نویسندگان
1 استادیار دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی اهر دانشگاه تبریز
2 ، استاد گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی دانشگاه ارومیه
3 ، دانشیار گروه اصلاح و بیوتکنولوژی گیاهی دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه
4 ، استادیار گروه خاکشناسی دانشکده کشاورزی دانشگاه ارومیه
چکیده
کلیدواژه‌ها
مقدمه
پایداری بسیاری از سیستم های تولید محصول به کیفیت خاک و دسترسی گیاهان به عناصر غذایی خاک بستگی دارد (Christensen, 2004). در اکوسیستم های کشاورزی در مقایسه با اکوسیستم های طبیعی که در آنها عناصر غذایی در حال چرخش هستند، عناصر غذایی یا در زمان برداشت محصول بصورت پسماند های زراعی شامل کاه و کلش از زمین خارج می شوند و یا از طریق فرسایش، آبشویی و یا به شکل گازهای گلخانه ای از دسترس گیاهان خارج می گردند (Campbell, 1998). از این رو، سیستم های کشاورزی بیشتر از سیستم های طبیعی در معرض خطر کاهش عناصر غذایی خاک می باشند (Wild, 2003)، بنابراین برای افزایش مقدار مواد غذایی در دسترس گیاهان باید از کود استفاده گردد. استفاده زیاد از کودهای غیرآلی علاوه بر کاهش کیفیت خاک، افزایش هزینه های تولید محصول و اثرات سوء زیست محیطی را به دنبال دارد (Fageria and Baligar, 2005). استفاده از تناوب زراعی و اضافه نمودن مواد آلی برای به حداقل رساندن این مشکلات توصیه شده است (Kumar and Goh, 2000). کود سبز باعث افزایش مواد آلی خاک شده که این پدیده در نتیجه فرآیند های میکروبیولوژیکی اتفاق افتاده و باعث آزاد سازی عناصر غذایی برای گیاهان می شوند (Talgre et al., 2009). مطالعه تاثیر گیاهان کود سبز شبدر قرمز، یونجه معمولی، ماشک و یولاف بر میزان نیتروژن قابل جذب از نظر بیولوژیکی نشان داده است که استفاده از یونجه به عنوان کود سبز، میزان نیتروژن خاک را بطور چشمگیری افزایش داده و باعث افزایش میزان پروتئین بذور گندم در کشت بعدی شده است (Maiksteniene and Arlauskiene, 2004). استفاده از کودهای سبز لگوم، میزان عناصر غذایی خاک بویژه نیتروژن را افزایش می دهد (Matos et al., 2008)، این در حالی است که کارایی کود سبز در افزایش عناصر غذایی به نوع خاک، دمای محیط، اسیدیته و سیستم مدیریتی خاک بستگی دارد (Thonnissen et al., 2000). همچنین معدنی شدن نیتروژن به نسبت C/N بویژه در هفته های اول تجزیه بستگی دارد (Cabrera et al., 2005).
کود سبز در کشور ما تنها در بعضی مناطق و در حد بسیار محدودی اعمال می گردد. کودهای حیوانی نیز به طور صحیحی نگهداری و مصرف نمی شوند. گران بودن کودهای دامی و عدم رواج مصرف آنها نیز مزید بر علت شده و موجب نقش بسیار ناچیز کودهای آلی در افزایش حاصلخیزی و اصلاح خاک های ایران می گردد. این موضوع به خصوص در زراعت های وسیع می تواند مشکلات جدی در برنامه ریزی و عملیات زراعی بوجود آورد. هدف از این تحقیق مطالعه گیاهان خانواده های گرامینه و براسیکاسه در کنار گیاهان خانواده لگومینوزه به عنوان کود سبز و بررسی تغییرات عناصر غذایی خاک شامل کربن آلی، نیتروژن و فسفر و همچنین معدنی شدن نیتروژن طی دوره های بعد از افزودن بقایای سبز گیاهان به خاک و در نهایت معرفی بهترین گیاه به عنوان کود سبز در شرایط مورد مطالعه می باشد.
