بررسی اثر کاربرد سوپرجاذب و کم آبیاری بر صفت های مورفولوژیک و فیزیولوژیک آفتابگردان

مقدمه
تنش خشکی از اصلی ترین محدودیت های تولید محصول در سطح جهان بوده و روند تغییرات آب و هوایی، افزایش خطر خشک سالی را در آینده هشدار می دهد (16). با توجه به این که 75% مناطق ایران دارای بارندگی کم تر از 250 میلی متر در سال می باشد، خطر خشک سالی امری بسیار جدی محسوب می شود؛ به طوری که این کشور در 22 سال گذشته در مجموع به مدت 13 سال با خشکی مواجه بوده است (2). پتانسیل آبی پایین که به واسطه رطوبت پایین خاک ایجاد می شود، ازجمله محدودیت های اصلی تولید در اکوسیستم های طبیعی و کشاورزی است که عامل تضرر اقتصادی در بسیاری از مناطق است. این محدودیت و مشکل در گذشته با آبیاری مرتفع می گردید، که انجام آن در حال حاضر بار مالی هنگفتی را به سیستم اقتصادی تحمیل می نماید (27). از این رو، تحقیق و پژوهش در راستای برنامه ریزی و مدیریت صحیح آبیاری در مزارع کشور به عنوان یکی از گزینه های به زراعی، امری ضروری و اجتناب ناپذیر می نماید.
کاربرد پلیمرهای سوپرجاذب یک راه کار عملی در کشاورزی مناطق خشک و نیمه خشک کشور است. این پلیمرها به ازای هر گرم وزن خود، توانایی جذب و نگه داری 500- 400 گرم آب را دارند (9). کاربرد پلیمرهای سوپرجاذب به دلیل نقش آنها در افزایش ظرفیت نگه داری و جذب آب در خاک، به منظور مقابله با شرایط کم آبی و کاهش اثرات سوء تنش خشکی از اهمیت به سزایی برخوردار می باشد (10). کاربرد پلیمرهای سوپرجاذب موجب افزایش ارتفاع و وزن خشک گیاه ذرت علوفه ای شد (1). افزودن ماده اصلاحی به خاک باعث به تعویق افتادن زمان پژمردگی گیاه ذرت علوفه ای، افزایش دور آبیاری، و صرفه جویی در میزان مصرف آب گردید (4).
آفتاب گردان (Helianthus annuus L.) از مهم ترین گیاهان روغنی بوده و روغن آن به دلیل داشتن مقدار بالایی از اسیدهای چرب غیر اشباع و میزان کم کلسترول، از کیفیت بالایی برخوردار است (20). نیاز آبی آفتاب گردان بسته به مناطق مختلف، متفاوت و در محدوده 200 الی 900 میلی متر نوسان داشته (26) و به طور متوسط حدود 560 میلی متر است (21). نیاز آبی در منطقه ارومیه حدود 770 میلی متر بارندگی یا 5000 متر مکعب آب در هکتار می باشد. مناطق مختلف آذربایجان با آب و هوای مدیترانه ای، در ماه های تیر تا شهریور با کمبود بارندگی و افزایش درجه حرارت مواجهند؛ بنابراین مراحل گل دهی و پر شدن دانه آفتاب گردان با خشکی مصادف می شود. مراحل گل دهی و پر شدن دانه از حساس ترین مراحل نموی آفتاب گردان است (11). نشان داده شده است که تنش رطوبتی باعث کاهش شدید عملکرد دانه آفتاب گردان گردید؛ به طوری که بیشینه عملکرد از آبیاری بعد از 50 میلی متر تبخیر و کمینه آن (با کاهش 75 درصدی) از آبیاری بعد از 200 میلی متر تبخیر به دست آمد (3). پاره ای دیگر از بررسی ها موید کاهش عملکرد و اجزای عملکرد آفتاب گردان در شرایط کم آبیاری بود (13 و 19). آزمایش حاضر با هدف بررسی تأثیر پلیمر سوپرجاذب A200 و کم آبیاری بر میزان کلروفیل برگ، تعداد برگ فعال در مرحله گلدهی، وزن 100دانه، عملکرد دانه و کارایی مصرف آب در آفتاب گردان کولتیواتور Master در شرایط گل خانه ای انجام گردید.

