اثر رقابت علف های هرز بر پروتئین بذر، هدایت الکتریکی بذر و کلروفیل نسبی برگ در لوبیا

مقدمه

لوبیا (Phaseolus vulgaris L.) یکی از مهمترین گیاهان زراعی خانواده حبوبات است که در دنیا به عنوان یکی از منابع مهم پروتئینی و کالری در تغذیه انسان محسوب می شود. دانه لوبیا دارای 20 تا 25 درصد پروتئین و 50 تا 56 درصد هیدرات کربن می باشد. پروتئین دانه این گیاه، در مقایسه با غلات 2 تا 3 برابر و نسبت به گیاهان نشاسته ای 10 تا 20 برابر است. از این رو در کشورهایی که تولید پروتئین حیوانی با محدودیت روبرو است، این گیاه می تواند نقشی اساسی در تأمین پروتئین مورد نیاز انسان داشته باشد. به همین دلیل، سطح زیر کشت این گیاه در جهان رو به فزونی است (Hungria et al., 2000). لوبیا از جمله گیاهان آسیب پذیر در مقابل علف های هرز است به  طوری که مهار علف های  هرز به عنوان مهم ترین مشکل تولید لوبیا در بسیاری از کشورها از جمله ایران محسوب می شود. علف های هرز با رقابت بر سر منابع رشد از قبیل نور، آب و عناصر غذایی موجب کاهش عملکرد لوبیا می شوند، به  گونه ای که می توانند عملکرد دانه در این گیاه را تا 90 درصد کاهش دهند (Ahmadi et al., 2005). بنابراین برای دستیابی به عملکرد بالا، مهار علف های هرز ضروری است. Burnside و همکاران (1998( با تأکید بر مدیریت دقیق علف های هرز لوبیا، گزارش کردند که عملکرد لوبیا در شرایط رقابت با علف های هرز کاهش یافت. Wilson  و همکاران (1990) اظهار کردند که رابطه معکوسی بین وزن خشک علف های هرز و عملکرد لوبیا وجود دارد، به طوری که با افزایش وزن خشک علف های هرز عملکرد لوبیا کاهش می یابد. رقابت از طریق کاهش اجزای عملکرد سبب کاهش عملکرد نهایی محصول می شود. از این رو برنامه ریزی برای مدیریت علف های هرز به دانش مربوط به اثر رقابت بر خصوصیات و عملکرد گیاهان زراعی بستگی دارد (Cousens et al., 1988). از آنجا که میزان کلروفیل برگ به میزان زیادی، تعیین کننده میزان فتوسنتز (Peng et al., 1993) و تولید زیست توده (Kropff et al., 1993) است لذا می تواند عملکرد نهایی را متأثر سازد. استفاده از دستگاه کلروفیل سنج SPAD، روشی ساده، سریع و غیر تخریبی جهت اندازه گیری کلروفیل برگ محسوب می شود (Samdur et al. 2000). Vrbnicanin و همکاران (2012) گزارش کردند که رقابت علف های هرز سبب کاهش عدد SPAD در چاودار شد.

 تداخل علف های هرز با گیاه زراعی ممکن است ترکیبات بذر را نیز تحت تأثیر قرار دهد. Randhawa و همکاران (2002) گزارش کردند که رقابت علف هرز Trianthema portulacastrum، پروتئین بذر ذرت را به طور معنی داری کاهش داد.  Mason و Madin (1996) بیان کردند که تداخل علف های هرز سبب کاهش پروتئین بذر گندم گردید. بر اساس مطالعات ما، در حال حاضر اطلاعات زیادی در زمینه اثر رقابت علف های هرز بر کیفیت و قابلیت حیات بذر وجود ندارد. آزمون هدایت الکتریکی بذر روشی مناسب برای اندازه گیری توانایی حیات و تخمین بنیه بذر می باشد (Vieira et al., 2004). لذا به کمک این آزمون می توان، اثر رقابت علف های هرز بر کیفیت بذور گیاه زراعی را ارزیابی نمود. این مطلب زمانی اهمیت پیدا می کند که گیاه جهت تولید بذر کشت شده باشد.

