نویسندگان
1 استادیار گروه زراعت دانشکده کشاورزی دانشگاه زابل
2 دانشجوی سابق کارشناسی ارشد زراعت دانشگاه زابل
چکیده
کلیدواژه‌ها
افزایش درآمد و کاهش هزینه‌های تولید یکی از عوامل اصلی در کشاورزی پایدار می‌باشد. در این راستا هر عاملی که بتواند با مقدار نهاده مشخص، هزینه‌های تولید را کاهش دهد و یا میزان تولید در واحد سطح و درآمد را افزایش دهد، می‌تواند در این امر تأثیرگذار باشد. یکی از عوامل مؤثر در این زمینه، درصد جوانه‌زنی بذر و استقرار گیاه در خاک پس از جوانه‌زنی می‌باشد. جوانه‌زنی بذر و استقرار گیاه در خاک از مراحل مهم و اساسی در چرخه‌ی زندگی گیاهان است (Huber و همکاران، 1996). هر چه درصد جوانه‌زنی در مزرعه بیشتر باشد، بدیهی است که تراکم کشت بالا رفته و در نتیجه محصول بیشتری برداشت خواهد شد. هم چنین جوانه‌زنی بیشتر، هزینه‌های مربوط به واکاری را کاهش می‌دهد (کاهش هزینه‌های تولید). جهت افزایش درصد جوانه‌زنی، راهکارهای مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرد که از آن جمله می‌توان به خیس کردن بذرها در آب ولرم قبل از کشت، خراش دهی، سرمادهی بذرها و استفاده از هورمون‌های گیاهی مانند جیبرلیک اسید و مواد شیمیایی مانند نیترات پتاسیم و غیره اشاره کرد. یکی از راهکارهای نوینی که در سال‌های اخیر جهت افزایش جوانه‌زنی بذرها و همچنین افزایش عملکرد گیاه به کار گرفته شده است، آبیاری بذرها پس از کشت با آب عبور داده شده از میدان مغناطیسی (آب مغناطیسی) می‌باشد. آب مغناطیسی آبی است که از یک میدان مغناطیسی ثابت عبور داده شود. در نتیجه تأثیر میدان مغناطیسی بر روی آب، خواص فیزیکی و شیمیایی آب مانند سختی آب، وزن مخصوص، گرانروی، شوری و هدایت الکتریکی، کشش سطحی، زاویه تماس آب با دیواره، درجه ترکنندگی و قدرت حل‌کنندگی آن تغییر می‌کند (Ahmadi، 1389؛ Xiao Feng و Bo، 2008). بنابراین، آب مغناطیسی دارای خصوصیات فیزیکی و شیمیایی متفاوتی نسبت به آب معمولی (مغناطیسی نشده) می‌باشد (Nashir، 2008). اثر میدان مغناطیسی روی آب، به علت افزایش در نظم مولکول‌های آب ایجاد می‌شود (Higashitani و همکاران، 1996). با عبور دادن آب از میدان مغناطیسی، قابلیت انحلال نمک‌ها و مواد معدنی در آب افزایش می‌یابد (Kroneberg، 2005). به دلیل تأثیر عبور دادن آب از میدان مغناطیسی بر خواص فیزیکی و شیمیایی آب و خاک، استفاده از آب مغناطیسی در آبیاری باعث ایجاد اثر معنی‌دار در عوامل رشد و نمو گیاهان و همچنین کارایی مصرف آب می‌گردد. از آن جایی که با عبور آب آبیاری از میدان مغناطیسی هیچ ماده شیمیایی به آب اضافه نمی‌شود، بنابراین فن‌آوری مغناطیس کردن آب آبیاری یک فن‌آوری بی‌ضرر و زیست محیطی است (Hozayn و Abdul Qados، 2010؛ Nashir، 2008؛ Noran و همکاران، 1996).