مواد و روش ها
این تحقیق در سال های 1388 و 1389 در مزرعه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه ارومیه واقع در 11 کیلومتری شمال غرب ارومیه، به طول جغرافیایی ' 5 و◦45 شرقی و عرض جغرافیایی ' 32 و ◦37 شمالی و با ارتفاع 1320 متر از سطح دریا، به صورت طرح بلوک های کامل تصادفی در چهار تکرار اجرا شد. در این آزمایش گیاهان شبدر قرمز (Trifolium pretense L.)، شبدر سفید (Trifolium repens L.)، شبدر برسیم (Trifolium alexandrinum L.)، ماشک (Vicia sativa L.)، گاودانه (Vicia peregrine L.)، اسپرس (Onobrychis viciaefolia Scop.)، ارزن مرواریدی (Panicum miliaceum)، یولاف (Avena sativa L.)، سورگوم علوفه ای (Sorghum bicolor L.) و منداب (Eruca sativa L.) به عنوان تیمار در نظر گرفته شدند. خاک مزرعه مورد آزمایش در این تحقیق رسی لومی بود (32 درصد رس و 44 درصد سیلت). کشت گیاهان کود سبز در تاریخ چهاردهم اردیبهشت برای سال 1388 و بیستم اردیبهشت برای سال 1389 به صورت دست پاش و در واحدهای آزمایشی 3×4 متر مربعی صورت گرفت. بقایای سبز گیاهان بسته به رقم و گونه گیاهی در مراحل اولیه گلدهی (در فاصله 30 تیر تا 16 مرداد برای آزمایش سال 1388 و 1 مرداد تا 14 مرداد برای آزمایش سال 1389) به کمک قیچی باغبانی به قطعات کوچک خرد شده و به کمک شخم دستی در عمق 30 سانتی متری خاک برگردانده شدند. از آنجائیکه میزان بقایای گیاهی که به خاک افزوده شده بر حسب گیاه متفاوت بود، قبل از برگرداندن گیاهان به خاک نمونه گیری از آنها برای بر آورد عملکرد هر کدام از گیاهان مورد مطالعه، به کمک یک پلات 1 متر مربعی در هر کرت انجام شد (Biederbeck, 1993). پس از توزین، گیاهان توسط دستگاه آون در دمای 70 درجه سانتیگراد خشک شدند. تعیین میزان همی سلولز، سلولز و لیگنین نمونه های گیاهی، با استفاده از روش وان سوست و گوئرینگ و به کمک شوینده های خنثی واسیدی انجام شد (Van Soest et al., 1991). نمونه برداری از خاک در زمان های مختلف شامل: موقع برگرداندن گیاهان به خاک (نمونه برداری اول)، یک ماه (نمونه برداری دوم)، سه ماه (نمونه برداری سوم) و پنج ماه (نمونه برداری چهارم) بعد از برگرداندن گیاهان به خاک صورت گرفت بدین ترتیب که نمونه ها از عمق صفر تا 30 سانتی متری خاک و از سه مکان در هر کرت برداشته شده و با هم مخلوط شدند. نمونه های خاک به طور جداگانه در هوا خشک شده و از الک 2 میلی متری عبور داده شدند. کربن آلی نمونه های خاک به روش اکسیداسیون در مجاورت بی کرومات پتاسیم و اسید سولفوریک غلیظ (Walky and Black, 1934) و نیتروژن کل با استفاده از روش کجلدال (Hesse, 1971) تعیین گردید. فسفر تبادلی با بی کربنات سدیم 5/0 نرمال، بوسیله اسپکتروفتومتری مورد اندازه گیری قرار گرفت.