مواد و روش ها
این آزمایش در تابستان سال 1386 به صورت فاکتوریل در قالب طرح پایه کاملا تصادفی  با 3 تکرار (هر تکرار حاوی سه بوته در گلدان های مجزا) روی گیاه آفتابگردان کولتیواتور Master در گلخانه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه ارومیه انجام گرفت. علت انتخاب این طرح، قابل کنترل بودن شرایط آزمایش و امکان اجرای آزمایش فاکتوریل در گلخانه بود. فاکتورها شامل 3 رژیم آبیاری شاملI1، I2 و I3 آبیاری به ترتیب در 25%،50% و 75% ظرفیت مزرعه ای و 5 مقدار پلیمر سوپرجاذب شامل P1 ، P2 ، P3 ، P4 و P5 به ترتیب صفر، 75/.، 5/1، 25/2 و 3 گرم پلیمر در کیلوگرم خاک بود. پلیمر استفاده  شده در این آزمایش، سوپرجاذب A200 بود که از شرکت رهاب زرین، ﭘﮋوﻫﺸﮕﺎه ﭘﻠﻴﻤﺮ و ﭘﺘﺮوﺷﻴﻤﻲ اﻳـﺮان تهیه شد. بر مبنای پروتکل شرکت سازنده، این ماده دارای حداکثر 7 سال ماندگاری در خاک بوده و ظرفیت عملی جذب آب آن برابر g/g220 می باشد. از مشخصه های ظاهری آن می توان به رنگ سفید دانه و درشت بودن آن اشاره کرد. وزن خالص خاک هر گل دان 9 کیلوگرم در نظر گرفته شد. کاشت بذور رقم آزادگرده افشان و روغنیMaster  به تعداد 3 عدد در هر گلدان و در بیستم خرداد ماه انجام گرفت و در مرحله 2 برگی با تنک کردن، 1 بوته در هر گلدان نگهداری شد. پلیمر در مرحله 8 برگی  با ایجاد گودال های 10 سانتی متری در ناحیه گسترش ریشه ها، اضافه و بلافاصله خاک همه گلدان ها در شرایط ظرفیت مزرعه ای  قرار گرفت. سپس کم آبیاری مورد نظر از مرحله 8 برگی اعمال گردید. برای جلوگیری از فعالیت آفت کنه از کنه کش پروپاژیت استفاده شد. فاصله گلدان ها از همدیگر به گونه ای تنظیم شد تا رقابتی برای دریافت نور ایجاد نشود. قبل از انجام آبیاری، گلدان ها بر روی ترازوی حساس قرار گرفته و تا رسیدن به رطوبت مورد نظر (با توجه به وزن گلدان) به آن ها آب اضافه شد. مقدار آب داده شده به هر گلدان به طور دقیق با استوانه مدرج اندازه گیری و یادداشت برداری گردید (جدول 1). بعد از اتمام گرده افشانی و با آغاز پر شدن دانه ها، تعداد برگ های فعال بوته در هر گلدان  شمارش شد (در زمان شمارش، تعدادی از برگ های تحتانی بعضی از بوته ها به علت کم آبیاری، ریزش کرده بودند). اندازه گیری کلروفیل در مرحله پر شدن دانه ها با استفاده از دستگاه کلروفیل سنج Minolta-SPAD 502 و از سه نقطه برگ (بالا، وسط و پایین هر برگ) انجام شد؛ و میانگین سه نقطه به عنوان عدد کلروفیل متر منظور گردید. برداشت در اواسط مهرماه انجام گرفت. برای اندازه گیری عملکرد دانه در طبق، ابتدا طبق های هر تکرار در هوای آزاد خشک شده و دانه ها از آن ها جدا گردید. بعد از تقلیل درصد رطوبت دانه (با استفاده از آون در 70 درجه سانتی گراد و به مدت 48 ساعت)، عملکرد آن در طبق بر مبنای 10 درصد رطوبت محاسبه گردید. برای تعیین وزن 100دانه، پس از برداشت و رسیدن رطوبت دانه ها به 10 درصد تعداد 100 عدد بذر از هر تیمارشمارش شده و وزن آن به وسیله ترازوی دقیق ( با دقت یک هزارم) تعیین گردید. کارایی اقتصادی مصرف آب (1WUE) با استفاده از فرمول  (آب مصرفی / عملکرد دانه) WUE =  تعیین گردید. تجزیه داده ها با استفاده از نرم افزار SAS (Version 9) و ترسیم نمودارها نیز با بهره گیری از نرم افزار Excel صورت گرفت.