در سال‌های اخیر جهت درک اثر استفاده از آب آبیاری مغناطیس شده روی گیاهان مختلف، تحقیقات متفاوتی صورت گرفته است. Tian و همکاران (1989) گزارش دادند که آبیاری با آب مغناطیسی موجب افزایش محتوای کلروفیل در گیاه برنج می‌شود. نتایج حاصل از تحقیقات هارشارن و باسانت (2010) در مورد اثر آبیاری با آب معمولی و آب مغناطیس شده بر نخود برفی و نخود کابلی (Snow pea and Kabuli chickpea)، نشان داد که سرعت جوانه‌زنی، وزن خشک ساقه و محتوای نیتروژن، گوگرد، منیزیم، کلسیم، آهن، روی، سدیم و منگنز تیمارهای تحت آبیاری با آب مغناطیس شده به طور قابل توجهی نسبت به تیمارهای شاهد (آبیاری با آب معمولی) افزایش داشت. نتایج این تحقیق گویای این مطلب است که عبور دادن آب آبیاری از میدان مغناطیسی باعث بهبود بخشیدن رشد اولیه بوته‌ها و همچنین محتوی مواد مغذی آنها می‌شود. همچنین تحقیقات صورت گرفته توسط Esitken و Turan (2004) نشان داد که استفاده از آب مغناطیسی برای آبیاری بوته‌های توت‌فرنگی، سبب افزایش تعداد گل‌ها و افزایش عملکرد و نیز زودرس شدن میوه‌ها می‌شود. Maheshwari و Grewal (2009) جهت بررسی اثر مغناطیس کردن آب آبیاری بر سه گیاه نخود برفی، کرفس و نخود، از آب شرب، آب فاضلاب تصفیه شده، آب شور درست شده با نمک طعام با غلظت‌های ppm 1000 و ppm 3000 استفاده کردند. نتایج نشان داد که اثر میدان مغناطیسی روی آب آبیاری با کیفیت آب و نوع گیاه تغییر می‌کند و استفاده از آب مغناطیسی برای آبیاری، سبب افزایش عملکرد و کارایی مصرف آب می‌شود. Hozayn و Abdul Qados (2010) بیان کردند که آب مغناطیسی به طور قابل ملاحظه‌ای متابولسیم سلول و تقسیم میتوز سلول‌های مریستمی گیاهان نخود، عدس و کتان را افزایش داد. فعالیت مهم سلول‌های مریستم،تقسیم و تکثیر سلولی است که موجب رشد طولی گیاه می‌شود. بنابراین تحریک این سلول‌ها سبب رشد بیشتر گیاه در جهت طولی خواهد شد. همچنین اثر محرک به کارگیری آب مغناطیسی روی پارامترهای رشد، ممکن است در نتیجه افزایش مقدار رنگدانه‌های فتوسنتزی و افزایش سنتز پروتئین باشد (Hozayn و Abdul Qados، 2010). با افزایش مقدار رنگدانه‌های فتوسنتزی، میزان فتوسنتز گیاه افزایش یافته و در نتیجه غذا و انرژی بیشتری در گیاه تولید و ذخیره می‌شود که می‌تواند سبب رشد بیشتر گیاه شود. Nashir (2008) با بررسی اثر آب مغناطیسی بر روی رشد بذرهای نخود نشان داد که آبیاری با آب مغناطیسی محصول و ارتفاع گیاه را به طور قابل ملاحظه‌ای افزایش می‌دهد. Amira و همکاران (2010) اثر آب مغناطیسی را روی عملکرد، اجزای عملکرد و خصوصیات شیمیایی عدس بررسی و مشاهده کردند که آبیاری بوته‌های عدس با آب مغناطیسی، ارتفاع گیاه، وزن تر و خشک گیاه را در مقایسه با تیمار شاهد افزایش می‌دهد. Rena و همکاران (2010) گزارش دادند که افزایش شدت میدان مغناطیسی به طور معنی‌داری سرعت جذب آب توسط کاهو و وزن آن را افزایش داد. هدف از این پژوهش بررسی اثر استفاده از آب مغناطیسی بر خصوصیات جوانه‌زنی و پارامترهای رشد اولیه گیاه ذرت (Zea mays) بود.