به منظور پی بردن به اثر متقابل زمان های مختلف نمونه برداری از خاک با تیمار، تجزیه و تحلیل داده ها به صورت طرح اسپلیت پلات در زمان انجام گرفت که در این حالت گیاهان به عنوان فاکتور اصلی و زمان به عنوان فاکتور فرعی در نظر گرفته شد. تجزیه داده‌ها برای صفات مختلف با استفاده از نرم افزار آماری SAS (SAS Institute Inc, 1997) انجام گرفت. برای نرمال کردن اعداد از نرم افزار MINITAB 14 استفاده شد. آزمون بارتلت روی کلیه صفات مورد بررسی انجام شد (Yilmaz, 2008)، بر اساس این آزمون درصورتی که واریانس خطای صفات در دو سال متوالی کاشت با یکدیگر همگون باشند مقایسه میانگین صفات با استفاده از آزمون دانکن در سطح 1% و یا 5% به صورت تجزیه مرکب انجام شد. در غیر این صورت مقایسه میانگین صفات برای هر سال بطور جداگانه انجام گرفت.
نتایج و بحث
نتایج آزمون بارتلت نشان داد که واریانس خطای دو سال برای هیچکدام از صفات اندازه گیری شده یکنواخت نبود بنابراین تمام صفات به صورت دو سال جدا از هم تجزیه آماری شدند.
نتایج تجزیه واریانس نشان داد که تیمار تاثیر معنی داری (در سطح 1%) بر عملکرد کل گیاه، نیتروژن کل گیاه، سلولز، همی سلولز، لیگنین، نسبت C/N گیاه دارد (جدول 1). بدین ترتیب که بیشترین و کمترین عملکرد کل گیاهان کود سبز در سال 1388 و 1389 بترتیب مربوط به سورگوم علوفه ای و شبدر قرمز بود (جدول 2). گیاهان خانواده لگوم نسبت به سایر گیاهان بیشترین مقدار نیتروژن کل را داشتند و در بین لگوم ها در سال اول آزمایش ماشک و گاودانه بیشترین مقدار نیتروژن کل را داشتند و در سال 1389 میزان نیتروژن کل اسپرس اختلاف معنی داری با این دو گیاه نداشت. در کلیه بقایای گیاهان مورد مطالعه به استثنای سورگوم علوفه ای مقدار سلولز از همی سلولز بیشتر بود در حالی که درصد لیگنین در بقایای گیاهی کمتر از سلولز و همی سلولز است. بالا بودن درصد لیگنین نشان دهنده دیر تجزیه پذیری این گیاهان می باشد (Summerell and Bugress, 1989). در سال های 1388 و 1389 نسبت C/Nگیاهان لگوم کمتر از یولاف، منداب، ارزن مرواریدی و سورگوم علوفه ای بود (جدول 2). بیشترین درصد کربن آلی در مورد سورگوم علوفه ای و در سال های 1388 (1/47 %) و 1389 (5/46 %) و بدون وجود اختلاف معنی دار بین این دو سال مشاهده شد (جدول 2).
چدول 1--------2------
صفات مورد مطالعه خاک بعد از اختلاط بقایای گیاهان کود سبز
نتایج تجزیه واریانس صفات مختلف مورد ارزیابی خاک بعد از اختلاط بقایای گیاهان مختلف کود سبز شامل کربن آلی خاک، نیتروژن کل خاک، نسبت کربن به نیتروژن خاک و فسفر قابل جذب در سال اول (1388) و دوم (1389) آزمایش (جدول 3) نشان داد که اثر متقابل نوع گیاه (تیمار) ×زمان های مختلف نمونه برداری از خاک معنی دار بوده (P≤0.01) و در مورد گیاهان ماشک، گاودانه، یولاف، اسپرس، شبدر سفید و قرمز در سال 1388 و انواع شبدرها در سال 1389، بیشترین میزان کربن آلی مربوط به زمان یک ماه بعد از زیر خاک کردن بقایای گیاهان بوده و در مورد ماشک، گاودانه، یولاف، اسپرس در سال 1389 مربوط به سومین نمونه برداری (سه ماه بعد از اختلاط بقایای گیاهان کود سبز با خاک) است، در حالی که در هر دو سال برای ارزن مرواریدی و سورگوم علوفه ای به دلیل ساختار خشبی تر (لیگنین بالا) این گیاهان بیشترین میزان کربن آلی پنج ماه بعد از برگرداندن گیاهان