 یکی از روش های عمدة مهار علف های هرز در محصولات زراعی، کاربرد علف کش های شیمیایی است. استفاده بی رویه از علف کش ها باعث آلودگی محیط زیست، مسمومیت آب های زیرزمینی و به خطر انداختن سلامت انسان و دیگر جانداران می شود.  به همین دلیل، امروزه مدیریت تلفیقی علف های هرز به عنوان راهکاری مهم در جهت کاهش مصرف علف کش ها، مورد توجه قرار گرفته است (Ngoujio et al., 1997). درک صحیح و توسعه این نظام مدیریتی، نیاز به شناخت دقیق علف های هرز و بررسی اثرات تداخلی به خصوص جنبه های رقابتی آنها دارد (Ahmadi et al., 2005). از این رو می توان گفت که مدیریت صحیح و مؤثر علف های هرز نیازمند دانش ما از اثرات رقابت بر گیاه زراعی است. در همین راستا، هدف از این مطالعه بررسی اثر رقابت علف های هرز بر کلروفیل نسبی برگ، پروتئین بذر، هدایت الکتریکی بذر و عملکرد لوبیا بود.

مواد و روش ها

این آزمایش در سال 1390 در مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی استان همدان با طول جغرافیایی  48 درجه و32 دقیقه شرقی و عرض جغرافیایی 34 درجه و 52 دقیقه شمالی با ارتفاع 5/1741 متر از سطح دریا ، اجرا شد. بافت خاک محل اجرای آزمایش از نوع لومی با pH معادل 08/8  بود. آزمایش در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی، با 12 تیمار و 3 تکرار صورت گرفت که مجموعاً 36 کرت را شامل می شد. تیمارهای آزمایشی به دو گروه تقسیم شدند. گروه اول شامل 6 تیمار تداخل علف های هرز تا 10، 20، 30، 40 و 50 روز پس از سبز شدن لوبیا و سپس کنترل علف های هرز در مابقی فصل رشد بود که در کنار تیمار شاهد (تداخل تمام فصل علف های هرز) به ترتیب با WI₁₀، WI₂₀، WI₃₀، WI₄₀، WI₅₀ و WI_T نام گذاری شدند. گروه دوم شامل 6 تیمار مهار علف های هرز تا  10، 20، 30، 40 و 50 روز پس از سبز شدن لوبیا و سپس عدم مهار علف های هرز در مابقی فصل رشد بود که آن ها نیز در کنار تیمار شاهد دوم (مهار تمام فصل علف های هرز) به ترتیب با WF₁₀، WF₂₀، WF₃₀، WF₄₀، WF₅₀ و WF_T نام گذاری شدند. آماده سازی زمین شامل شخم نیمه عمیق در پائیز 1389 و سپس دیسک زنی و کودپاشی در بهار سال بعد صورت گرفت. رقم مورد استفاده در این آزمایش "ناز" بود که از ارقام رونده و رشد نامحدود محسوب می شود. بذور به صورت خشکه کاری در خرداد ماه سال 1390 کشت شدند. آبیاری به صورت بارانی انجام شد. نمونه برداری از علف های هرز، در تیمارهای کنترل، در انتهای دورۀ رشد و در تیمارهای تداخل، در انتهای دورۀ تداخل علف های هرز صورت گرفت. به منظور سنجش میزان کلروفیل نسبی برگ از دستگاه کلروفیل متر (502-SPAD) در اوایل مرحله گلدهی استفاده شد. بدین منظور عدد اسپاد مربوط به هر سه برگچه موجود در برگ،  به ترتیب از پایین به بالای بوته، اندازه گیری شد و میانگین سه عدد اسپاد برای برگچه های هر برگ، به عنوان معیار مربوط به کلروفیل هر برگ و میانگین عدد اسپاد تمام برگ ها به عنوان معیار کلروفیل بوته در نظر گرفته شد و در هر کرت کلروفیل 10 بوته مورد ارزیابی قرار گرفت (Ma et al., 1995). پس از رسیدگی گیاه زراعی از هریک از واحدهای آزمایشی، با منظور نمودن اثرات حاشیه، از سطحی معادل دو متر مربع، نمونه  برداری و سپس عملکرد دانه اندازه گیری گردید. جهت تعیین پروتئین بذر، ابتدا بخشی از بذرهای بدست آمده از هر کرت آسیاب و سپس به روش کجلدال[1]  درصد پروتئین آن اندازه گیری شد. برای اندازه گیری هدایت الکتریکی بذر از هر تیمار 50 بذر انتخاب و پس از توزین و شستشوی سطحی، در 75 میلی لیتر آب مقطر به مدت 24 ساعت قرار داده شد. سپس محلول های حاوی بذور صاف و هدایت الکتریکی آنها توسط دستگاه هدایت سنج الکتریکی (Conductivity meter- LF 330) محاسبه گردید (Vieira et al., 2004). جهت اندازه گیری مقدار اهمیت علف هرز[2]  معادله شماره 1 مورد استفاده قرار گرفت (Mamun et al., 2011).