به منظور بررسی تأثیر آب مغناطیسی بر جوانه‌زنی و استقرار بذرهای ذرت، دو آزمایش جداگانه در آزمایشگاه‌های گروه مهندسی آب و باغبانی دانشکده کشاورزی دانشگاه زنجان در سال 1390 انجام شد. آزمایش جوانه‌زنی به مدت 10 روز و به صورت آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کامل تصادفی با 4 تکرار انجام شد. عامل‌های آزمایش نوع آب در دو سطح آب مقطر و آب چاه و عبور و عدم عبور آب از میدان مغناطیسی بود. بذرهای استفاده شده در این آزمایش، بذر ذرت رقم ماکسیما (Zea mays cv. Maxima) بود که از مرکز تحقیقات کشاورزی استان زنجان فراهم شد. برای ایجاد میدان مغناطیسی از دو عدد آهنربای ثابت که به دور لوله پلی‌اتیلن 20 میلی‌متر متصل شده بود استفاده گردید. شدت میدان ایجاد شده در مرکز آن در حدود 1/0 تسلا بود. جهت تهیه آب مغناطیسی، آب مقطر و چاه 5 نوبت از میدان مغناطیسی عبور داده شدند. جهت مشخص نمودن اثر میدان مغناطیسی بر آب، هدایت الکتریکی آب چاه و آب مقطر قبل و بعد از عبور از میدان اندازه‌گیری شد.
آزمایش جوانه‌زنی با 25 عدد بذر سالم، بدون نقص ظاهری، شکستگی و آسیب حشره در پتری‌دیش‌های 10 سانتی‌متری با دو لایه کاغذ واتمن در اتاقک رشد در دمای 1±25 درجه سانتی‌گراد و تناوب نوری 8 ساعت روشنایی و 8 ساعت تاریکی انجام شد. قبل از جوانه‌زنی، ضدعفونی بذرها با محلول هیپوکلریت سدیم دو درصد انجام شد. تعداد بذرهای جوانه‌زده در هر پتری‌دیش به مدت 10 روز، هر روز شمارش شد. معیار جوانه‌زنی بذرها، خروج ریشه‌چه به اندازه 2 میلی‌متر در نظر گرفته شد. پس از اتمام 10 روز، طول ساقه‌چه و طول ریشه‌چه، وزن خشک ریشه‌چه و وزن خشک ساقه‌چه اندازه‌گیری شد. درصد و سرعت جوانه‌زنی نیز از طریق روابط 1 و 2 محاسبه شدند:
معادله 1-2-
که در آن S تعداد بذرهای جوانه زده، T تعداد کل بذرهای قرار داده شده در هر پتری‌دیش، Ni تعداد بذرهای جوانه زده در روز و Di تعداد روزهای آزمایش می‌باشد.
آزمایش استقرار گیاهچه به صورت یک آزمایش گلدانی به مدت 20 روز مورد بررسی قرار گرفت. فاکتورهای این آزمایش نیز مانند آزمایش جوانه‌زنی بود. آزمایش شامل 16 گلدان حاوی دو کیلوگرم ماسه بادی بود. در هر گلدان 10 بذر سالم در عمق 3 سانتی‌متری کشت گردید و هر روز طبق تیمارهای مورد نظر، آبیاری انجام شد. تعداد بذرهای جوانه زده در هر گلدان هر روز یادداشت شد و پس از بیست روز صفات دیگر شامل طول ساقه، طول ریشه، وزن خشک ساقه و وزن خشک ریشه اندازه‌گیری شد. همچنین درصد و سرعت جوانه‌زنی با استفاده از روابط 1 و 2 محاسبه گردید. تجزیه واریانس و مقایسات میانگین داده‌ها با آزمون چند دامنه‌ای دانکن با استفاده از نرم‌افزار SAS انجام شد.
شکل 1 مقادیر هدایت الکتریکی آب چاه قبل و بعد از عبور از میدان مغناطیسی را نشان می‌دهد. با توجه به شکل 1، عبور آب از یک میدان مغناطیسی، سبب کاهش هدایت الکتریکی آب می‌شود. علت کاهش EC را می‌توان در این دانست که وقتی آب از میدان مغناطیسی عبور می‌کند، آنیون‌ها و کاتیون‌های موجود درآب به هم چسبیده و به صورت ذرات ریز معلق میکرونی (ذرات کلوئیدی) در می‌آیند (Nikbakht و همکاران، 1390).