به خاک مشاهده شد. به طور کلی بیشترین میزان کربن آلی در اثر برگرداندن سورگوم علوفه ای در خاک (59/1 درصد در سال 1388 و 94/1 درصد در سال 1389) مشاهده گردید. بعد از سورگوم علوفه ای بیشترین مقدار کربن آلی متعلق به ارزن مرواریدی با میزان 12/1 درصد برای سال 1388 و 81/1 درصد برای سال 1389 بوده است (جدول 4) که از دلایل این پدیده می توان به توانایی بالای این گیاهان در تولید زیست توده (جدول 2) و استفاده از منابع و توانایی بالا در بازده بیولوژیکی در تبدیل این منابع به مواد خشک اشاره کرد. کودهای سبز سریع الرشد نظیر خردل، کلزا و منداب، نیتروژن را سریع تر جذب و آن را به شکل آلی در بافت های خود ذخیره می‌کنند و از خطر آبشویی آن جلوگیری می نمایند. این گیاهان به هنگام برگرداندن در خاک با سرعت بیشتری تجزیه می شوند (Koocheki et al., 1997). کودهای سبزی که در افزایش کربن آلی خاک موثرترند ممکن است نیتروژن چندانی را آزاد نسازند بنابراین تصمیم گیری در مورد هر کدام از گیاهان به عنوان کودسبز به هدف کاربرد (افزایش ماده آلی یا نیتروژن خاک) بستگی دارد (Koocheki et al., 1997).
میزان نیتروژن کل خاک در تمام گیاهان مورد آزمایش طی زمان های مختلف نمونه برداری از خاک در هر دو سال اجرای تحقیق (جدول 4) سیر صعودی داشته و پنج ماه بعد از برگرداندن گیاهان به خاک نسبت به زمان های دیگر بیشترین میزان را داشته است، در حالی که بیشترین مقدار آن در سال 1388، پنج ماه بعد از استفاده از بقایای شبدر سفید به عنوان کود سبز حاصل شد (23/0 %) و نسبت به حالت شاهد افزایش قابل توجهی را از خود نشان داد و ماشک (19/0 %) و گاودانه (16/0 %) در مراتب بعدی قرار گرفتند. در سال 1389، بیشترین درصد نیتروژن کل مربوط به نمونه برداری سوم (34/0 درصد سه ماه بعد از اختلاط بقایا با خاک) و چهارم (35/0 درصد پنج ماه بعد از اختلاط بقایا با خاک) ماشک بوده و بعد از آن متعلق به گاودانه (31/0 %)، شبدر سفید (29/0 %) و قرمز (29/0 %) بود. به عبارت دیگر می توان گفت افزایش درصد نیتروژن کل در خاک در اثر افزودن بقایای سبز گیاهان خانواده لگوم یعنی ماشک، گاودانه، اسپرس و انواع شبدر بیشتر از سایر گیاهان مورد آزمایش بوده است (جدول 4). بیان این مطلب ضروری به نظر می رسد که گیاهان مورد مطالعه به عنوان کود سبز از نظر مقدار عملکرد (جدول 2) با یکدیگر متفاوت بوده و می توان این گونه بیان کرد که برخی گیاهان (مانند سورگوم علوفه ای، یولاف و ارزن مرواریدی در این تحقیق) قادرند فقط بخشی از نیتروژن و عناصر دیگر موجود در خاک را در بافت های خود ذخیره کرده و در طی دوران تجزیه به شکل های قابل استفاده تر در اختیار خاک و گیاه بعد از خود قرار دهند، در حالی که در مورد گیاهان لگوم که قادر به همزیستی با باکتری های ریزوبیوم هستند امکان تثبیت نیتروژن و به تبع آن دسترسی به سایر عناصر افزایش می یابد که البته این امر به شرایط خاک و اقلیم نیز بستگی داشته و در گونه های مختلف گیاهی متفاوت می باشد که گاه مقدار تثبیت نیتروژن را می تواند تا 400 کیلوگرم در هکتار نیز برساند (People et al., 1998; Hoghjensen and Schjoerring, 2001 ). استفاده از گیاهان به عنوان کود سبز تاثیر مثبت روی افزایش کربن آلی خاک و میزان نیتروژن کل خاک دارد (Sabiene et al., 2010) که نتایج حاصل از تحقیق حاضر نیز موید همین امر است.