                                                                                                                                                          (1)

در معادله فوق، DW₁ وزن خشک یک گونه علف هرز و DW_T وزن خشک تمام گونه های علف های هرز می باشد. به منظور تعیین اثر تیمارهای مهار علف های هرز بر روند تغییرات ماده خشک علف های هرز از معادله شماره 2 استفاده شد (Sit and Costello, 1994).

 (2)                                                                                                                                                            

در معادله 2، y گرم مادة خشک علف های هرز، a و b ضرایب معادله و x مدت زمان مهار علف های هرز بر اساس روز است. جهت تعیین روند تغییرات ماده خشک علف های هرز در تیمارهای تداخل علف های هرز، از رابطه 3 استفاده گردید (Schumacher, 1939).

(3)                                                                                                                                                              

در رابطه 3، y گرم مادة خشک علف های هرز، a و b ضرایب معادله و x مدت زمان تداخل علف های هرز بر اساس روز است. به منظور برازش توابع مربوط به روند تجمع مادة خشک علف های هرز از PROC NLIN، جهت تجزیه واریانس داده ها از PROC ANOVA و به منظور انجام مقایسات گروهی تیمارها از PROC GLM، در نرم افزار SAS استفاده شد. مقایسه میانگین ها با استفاده از آزمون حداقل تفاوت معنی دار در سطح احتمال 5 درصد  صورت گرفت. برای ترسیم شکل ها نیز از نرم افزار Excel استفاده شد.

نتایج و بحث

اثر تیمارهای تداخل و کنترل علف های هرز بر کلروفیل نسبی برگ (عدد SPAD)، در سطح احتمال 1 درصد معنی دار بود (جدول 1). همچنین، اختلاف معنی داری بین تیمارهای تداخل علف های هرز از 10 تا 50 روز پس از سبز شدن و تیمار شاهد تداخل کامل علف های هرز وجود داشت (جدول 2، مقایسه 2). نتایج نشان داد افزایش در مدت زمان رقابت علف های هرز با گیاه زراعی باعث کاهش میزان کلروفیل نسبی برگ گردید. در مقابل با کنترل علف های هرز به تدریج بر مقدار کلروفیل نسبی افزوده شد (جدول 2). این نتایج با یافته های Anwar و همکاران (2001( مطابقت دارد. نامبردگان گزارش کردند که رقابت علف های هرز سبب کاهش عدد SPAD در برنج گردید. با توجه به این که مقدار SPAD به میزان زیادی وابسته به پروتئین خام برگ است (Martı´nez and Guiamet, 2004)، بنابراین می توان چنین استنباط کرد که کاهش غلظت جریان فتون فتوسنتزی، در اثر سایه اندازی علف های هرز، می تواند اثر نامطلوبی بر تثبیت ازت در ریشه داشته باشد که در نهایت میزان پروتئین برگ را تحت تأثیر قرار خواهد داد (Mauro et al., 2011). توضیح آن که با افزایش سایه اندازی علف های هرز از میزان فتوسنتز کاسته و سبب کاهش صدور کربوهیدرات به گره های ریزوبیومی می شود. این امر بر فعالیت گر ه های ریزوبیومی اثر می گذارد  و در نتیجه میزان تثبیت نیتروژن و به دنبال آن میزان پروتئین برگ را متأثر خواهد ساخت (Mauro et al., 2011).

جدول 1- -----------------------

اثر تیمارهای آزمایشی بر درصد پروتئین بذر در سطح احتمال 5 درصد معنی دار بود (جدول 1). حضور علف های هرز سبب کاهش پروتئین بذر گردید. به طوری که بیشترین پروتئین بذر (با میانگین 2/21 درصد) در تیمار مهار تمام فصل و کمترین مقدار آن (56/19 درصد) در تیمار تداخل تمام فصل علف های هرز مشاهده شد (جدول 2). از طرف دیگر، تفاوت بین دوره های تداخل علف های هرز از 10 تا 20 روز پس از سبز شدن (WI₁₀ و WI₂₀) با تیمار شاهد کنترل کامل علف های هرز (WF_T) معنی دار نبود (جدول 2، مقایسه 4). به علاوه، مقایسه گروهی بین تیمارهای WF₁₀ وWF₂₀ با تیمار WI_T از لحاظ آماری اختلاف معنی داری را نشان نداد (جدول 2، مقایسه 5). از آنجا که میزان پروتئین بذر بستگی به فراهمی نیتروژن خاک دارد (Casagrande et al., 2009)، بنابراین دلیل کاهش پروتئین بذر در این آزمایش را می توان به کاهش و تخلیه نیتروژن خاک در اثر حضور علف های هرز نسبت داد. از سوی دیگر، نتایج حاصل از مقایسات گروهی، حاکی از اثر ضعیف علف های هرز بر پروتئین بذر در در مراحل اولیه رشد لوبیا است، زیرا در ابتدای فصل رشد به دلیل کوچکی بوته ها احتمالاً رقابت اندکی بین علف های هرز و گیاه زراعی وجود دارد. در ذرت نیز کاهش پروتئین بذر در اثر تداخل علف های هرز گزارش شده است (Randhawa et al., 2002).