جدول 1 نتایج حاصل از تجزیه واریانس صفات مختلف آزمایش جوانه‌زنی را نشان می‌دهد. با توجه به جدول 1، نوع آب بر صفات اندازه‌گیری شده طول ساقه‌چه، طول ریشه‌چه، وزن خشک ساقه‌چه، وزن خشک ریشه‌چه و درصد جوانه‌زنی در سطح احتمال یک درصد معنی‌دار بود ولی این عامل بر سرعت جوانه‌زنی در هیچ سطح آماری معنی‌دار نشد. مغناطیس نمودن آب آبیاری باعث تأثیر معنی‌دار در سطح یک درصد بر صفات طول ساقه‌چه، وزن خشک ساقه‌چه، وزن خشک ریشه‌چه و درصد جوانه‌زنی و در سطح 5 درصد بر صفت طول ریشه‌چه شد ولی هیچ تأثیر معنی‌داری بر طول ریشه‌چه نداشت (جدول 1). اثر متقابل نوع آب و مغناطیس کردن بجز وزن خشک ساقه‌چه (معنی‌دار در سطح یک درصد) در هیچ صفت دیگری معنی‌دار نبود (جدول 1).
با توجه به جدول 2، استفاده از آب چاه، طول ساقه‌چه، طول ریشه‌چه، وزن خشک ساقه‌چه و وزن خشک ریشه‌چه را نسبت به تیمارهای آب مقطر به ترتیب به میزان 25/36، 74/55، 5/21 و 22/22 درصد افزایش داد. این در حالی است که شوری بیشتر آب چاه نسبت به آب مقطر سبب کاهش درصد جوانه‌زنی به میزان 57/13 درصد شد (جدول 2). با مغناطیس کردن آب، درصد جوانه‌زنی بذرها از 5/57 به 73 درصد افزایش یافت (جدول 2). جوانه‌زنی بذر، یکی از مراحل حساس به شوری می‌باشد و شوری بیشتر، سبب کاهش درصد جوانه‌زنی می‌شود. عبور آب از یک میدان مغناطیسی، سبب می‌شود هدایت الکتریکی آب (EC) کاهش یابد. از طرفی با توجه به این که EC با پتانسیل اسمزی در ارتباط است، می‌توان انتظار داشت که با عبور آب از یک میدان مغناطیسی و کاهش EC، اثر منفی پتانسیل اسمزی نیز کاهش یابد. پتانسیل اسمزی پایین‌تر، جذب آب را مشکل‌تر کرده و در نتیجه جوانه‌زنی را سخت‌تر می‌سازد (Sarmad Nia، 1375). لذا با کاهش EC آب آبیاری در اثر عبور آن از میدان مغناطیسی، می‌توان انتظار داشت که درصد جوانه‌زنی بذرها بهبود یابد. با توجه به مقادیر جدول 2، کاربرد آب مغناطیسی بر روی سرعت جوانه‌زنی اثر معنی‌دار داشت، به طوری که به میزان 8/21 درصد سرعت جوانه‌زنی را افزایش داد. به علت افزایش سیالیت آب در اثر عبور از میدان مغناطیسی، آب مغناطیسی بسیار راحت‌تر از آب معمولی وارد غشای بذر شده و جذب بذر می‌گردد. لذا با عبور دادن آب از میدان مغناطیسی، آب راحت‌تر به قسمت‌های درونی بذر نفوذ پیدا می‌کند و فرایندهای متابولیکی که منجر به جوانه‌زنی می‌شوند، سریع‌تر آغاز شده، در نتیجه سرعت جوانه‌زنی افزایش می‌یابد (Belov و همکاران، 1988). علت پدیده فوق را می‌توان در این دانست که مولکول‌های آب تحت تأثیر پیوند هیدروژنی و واندروالسی با یکدیگر و همچنین سایر یون‌ها و مولکول‌های موجود در آب درگیر می‌باشند. عبور آب از میدان مغناطیسی باعث کاهش اثر این دو پیوند شده و تعداد زیادی از مولکول‌های آب آزاد خواهد شد. این حالت باعث می‌شود که نیروی کشش سطحی آب کاهش یابد، بنابراین سیالیت آب افزایش یافته و خاصیت ترکنندگی آن بیشتر شود (Kiani و همکاران، 1387؛ Xiao Feng و Bo، 2008). بنابراین جذب آب مغناطیسی راحت‌تر صورت می‌گیرد و سبب تسریع در جوانه‌زنی بذرها می‌گردد.