چدول 3-------------
گیاهان کود سبز در مرحله گلدهی به خاک برگردانده می شوند و از آنجایی که میزان تثبیت نیتروژن در این مرحله حداکثر می باشد (Koocheki et al., 2005)، بنابراین غیر از عامل بالا بودن میزان نیتروژن در بافت این گیاهان (جدول 2)، عامل بالا بودن تثبیت نیتروژن نیز در افزایش میزان نیتروژن کل خاک موثر می باشد. لگوم ها بخش اعظمی از نیتروژن را تثبیت می کنند که در شرایط مزرعه به 80-60 درصد نیز می رسد. از جمله ویژگی های لگومها این است که دارای کیفیت بالایی هستند (نسبت پایین C/N با توجه به جدول 2) که باعث می شود سریعا تجزیه شوند (Giller and Wilson, 1991).
مقدار نیتروژن کل حاصل از گیاهان کود سبز لگوم با یکدیگر متفاوت است که دلیل آن علاوه بر متفاوت بودن نوع و مقدار تثبیت نیتروژن اتمسفر، می توان به مقدار ماده خشک تولیدی آنها نیز نسبت داد که این نکته در مورد گیاهان متعلق به یک جنس (مانند انواع شبدر مورد استفاده در این تحقیق) حائز اهمیت بیشتری می باشد (Condron and Fowler, 2004; Cherr and Scholberg, 2006). از طرفی، اگر چه همه گیاهان لگوم باعث افزایش نیتروژن خاک می شوند اما گیاهانی که نیتروژن خاک را بیشتر و سریع تر افزایش می دهند، به عنوان کود سبز قابل قبول تر هستند (Tripolskaya and Romanovskaya, 2006).
در هر دو سال اجرای تحقیق درصد نیتروژن کل حاصل از برگرداندن منداب به خاک نسبت به ارزن مرواریدی و یولاف تفاوت معنی داری نداشت (جدول 4)، در حالی که از مقدار نیتروژن کل حاصل از سورگوم علوفه ای بیشتر بود. اهمیت افزودن گیاهان کود سبز در خاک، آزادسازی عناصری مانند نیتروژن از این گیاهان می باشد. نیتروژن آزاد شده از گیاهان کود سبز می تواند توسط گیاهان کشت بعدی مورد استفاده قرار گیرد و چون این میزان نیتروژن به تدریج از مواد آلی رها می شود بنابراین خطر آبشویی آن کاهش می یابد (Wade and Sanchez, 1983). اگر همه کودهای نیتروژن دار به صورت یکدفعه و در شروع رشد گیاه داده شود باعث افزایش در رشد رویشی شده و عملکرد افزایش و کیفیت محصول کاهش می یابد، در حالی که با استفاده از کود سبز، نیتروژن در طولانی مدت رها شده و بنابراین گیاه به صورت مداوم در مراحل مختلف رشدی خود می تواند از آن استفاده کند (Talgre et al., 2009).
کمترین میزان نسبت C/N، سه و پنج ماه (در سال 1388) و حتی یک ماه (در سال 1389) بعد از برگرداندن بقایای گیاهان شبدر سفید، شبدر قرمز، شبدر برسیم، اسپرس، ماشک و گاودانه در خاک حاصل شد (جدول 5). این نسبت در سال 1388 در مورد شبدر سفید یک ماه بعد از برگرداندن بقایای گیاهی به خاک نیز پایین بود که به علت بالا بودن میزان نیتروژن حاصل از فرآیند تثبیت نیتروژن توسط این گیاهان می باشد (جدول 4). کود سبز در اصل به عنوان اصلاح کننده خاک و به عنوان منبع غذایی برای گیاهان بعدی مورد استفاده قرار می گیرد. بر خلاف کودهای نیتروژن دار، لگومها که به عنوان کود سبز مورد استفاده قرار می گیرند، قادرند نیتروژن را به صورت بیولوژیکی تثبیت کرده، حتی ممکن است در مقدار انبوه، کربن را نیز در سیستم کشت اضافه کند (Sharma and Mittra, 1988). میزان تجزیه مواد آلی در خاک بوسیله نسبت C/N تعیین می گردد. هر چه نسبت C/N کمتر باشد، کربن آلی کم و محتوای نیتروژن بالا بوده و نیتروژن زیادی در اثر معدنی شدن کود سبز آزاد خواهد شد (Kumar and Goh, 2002)، به عبارت دیگر می توان گفت بالا بودن نسبت C/N باعث کاهش معدنی شدن و وقوع پدیده آلی شدن می شود.