نتایج آزمایش حاضر نشان داد که از لحاظ آماری افزایش یا کاهش رقابت علف های هرز اثر معنی داری بر میزان هدایت الکتریکی بذر نداشت (جدول 1). همچنین، مقایسه گروهی بین تیمارهای تداخل و تیمارهای کنترل علف های هرز اختلاف معنی داری را نشان نداد (جدول 2، مقایسه 1). از آنجا که آزمون هدایت الکتریکی بذر، نشان دهنده حیات و بنیه بذور است (Vieira et al., 2004)، بنابراین چنین استنباط می شود که هر چند با کاهش منابع رشد در اثر رقابت علف های هرز، عملکرد دانه کاهش می یابد (جدول 2) اما این امر اثری بر حیات و بنیه بذور تولید شده توسط گیاه ندارد. بنابراین، احتمالاً لوبیا در شرایط رقابت که میزان منابع رشد و تولید ماده خشک اندک است، از مکانیسم هایی مانند کاهش تعداد دانه در بوته (داده ها نشان داده نشده است) استفاده می کند تا ماده خشک و عناصر غذایی کافی به بذور باقی مانده اختصاص یابد. این مکانیسم ها، می توانند حیات و بنیه بذور باقی مانده را در شرایط سخت حفظ کنند و بدین ترتیب گیاه را در رسیدن به هدف اصلی خود از تولید بذر، یعنی ایجاد نسل بعد، یاری نمایند.

جدول 2- ----------------------------

 نتایج نشان داد که تیمارهای آزمایشی اثر معنی داری در سطح احتمال یک درصد بر عملکرد نهایی دانه دارند (جدول 1). همچنین، مقایسه گروهی بین تیمارهای تداخل و کنترل علف های هرز اختلاف معنی داری را بین این دو گروه تیماری نشان داد (جدول 2، مقایسه 1). افزایش در طول دوره تداخل، منجر به کاهش و افزایش در طول دوره کنترل، سبب افزایش عملکرد نهایی دانه لوبیا گردید. به طوری که بیشترین عملکرد نهایی دانه در تیمار کنترل کامل علف های هرز به میزان 1/2869 کیلوگرم در هکتار و کمترین مقدار آن در تیمار تداخل کامل علف های هرز به میزان 3/1168 کیلوگرم در هکتار بدست آمد (جدول 2). Stagnari و Pisnte (2011) نیز کاهش عملکرد لوبیا در اثر رقابت علف های هرز را گزارش کردند.

جدول 3- -------------------------------

کاهش در عملکرد نهایی دانه را می توان به اثرات نامطلوب علف های هرز بر گیاه زراعی از طریق کاهش منابع محیطی و دگرآسیبی نسبت داد که از طریق کاهش رشد، زمینه کاهش عملکرد نهایی دانه را فراهم می سازد. با توجه به جدول 2،  مشاهده می شود که تداخل علف های هرز تا 20 روز پس از سبز شدن سبب کاهش معنی دار در عملکرد دانه نشد. دلیل این امر را می توان به وجود منابع کافی در ابتدای دوره رشد و همچنین عدم سایه اندازی علف های هرز به دلیل کوچک بودن آنها نسبت داد که احتمالاً این عوامل مانع از بروز رقابت شدید در ابتدای فصل می شود. از طرف دیگر کنترل بیش از 50 روز افزایش معنی داری را در عملکرد دانه ایجاد نکرد (جدول 2). بنابراین، چنین استنباط می شود که به دلیل توسعه ریشه و تاج پوشش لوبیا، علف های هرزی که پس از این دوره، سبز می شوند نمی توانند در جذب منابع با لوبیا رقابت کنند.