نتایج و بحث
1-  قرائت عدد کلروفیل متر
 تجزیه واریانس داده ها نشان داد که تأثیر آبیاری و پلیمر سوپرجاذب و اثر متقابل آن ها بر صفت مقدار کلروفیل برگ بسیار معنی دار بود (جدول 2). بنابراین با توجه به کمّی بودن عامل های مورد مطالعه و به منظور دست یابی به نتایج دقیق، تجزیه رگرسیون اثرات متقابل صورت گرفت. معادله رگرسیونی صفت مقدار کلروفیل برگ به شرح زیر تعیین گردید:
92/0=2R    CH = -10.96+70.68I -37.9I2+7.85P -0.037P3-8.5IP
معادله فوق از نوع معادله های چندجمله ای است. در این معادله: I معادل آبیاری و P معرف پلیمر سوپرجاذب می باشد. با قرار دادن سطح های مختلف پلیمر می توان بهترین سطح کلروفیل را برای مقادیر مختلف آب جهت جلوگیری از کاهش معنی دار فتوسنتز برآورد کرد. بیشینه عدد کلروفیل متر (24) مربوط به مقدار 3 گرم پلیمر در کیلوگرم خاک با آبیاری کامل، و کمینه آن متعلق به عدم استفاده از هیدروژل در تنش کم آبی شدید بود (شکل 1). نتایج این بررسی نشان داد که با افزایش مقدار پلیمر،  عدد کلروفیل متر افزایش یافت؛ و در تنش های شدید (آبیاری در 25% ظرفیت مزرعه ای) به همراه عدم استفاده از تیمار پلیمر، این عدد کاهش شدیدی را نشان داد. با کاربرد پلیمر (5/1 گرم در کیلوگرم خاک) اثر کم آبیاری بر میزان کلروفیل تا حدودی تعدیل گردید؛ به طوری که در تنش های ملایم تر  عدد کلروفیل متر تا حدودی افزایش پیدا کرد.
هم چنین نتایج نشان داد که اثر پلیمر در مقادیر بالای تیمار آبیاری کم تر بروز کرد (شکل 1). تنش خشکی باعث کاهش محتوی کلروفیل و پروتئین شد؛ و سبب تجزیه غشاء سلولی و عدم تعادل در مواد غذایی در کالوس های کولیتوار SH222 آفتاب گردان گردید؛ که پی آمد آن زودرس شدن و پیری سلول ها بود (22 و 23). تنش خشکی محتوی کلروفیل همه ژنوتیپ های آفتاب گردان را کاهش داد (17). نشان داده شده است که تنش آبی  شدیدکاهش معنی داری در محتوی کلروفیل برگ گندم ایجاد نمود (5). کاهش در پروتئین های غشایی خاص (پروتئین کلروفیل a/b برداشت کننده نور) در شرایط خشکی و افزایش در فعالیت آنزیم کلروفیلاز و پراکسیداز از عوامل موثر در کاهش غلظت کلروفیل در شرایط تنش خشکی ذکر شده اند (6).
