشایی و خشکه‌کاری به نتایج مشابهی دست یافته‌اند.

با بررسی کلیه نتایج می‌توان دریافت اگرچه همانطور که پیش از این بیان شد، آبیاری غرقابی به دلیل کنترل علفهای هرز و ایجاد یک ذخیره مطمئن و نیز عملکرد بالا مطلوب کشاورزان می‌باشد ولی الزاماً تاثیر مثبتی بر کیفیت برنج نداشته و بسته به نوع رقم در برخی موارد استفاده از آبیاری تناوبی و یا اشباع خاک زراعی، موجب بهبود خواص کیفی برنج می‌شود. همچنین مقایسه نتایج حاصله از دو رقم با هم و نیز با نتایج تحقیقات قبلی صورت گرفته نشان می‌دهد واکنش ارقام به رژیمهای مختلف آبیاری با همدیگر متفاوت بوده که این امر ناشی از تفاوتهای ظاهری ارقام از قبیل توسعه ریشه، سطح سایه انداز، دوره رشد ونیز ژنوتیب متفاوت بوده که خارج از مقوله این بحث می‌باشد.

نتیجه گیری و پیشنهادات:

این تحقیق در راستای بررسی اثرات سطوح آبیاری برعملکرد و خواص کیفی برنج انجام شده است. بر اساس نتایج بدست آمده اثر میزان آبیاری بر برخی خواص فیزیکی و شیمیایی معنی‌دار بوده است. نتایج نشان داد که اعمال آبیاری تناوبی باعث کمتر شدن مصرف آب شده است، تیمار غرقاب دائم برای رقم طارم و شیرودی به ترتیب با مصرف 7876 و 8033 مترمکعب در هکتار در دوره رشد بیشترین مقدار مصرف و تیمار اشباع دائم در طول دوره رشد برای رقم طارم و شیرودی به ترتیب با مصرف 5500 و 6983 مترمکعب در هکتار کمترین مقدار مصرف آب را داشتند.با توجه به نتایج، بهترین روش آبیاری در رقم طارم از حیث میزان سختی دانه و کاهش درصد خرد دانه روش غرقاب دائم آبیاری می‌باشد، اما در رقم شیرودی که یکی از ارقام پر محصول است بهترین روش آبیاری، روش اشباع دائم می‌باشد. از لحاظ سایر صفات که بیشتر کیفیت پخت دانه برنج را نشان می‌دهند که بهترین میزان درصد آمیلوز، غلظت ژل و دمای ژلاتینه شدن جهت پخت بهتر دانه برنج به ترتیب حدود 25-20، 60-40 و 5-4 می‌باشد. بنابرابن برای رقم طارم با در نظر گرفتن همه عوامل روش آبیاری به ارتفاع 5 سانتیمتر پس از ناپدید شدن آب از سطح زمین را می‌توان در نظر گرفت که ضمن صرفه‌جویی در آب مصرفی درصد خرد کمتر و کیفیت پخت بهتر بدست آید. برای رقم شیرودی (پرمحصول)نیز با در نظر گرفتن همه عوامل بهترین روش آبیاری تناوبی است که پس از ناپدید شدن آب از سطح زمین آبیاری به ارتفاع 5 سانتیمتر انجام گردد.بنابراین با توجه به نتایج این پژوهش می‌توان عنوان کرد درارقام پر محصول الزامی به غرقاب نمودن دائم مزرعه نمی‌باشد.همچنین رقم طارم نیز اگرچه در شرایط غیر غرقاب دچار اندکی کاهش عملکرد می‌شود، ولی این کاهش در مقایسه با صرفه‌جویی حاصله در مصرف آب ناچیز بوده وخصوصاًدر شرایط خشکسالی سالهای اخیر می‌توان از روش کم آبیاری (یا آبیاری تناوبی) به جای آبیاری کامل استفاده نمود.