طول ساقه‌چه بذرهایی که با آب مغناطیسی تیمار شدند، در مقایسه با شاهد 67/1 سانتی‌متر (95/17 درصد) بیشتر بود. بیشترین طول ساقه‌چه مشاهده شده، 33/12 سانتی‌متر و مربوط به تیمار آب چاه مغناطیس شده بود. تیمار آب مغناطیسی وزن خشک ساقه‌چه و ریشه‌چه را به ترتیب 9/25 و 22/22 درصد در مقایسه با شاهد افزایش داد (جدول 2). نتایج حاصل از این آزمایش با نتایج به دست آمده توسط Carbonell و همکاران (2004) هم‌خوانی دارد. آنها گزارش کردند که آبیاری بذرهای Signal Grass با آب مغناطیسی، سرعت و درصد جوانه‌زنی را حدود 10 درصد برای تمام تیمارهای مغناطیسی نسبت به تیمار شاهد افزایش داد.
شکل 1-2 جدول 1-2
شکل 2 اثر متقابل نوع آب و عبور از میدان مغناطیسی را بر وزن خشک ساقه‌چه نشان می‌دهد. با توجه به شکل 2، مشاهده می‌شود تفاوت وزن خشک ساقه‌چه بذرهای آبیاری شده با آب چاه معمولی و مغناطیسی، معنی‌دار بود. وزن خشک ساقه‌چه بذرهای آبیاری شده با آب چاه مغناطیسی نسبت به آب چاه معمولی از 023/0 (سطح آماری a) به 036/0 گرم (سطح آماری b) (حدود 36 درصد) افزایش یافت. همان طور که پیش‌تر نیز اشاره شد عبور آب از میدان مغناطیسی سبب بهبود خواص فیزیکی آب می‌شود که این شرایط موجب جذب راحت‌تر آب و مواد مغذی همراه آن توسط دان‌نهال‌ها می‌گردد. در نتیجه تولید مواد غذایی توسط آنها افزایش می‌یابد که این امر سبب می‌شود اندوخته غذایی بیشتری در ساقه‌چه دان‌نهال‌ها ذخیره شود و در نهایت وزن خشک ساقه‌چه افزایش یابد. با توجه به شکل 2، مشاهده می‌شود با وجود اختلاف حدود 12 درصدی (025/0 آب مقطر مغناطیسی و 022/0 آب مقطر معمولی) بین وزن خشک ساقه‌چه بذرهای آبیاری شده با آب مقطر معمولی و مغناطیسی، این اختلاف معنی‌دار نبود. علت اختلاف را می‌تواند مربوط به جذب راحت‌تر و بیشتر آب مغناطیسی توسط بذرهای آبیاری شده با این نوع آب باشد و عدم معنی‌دار شدن آن می‌تواند به دلیل عدم وجود مواد مغذی زیاد (در قیاس با آب چاه) باشد. همچنین با توجه به شکل 2 مشاهده می‌شود که تفاوت وزن خشک ساقه‌چه بذرهای آبیاری شده با آب چاه مغناطیسی و آب مقطر مغناطیسی (6/29 درصد) معنی‌دار بود. علت تفاوت معنی‌دار فوق نیز می‌تواند مربوط به مواد مغذی بیشتر در آب چاه باشد.
نتایج حاصل از تجزیه واریانس صفات اندازه‌گیری شده در آزمایش استقرار گیاهچه در جدول 3 آورده شده است. با توجه به نتایج به دست آمده، ملاحظه می‌گردد که نوع آب بر روی هیچ یک از صفات طول ساقه، طول ریشه، وزن خشک ساقه، وزن خشک ریشه و درصد جوانه‌زنی معنی‌دار نبود و فقط بر صفت سرعت جوانه‌زنی (در سطح یک درصد) اثر معنی‌دار داشت. آب مغناطیسی، روی صفات طول ساقه، وزن خشک ساقه، وزن خشک ریشه در سطح آماری یک درصد و بر سرعت جوانه زنی در سطح آماری 5 درصد معنی‌دار شد ولی بر طول ریشه در هیچ سطح آماری معنی‌دار نشد (جدول 3). اثر متقابل نوع آب و میدان مغناطیسی در هیچ سطح آماری بر هیچ یک از صفات مورد بررسی در این پژوهش، معنی‌دار نشد.