2- عملکرد دانه
 تجزیه واریانس نشان داد که تأثیر سوپرجاذب و کم آبیاری بر عملکرد دانه بسیار معنی دار بود؛ ولی اثر متقابل این دو عامل در عملکرد دانه معنی دار نگردید (جدول 2). مقایسه میانگین اثرات سطوح مختلف کم آبیاری نشان داد که آبیاری در 75 درصد ظرفیت مزرعه ای، بیشینه میزان عملکرد دانه را داشت؛ درحالی که کمینه این میزان متعلق به تیمار آبیاری در 25 درصد ظرفیت مزرعه ای بود (جدول 3). مقایسه میانگین ها نشان داد که بیشینه مقدار عملکرد  دانه در نتیجه کاربرد سوپرجاذب A200، از تیمارهای P3، P4 و P5 (به ترتیب با کاربرد 5/1، 25/2 و 3 گرم پلیمر به ازای هر کیلوگرم خاک) به دست آمد (جدول 3). کمینه میزان عملکرد دانه از تیمارهای P1 و P2 حاصل شد (جدول 3). هم چون سایر صفت ها، تجزیه رگرسیون اثرات متقابل برای صفت مذکور نیز انجام شد؛ که معادله آن، به صورت زیر تعیین گردید:
98/0=2R    Grain yield = -7.64+43.73I+0.35P+3.37P2 -0.981P3 -2.79I2P
این معادله رابطة بین میزان مصرف سوپر جاذب در سطوح مختلف آبیاری را نشان می دهد. بیشینه میزان عملکرد دانه آفتاب گردان (8/28 گرم در گلدان) در مقادیر 3 گرم در کیلوگرم خاک و بدون تنش خشکی به دست آمد؛ درحالی که کمینه این میزان (03/4 گرم) مربوط به تیمار تنش خشکی شدید به همراه عدم استفاده از پلیمر بود (شکل 1). نشان داده شده است که ماده خشک آفتاب گردان با افزونی آبیاری افزایش یافت؛ و بیشینه تولید آن مربوط به تیمار آبیاری 100% ظرفیت مزرعه ای بود (19). کاربرد پلیمر سوپرجاذب در شرایط تنش خشکی و کم آبی موجب افزایش عملکرد و برخی اجزاء عملکرد سویا شد؛ و با افزایش مقدار پلیمر، عملکرد دانه به صورت خطی افزایش یافت (1). این نتیجه با دست آوردهای این پژوهش مطابقت داشت. هم چنین روند افزایش وزن خشک گیاه ذرت علوفه ای تحت تأثیر کاربرد مقادیر مختلف پلیمر سوپرجاذب، به صورت خطی بود؛ و بیشینه میزان وزن خشک، همراه با کاربرد 300 کیلوگرم پلیمر در هکتار حاصل گردید؛ درحالی که کمینه این مقدار متعلق به تیمار شاهد (فاقد پلیمر سوپرجاذب) بود (1). استفاده از پلیمر سوپرجاذب در خاک موجب افزایش جوانه زنی و رشد ریشه گیاه چغندرقند شد؛ و عملکرد ریشه را افزایش داد (12).
