بخشی از مقاله
اثر کودهاي زيستي و شيميايي بر عملکرد دانه و ويژگي هاي برگ ذرت در شرايط آبياري متفاوت
چکيده
اين تحقيق باهدف مطالعه اثر ازتوباکتر و ورمي کمپوست به عنوان کودهاي زيستي و همچنين کودهاي شيميايي (NPK) بر عملکرد دانه و ويژگي هاي برگ ذرت به مدت دو سال (١٣٩٢و١٣٩٣) در ايستگاه تحقيقاتي اسلام آباد غرب ، مرکز تحقيقات و آموزش کشاورزي و منابع طبيعي استان کرمانشاه انجام شد. اين تحقيق به صورت آزمايش اسپليت پلات فاکتوريل در قالب طرح بلوکهاي کامل تصادفي با سه تکرار بود. تيمار مصرف ازتوباکتر در بلوک هاي اصلي در دو سطح (مصرف و عدم مصرف ) و کودهاي شيميايي در سه سطح (صفر، ٥٠ درصد و ١٠٠ درصد مقدار توصيه شده بر اساس آزمون خاک ) و ورمي کمپوست در چهار سطح (صفر، ٢، ٤ و ٦ تن در هکتار) در کرت هاي فرعي قرار گرفتند.آزمايش در دو مکان آبياري مطلوب و کم آبياري نجام شد. نتايج نشان داد تيمارهاي کودي در هردو شرايط آبياري عملکرد دانه ، شاخص سطح برگ و شاخص سبزينگي ذرت را به شکل معني داري افزايش داده و همچنين با استفاده از شش تن در هکتار ورمي کمپوست ، مي توان تا ٥٠ درصد مصرف کودهاي شيميايي را کاهش داد به نحوي که عملکرد دانه در تيمار مصرف توأم ٦ تن در هکتار ورمي کمپوست با ٥٠ درصد کود شيميايي به ترتيب ١٠.٥ و ٥.٢ تن در هکتار در شرايط آبياري مطلوب و محدود بود، درحالي که عملکرد در تيمار مصرف ١٠٠ کود شيميايي به ترتيب ١٠.١ و ٤.٨ تن در هکتار بود.
واژه هاي کليدي : ازوتوباکتر، ذرت ، کودهاي شيميايي ، ورمي کمپوست و عملکرد
مقدمه
ذرت يکي از مهم ترين محصولات کشاورزي ايران ميباشد که از نظر وزارت کشاورزي با توجه به ضرورت و اهميت آن در تغذيه دام و طيور، در گروه محصولات استراتژيک قرار ميگيرد، اما يکي از واردات عمده مواد غذايي کشور نيز محسوب ميشود. بر اساس آمار فائو در سال ٢٠١٦ حدود ٥.٣ ميليون تن دانه ذرت وارد کشور شده است . ذرت به عنوان غذايي اصلي خوراک دام و استفاده در صنعت داراي اهميت زيادي در سراسر جهان بوده و همچنين فراهم کننده امنيت غذايي به ويژه در کشورهاي درحال توسعه ميباشد. سطح زير کشت ، توليد و بهره برداري از ذرت در پنج دهه گذشته چندين برابر افزايش يافته و در آسيا سريع ترين رشد سالانه (حدود ٤ درصد) را در مقايسه با ساير غلات داشته است (٢٠١٤ ,Hearn). پيش ازاين در اکثر منابع و به طور سنتي ذرت پس از گندم و برنج در رتبه سوم ازنظر توليد و اهميت قرار ميگرفت ، اما بر اساس آمار سازمان غذا و کشاورزي ملل متحد( ٢٠١٣ ,FAO) ، ذرت ازنظر توليد و عملکرد در واحد سطح ، در رتبه نخست و از نظر سطح زير کشت پس از گندم در رتبه دوم قرار ميگيرد. همچنين آمار جديدتر نشان مي دهد سطح زير کشت جهاني ذرت در سال ٢٠١٥ حدود ١٧٧ ميليون هکتار و توليد دانه آن معادل ٩٧٠ ميليون تن بود (آمارنامه خدمات کشاورزي، وزارت کشاورزي آمريکا، ٢٠١٦١).