جداول 3-4
استفاده از آب چاه سرعت جوانه‌زنی را به میزان 98/12 درصد افزایش داد (جدول 4). استفاده از آب مغناطیسی برای آبیاری، سرعت جوانه‌زنی را 2/12 درصد در مقایسه با تیمار شاهد بهبود داد (جدول 4). افزایش سرعت جوانه‌زنی سبب می‌شود که گیاه سریع‌تر دوره رشد رویشی خود را آغاز کند، بنابراین محصول زودتر قابل برداشت خواهد شد. آبیاری با آب مغناطیسی موجب افزایش طول ساقه به میزان 65/14 درصد شد (جدول 4). همچنین آب مغناطیسی وزن خشک ساقه و وزن خشک ریشه را به ترتیب 87/20 و12/33 درصد در مقایسه با شاهد افزایش داد. این در حالی است که آب مغناطیسی بر طول ریشه اثر معنی‌داری نداشت (جدول 4). علت این امر می‌تواند ناشی از محدود بودن فضای گلدان‌ها جهت رشد طولی بیشتر ریشه‌ها باشد. اما با توجه به این که آب مغناطیسی اثر معنی‌دار بر روی وزن خشک ریشه داشت، می‌توان نتیجه گرفت که آبیاری با آب مغناطیسی باعث افزایش ریشه‌دوانی گیاه گردیده است. افزایش ریشه‌دوانی گیاه سبب افزایش منطقه قابل دسترس گیاه برای جذب آب و مواد غذایی توسط ریشه شده و در نتیجه رشد بیشتر گیاه را سبب می‌شود. استفاده از آب مغناطیسی برای آبیاری، ضمن تأثیر بر روی رشد ریشه، رشد گیاه را نیز سرعت می‌بخشد (Turker و همکاران، 2007؛ Belyavskaya، 2004). عبور دادن آب آبیاری از میدان مغناطیسی مناسب، رشد گیاه و به ویژه درصد جوانه‌زنی و سرعت خروج جوانه‌ها از خاک را افزایش می‌دهد (Podleoeny و همکاران، 2004؛ Amaya و همکاران، 1996). با توجه به دو قطبی بودن مولکول‌های آب، هنگام عبور آب از یک میدان مغناطیسی، با اعمال نیروی القایی ناشی از میدان، بخش‌های غیر همنام مولکول و میدان در یک راستا قرار می‌گیرند، در نتیجه مولکول‌های نامنظم آب شکل منظمی به خود گرفته و فضای کمتری را اشغال می‌کنند. لذا در اثر مغناطیس شدن آب، تعداد مولکول‌های آب در واحد حجم افزایش یافته و توانایی آب برای جذب کاتیون‌ها و آنیون‌ها افزایش می‌یابد (Kiani و همکاران، 1387). افزایش قابلیت حل مواد معدنی و املاح در آب، سبب افزایش عناصر میکرو و ماکرو در خاک و پخش و کشیدگی به طرف سلول گیاه در طول ریشه گیاه می‌شود (Abdul Razzak Tahir و Fathi Hama Karim، 2010). بنابراین، آبیاری با آب مغناطیسی سبب افزایش جذب املاح و مواد مغذی توسط گیاه و در نتیجه رشد بیشتر گیاه می‌شود. همچنین کاربرد میدان مغناطیسی سبب عبور آسان آب و مواد از غشای سلول گیاهی می‌شود (Algozari و Yao، 2006) که سبب رشد بیشتر گیاه خواهد شد.
با توجه به نتایج به دست آمده از این تحقیق، مشاهده شد که آبیاری با آب مغناطیسی اثر محرکی روی پارامترهای رشد اولیه گیاه گذاشته و این پارامترها را در مقایسه با تیمار شاهد افزایش می‌دهد. عبور دادن آب آبیاری از یک میدان مغناطیسی، علاوه بر کاهش شوری آب، اثرات مثبت دیگری در خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آب می‌گذارد که باعث افزایش رشد اولیه گیاه و سرعت جوانه‌زنی می‌شود. با توجه به اثرات مثبت آب مغناطیسی در شرایط آزمایشگاهی، پیشنهاد می‌شود اثر آبیاری با آب مغناطیسی بر عملکرد و اجزای عملکرد گیاه در شرایط مزرعه‌ای مورد مطالعه قرار گیرد.
)