در این آزمایش علف های هرز از خانواده های مختلفی مانند Amaranthaceae، Convolvulaceae،  Poaceae  و... حضور داشتند (جدول 3). با توجه به اطلاعات جدول 3، ملاحظه می شود که علف های  هرز سلمه تره و تاج خروس ایستاده (وحشی) نسبت به سایر علف های هرز از اهمیت بیشتری برخوردار بودند.

از لحاظ تولید زیست توده علف هرز، دوره های تداخل و کنترل علف های هرز اختلاف معنی داری با یکدیگر داشتند (شکل 1). افزایش تعداد روزهای تداخل علف های هرز سبب افزایش  وزن خشک علف های هرز در واحد سطح گردید (شکل  1). با توجه به قانون ثبات نهایی عملکرد، میزان عملکرد مادة خشک یک واحد مشخص از سطح زمین، مقدار معینی می باشد. بنابراین، با توجه به اینکه با افزایش طول دوره های تداخل، وزن خشک علف های هرز افزایش می یابد، بدیهی است که وزن خشک و متعاقباً عملکرد گیاه زراعی کاهش خواهد یافت (Aghaalikhani et al.,2006).

-

شکل  1- --------------------------

افزایش در طول دورة کنترل علف های هرز، سبب کاهش وزن خشک آن ها شد (شکل 1).Asghari  و Cheraghi (2004) نیز کاهش وزن خشک علف های هرز در اثر افزایش طول دورة عاری از علف های هرز را گزارش کردند. مهار علف های هرز فرصت کافی را برای گسترش سطح سایه انداز لوبیا فراهم می کند. بنابراین علف های هرزی که پس از دوره های کنترل می رویند در رقابت با لوبیا از توانایی کمتری برخوردار خواهند بود.

تیمارهای آزمایشی از نظر تراکم علف های  هرز اختلاف معنی داری با یکدیگر داشتند (شکل 2). افزایش در طول دورة کنترل سبب کاهش تدریجی تراکم علف های هرز در پایان فصل رشد گردید. از سوی دیگر، با طولانی شدن دورة تداخل علف های هرز از اوایل فصل رشد، تعداد علف های هرز ابتدا یک روند افزایشی و سپس یک روند کاهشی نشان داد (شکل 2). دلیل این امر می تواند ناچیز بودن میزان رقابت درون گونه ای و برون گونه ای در ابتدای فصل و افزایش تدریجی آن در مابقی فصل رشد باشد. به عبارت دیگر، در ابتدای فصل وجود منابع رشد کافی به دلیل تراکم پایین گیاهی، باعث افزایش علف های هرز می شود. اما به تدریج با افزایش تراکم و شدت یافتن رقابت، تعداد علف های هرز کاهش می یابدکه به این نوع کاهش تراکم گیاهی در اثر پدیده رقابت اصطلاحاً خود تنکی گویند (Buer et al., 1991).

شکل 2- ----------------------

نتیجه گیری  کلی

نتایج این تحقیق نشان داد که علف های هرز از طریق رقابت بر سر منابع رشد اثر نامطلوبی بر کلروفیل نسبی برگ و پروتئین بذر دارند. به طوری که کمترین مقدار کلروفیل نسبی (14/27) و پروتئین بذر (56/19 درصد) در تیمار تداخل کامل علف های هرز مشاهده شد. از طرف دیگر، دوره های تداخل و کنترل علف های هرز اثر معنی داری بر هدایت الکتریکی بذر نداشتند. لذا می توان این گونه استنباط کرد که احتمالاً بنیه بذر تحت تأثیر رقابت قرار نمی گیرد. با افزایش دوره های تداخل علف های هرز عملکرد نهایی دانه کاهش یافت. به طوری که تیمار تداخل تمام فصل علف های هرز کمترین عملکرد دانه به مقدار 3/1168 کیلوگرم در هکتار را ایجاد کرد. بنابراین، می توان علف های هرز را به عنوان تهدیدی جدی در تولید محصول لوبیا محسوب نمود. با طولانی تر شدن دوره های رقابت تراکم گیاهان  هرز ابتدا افزایش و پس از رسیدن به نقطه بیشینه کاهش یافت. در حالی که وزن خشک علف های هرز در طی فصل رشد روندی صعودی داشت. بنابراین، می توان نتیجه گرفت که با سپری شدن فصل رشد از اهمیت تراکم علف های هرز در کاهش عملکرد محصول کاسته و بر اهمیت وزن خشک آنها افزوده می شود.