3- کارایی اقتصادی مصرف آب
تجزیه واریانس کارایی میزان مصرف آب نشان داد که تأثیر تیمارهای پلیمر سوپرجاذب و مقادیر مختلف آبیاری و اثر متقابل آنها بر صفت مذکور بسیار معنی دار بود (جدول 2). برای اخذ نتایج دقیق، تجزیة رگرسیون روی اثرات متقابل صورت گرفت. معادله مربوط به این صفت با درنظر گرفتن اثرات معنی دار تبیین گردید:
97/0=2R    WUE = -353.43+1904.26I-679.63I2-598.68P-3.56P3+3568.75IP-3533.12I2P+8.63I2P3
این معادله که رابطة بین میزان مصرف پلیمر (در سطح های مختلف آبیاری) و میزان مصرف آب را نشان می دهد، از نوع چندجمله ای بوده؛ و می توان با استفاده از آن و جای گذاری سطح های مختلف پلیمر A200، مقدار آب مصرفی را تعیین نمود؛ و از مصرف آب جلوگیری کرد. بالا بودن WUE در مقادیر بالای پلیمر را می توان به نقش آن در افزایش ظرفیت نگه داری رطوبت و آب قابل استفاده در خاک نسبت داد. بیشینه کارایی مصرف آب در مقادیر بالای پلیمر به دست آمد؛ و کمینه آن مربوط به تیمار تنش خشکی شدید به همراه عدم استفاده از پلیمر بود؛ به طوری که با افزایش پلیمر کارایی مصرف آب افزایش یافت (شکل 1). پلیمر با ذخیره سازی آب و آزادسازی به  موقع آن، باعث صرفه جویی در آب مصرفی شده و هم چنین موجب بهبود شرایط فیزیکی و احتمالأ دسترسی مناسب به عناصر غذایی می گردد؛ و عملکرد ماده خشک را افزایش می دهد. عملکرد ماده خشک و کارایی مصرف آب ذرت علوفه ای تحت تأثیر مقدار مصرف پلیمر سوپرجاذب قرار گرفت؛ و با افزایش کاربرد پلیمر عملکرد ماده خشک و کارایی مصرف آب افزایش یافت (4). نشان داده اند که پلیمرهای سوپرجاذب با جذب و نگه داری آب آبیاری و آزاد کردن تدریجی آن، مدت زمان دسترسی گیاه به رطوبت را افزایش داده و در نتیجه، راندمان آبیاری را بهبود بخشیدند (14). این نتیجه با یافته های پژوهش حاضر هم خوانی داشت. کارایی مصرف آب در تنش ملایم تغییر معنی داری نداشت؛ اما در تنش شدید خشکی به طور معنی داری کاهش یافت. این نتیجه هم برای گیاهان رشد یافته در غلظت CO2 معمولی محیط و هم برای گیاهان رشدکرده در غلظت CO2 بالاتر از محیط معمولی مصداق داشت (25).  کاربرد سوپرجاذب در خاک، میزان آب جذب شده و فعالیت روزنه ها را در لوبیای قرمز و بلوط ابریشمی افزایش داد. این افزایش به دلیل افزون شدن مقدار تعرق برگ و افزایش جذب CO2 اتمسفر بود (24).
4- تعداد برگ فعال در مرحله گلدهی
تجزیه واریانس تعداد برگ نشان داد این صفت به طور بسیار معنی داری تحت تأثیر مقادیر پلیمر و آب مصرفی قرار گرفت (جدول 2). معادله رگرسیونی صفت مذکور برابر است با:
97/0=2R    NL = 2.63+ 41.04 I-23.45 I2 + 2.82 P - 1.50 I P - 0.062 I2P3
بیشینه (19 عدد) و کمینه (6 عدد) تعداد برگ فعال در مرحله گلدهی به ترتیب مربوط به مقدار 3 گرم پلیمر در کیلوگرم خاک با آبیاری کامل؛ و شاهد (فاقد هیدروژل) همراه با تنش شدید کم آبی بود. کاهش تعداد برگ در مقادیر پایین پلیمر، به دلیل نقصان رطوبت قابل دسترس گیاه و ایجاد تنش خشکی رخ داد. در مقادیر پایین پلیمر همراه با تنش شدید خشکی، برگ های انتهائی گیاه خشک شد. در این تیمارها، بوته های آفتاب گردان به شدت ضعیف شده و قدرت رشد خود را از دست دادند؛ اما خاک گل دان ها در مقادیر بالای پلیمر و آبیاری در 25 و 50 درصد ظرفیت مزرعه ای، قادر به تأمین آب کافی برای رشد و نمو بوته ها بود. بنابراین  تعداد برگ فعال در مرحله گلدهی در این بوته ها افزایش یافت؛ که باعث افزایش سطح برگ و تثبیت CO2 گردید؛  که در نهایت موجب افزایش ماده خشک تولیدی گیاه شد.