میزان فسفر خاک در تمام گیاهان مورد آزمایش طی زمان های مختلف نمونه برداری از خاک در هر دو سال اجرای تحقیق (جدول 5) سیر صعودی داشته و بیشترین مقدار آن در سال 1388 به چهارمین نمونه برداری شبدر سفید (mg/kg00/34)، ماشک ( mg/kg50/32) برای نمونه برداری چهارم بدون اختلاف با سومین نمونه برداری mg/kg 75/30) و گاودانه ( mg/kg75/31) در مقایسه با حالت شاهد ( mg/kg00/17) بود. در سال 1389 نیز بیشترین مقدار فسفر مربوط به گیاهان لگوم بوده و در راس این گیاهان ماشک با میزان 25/38 میلی گرم در کیلوگرم و اسپرس با 25/36 میلی گرم در کیلوگرم در مقایسه با حالت شاهد ( mg/kg 25/27) قرار گرفت.
زمانی که بقایای گیاهان کود سبز به خاک برگردانده می شوند، فرآیندهای تجزیه تحریک شده و قابلیت دسترسی به فسفر در اثر افزایش رها سازی CO2 به شکل H2CO3، افزایش می یابد در حالی که قبلا این فسفر بصورت غیر قابل دسترس در خاک تثبیت شده بودند (Tisdale et al., 1985). همچنین رهاسازی اسیدهای آلی در طول تجزیه می تواند به حل کردن فسفر معدنی خاک کمک کند (Sharpley and Smith, 1989). لگوم ها غیر از نیتروژن سایر عناصر غذایی از جمله فسفر را که برای گیاهان غیرلگوم قابل دسترس نیستند در اختیار گیاه بعدی قرار می دهند (Wasaki and Kojima, 2008). کربن آلی موجود در کود سبز بوسیله انتشار آلومینیوم روی سطوح ترکیبات خاک باعث افزایش فسفر قابل دسترس می گردد (Gannell and Ohno, 1996). افزایش فسفر قابل دسترس بعد از اختلاط بقایای گیاهان کود سبز گزارش شده است (Singh et al., 2000) که با نتایج حاصل از این تحقیق مطابقت دارد.اگر کود سبز نسبت C/N پایین ( مانند شبدر سفید، شبدر قرمز، شبدر برسیم، اسپرس، ماشک و گاودانه در این تحقیق) داشته باشد، تجزیه سریع انجام می گیرد و در طی این فرآیند، اسید کربنیک آزاد می شود و اسیدیته خاک کاهش می یابد و با اسیدی شدن خاک قابلیت دسترسی فسفر افزایش می یابد (Koocheki et al., 2005).
جدول 4---------------------------------------
وجود ریشه های عمقی در برخی از بقولات در لایه های سخت زیرین خاک نفوذ کرده و سبب دسترسی گیاه به عناصر غذایی می شود که جذب آنها برای گیاهان دارای ریشه های سطحی امکان پذیر نیست (Koocheki et al., 2005).
به طور کلی هدف از کاربرد گیاهان کود سبز افزایش مواد آلی و عناصر غذایی خاک است که با توجه به نتایج حاصل از این تحقیق دو ساله، گیاهان شبدر سفید و ماشک به دلیل تثبیت بالای نیتروژن و داشتن کیفیت بالا، C/N و لیگنین پایین حتی یک ماه بعد از برگرداندن این گیاهان به خاک و در نتیجه افزایش فسفر قابل استفاده برای گیاه بعدی، به عنوان بهترین کود سبز در بین گیاهان مورد مطالعه معرفی می گردند.
)