برگ های آفتاب گردان به عنوان اولین منبع تولید مواد فتوسنتزی مورد نیاز در پرکردن دانه ها محسوب شده و هرگونه کاهش یا عدم کارایی آنها ناشی از عوامل محیطی و کاهش انتقال مواد فتوسنتزی به دانه ها بوده و موجب کاهش عملکرد می شود؛ و تشخیص کاهش عملکرد ناشی از ریزش برگ ها نقش مهمی در پیش بینی مقدار این صفت دارد (18). کاهش در تعداد برگ بر اثر تنش خشکی می تواند به علت اثر مستقیم تنش در تقسیم سلولی باشد؛ که خود ناشی از کاهش تشکیل اسیدهای نوکلوئیک و یا افزایش شکسته شدن آن ها است (7). علت دیگر کاهش تعداد برگ، افزایش پیری برگ ها به واسطه عدم بالانس هورمون ها است؛ که خود ناشی از افزایش سطح هورمون ABA و کاهش سطح هورمون IAA می باشد .
5- وزن صددانه
نتایج این آزمایش نشان داد که تأثیر مقادیر مختلف آبیاری و  کاربرد پلیمر و هم چنین اثر متقابل آن ها بر صفت وزن صددانه بسیار معنی دار بود (جدول 2). معادله رگرسیونی  صفت مذکور برابر است با:
92/0=2R    W100 = 0.71+6.35I+1.72P - 0.086 P3-7.092 I P +6.27 I P2 -2.47 I P3
در این آزمایش کمینه مقدار وزن صددانه )23/2 گرم) مربوط به شاهد بدون پلیمر و تنش شدید کم آبی ، و بیشینه آن (96/5 گرم) متعلق به مقدار 3 گرم پلیمر در کیلوگرم خاک و عدم تنش خشکی بود (شکل 1). وزن 100دانه تابع سرعت و طول دوره پر شدن آن است. کاهش رطوبت خاک در طول دوره رشد به ویژه در مرحله زایشی باعث نقصان فتوسنتز و کاهش سرعت و طول دوره پر شدن دانه و در نتیجه کاهش معنی دار وزن صددانه می شود. کاربرد پلیمر با تأمین رطوبت خاک، سرعت و طول مدت این دوره را افزایش می دهد. نشان داده شده است که اثر مقادیر پلیمر بر صفت وزن 100دانه سویا معنی دار بود؛ و با افزایش مقدار پلیمر، وزن صددانه به صورت خطی افزایش یافت (1) که با نتایج آزمایش حاضر مطابقت داشت. وزن صددانه آفتاب گردان تحت تأثیر تنش خشکی کاهش معنی داری یافت؛ به طوری که وقتی رطوبت خاک از 100% ظرفیت مزرعه  به 30% تنزل کرد، وزن صددانه، 7/32 درصد کاهش نشان داد (19). تنش خشکی باعث بسته شدن روزنه ها و کاهش سطح برگ (LA) و فتوسنتز گردید؛ و مدت زمان پر شدن دانه (Grain Filling period) را تنزل داد. این موضوع باعث محدود شدن انتقال کربوهیدرات ها به دانه گردید (8). تنش خشکی موجب کاهش معنی دار وزن 100دانه آفتاب گردان شد؛ و اعمال آن در مرحله رویشی، 37% وزن 100 دانه را نسبت به شاهد، کاهش داد (15). با توجه به نتایج این تحقیق چنین استنباط می شود که با کاربرد پلیمر می توان فواصل آبیاری را در آفتاب گردان افزایش داد؛ و بدین ترتیب در مناطقی که با محدودیت مقدار آب آبیاری مواجهند، به کشت این گیاه اقدام نمود.


پاورقی ها
1-Water Use Efficiency: WUE