بااين وجود، تقاضاي جهاني براي ذرت تا سال ٢٠٥٠ دو برابر خواهد شد و نياز به سرمايه گذاري در تحقيق و افزايش توليد در واحد سطح به شدت ضروري ميباشد (٢٠١٤ ,Hearn). سطح زير کشت ذرت در ايران در سال ٢٠١٤ بيش از ٢٦٨ هزار هکتار بوده و يک ميليون و ٩٣٠ هزار تن دانه توليد شده است ؛ اما در همين سال ايران با واردات حدود پنج ميليون تن ، پنجمين کشور واردکننده عمده ذرت در جهان بود (آمارنامه بخش خدمات کشاورزي، وزارت کشاورزي آمريکا ، ٢٠١٦).
عملکرد دانه در ذرت به شدت به مصرف کود وابسته و از نظر تغذيه اي يکي از گياهان پرمصرف ميباشد. اگرچه امروزه استفاده از کودهاي شيميايي به عنوان سريع ترين راه براي جبران کمبود عناصر غذايي خاک و عملکرد بالا، گسترش چشمگيري يافته است ، اما در بسياري موارد کاربرد اين کودها باعث آلودگيهاي زيست محيطي و صدمات اکولوژيکي شده و هزينه توليد را افزايش مي دهد (٢٠١٤ ,.Salehi et al). بررسيهاي سازمان جهاني فائو در ٤٠ سال اخير حاکي از آن است که ٣٣ الي ٦٠ درصد افزايش عملکرد محصولات کشاورزي به علت مصرف نهاده هاي شيميايي است ، به طوريکه اين سازمان از کود به عنوان کليد امنيت غذايي نام برده است (٢٠٠٠ ,Hamdallah). از طرف ديگر مصرف بيش ازحد کودهاي شيميايي باعث تخريب ويژگيهاي فيزيکي و شيميايي خاک ميشود (٢٠١٣ ,.Kalhapure et al). کاربرد اصول و مفاهيم بوم شناسي ازجمله مديريت و استفاده از ميکروارگانيسم هاي موجود در خاک و روابط بين آن ها، در طراحي و مديريت نظام هاي توليد غذا، قادر است ما را در توليد پايدارتر غذا ياري دهد. بسياري از محققين معتقدند يکي از ارکان اساسي در کشاورزي پايدار استفاده از کودهاي زيستي در اکوسيستم هاي زراعي باهدف حذف يا کاهش مصرف نهاده هاي شيميايي است (٢٠١٣ ,.Arrudaa et al).Kalhapure et al (٢٠١٣) نيز اعلام کردند استفاده تلفيقي از کودهاي آلي و شيميايي بهترين گزينه در زراعت ذرت ميباشد و بيشترين عملکرد ذرت در آزمايش آن ها در تيمار مصرف ٢٥ درصد کود شيميايي توصيه شده به همراه استفاده از کمپوست ، ازتوباکتر وکود سبز مشاهده گرديد.
با افزايش مواد آلي خاک ويژگيهاي فيزيکي خاک نظير ثبات ساختار، تخلخل کل ، هدايت هيدروليکي، تشکيل خاکدانه ها بهبود مييابد، به هرحال دسترسي گياه به آب بستگي به نوع خاک، نوع کمپوست و ميزان مصرف مواد آلي دارد (٢٠١٢ ,.Nguyen et al). اهميت مواد آلي در شرايط کم آبي به تأثير آن در بهبود خصوصيات فيزيکي خاک، حفظ آب و افزايش قابليت استفاده عناصر غذايي ميباشد. اين اثرات بايستي درنهايت به افزايش بيوماس و توليد محصول منجر شود. بر اساس برخي گزارش ها با افزايش يک درصد کربن آلي خاک، ظرفيت نگهداري آب در خاک به ميزان قابل توجهي افزايش مييابد(٢٠٠٦ ,Jones). استفاده از ورمي کمپوست مي تواند اثرات مخرب تنش خشکي را در گياهان زراعي کاهش دهد (Gholipoor ٢٠١٤ ,.et al). علاوه برافزايش ظرفيت نگهداري آب در خاک، ورمي کمپوست با توليد اسيد هيوميک باعث افزايش مقاومت به تنش خشکي در گياهان ميشود. اسيدهاي هيوميک طبيعي ميتوانند يک جايگزين زيست محيطي براي افزايش تحمل گياهان به تنش خشکي، به دليل سنتز پروتئين در اندام هاي مختلف گياهي و سنتز آنزيم و يا افزايش فعاليت آنزيم ها باشند .(Muscolo et al, 2007)
ذرت پس از گندم دومين محصول عمده آبي استان کرمانشاه ميباشد که در سال ١٣٩٣ سطح زير کشت آن بيش از ٤٠ هزار هکتار بود و در برخي سال ها، اين مقدار به ٥٠ هزار هکتار نيز ميرسيد، اما به دليل خشک ساليهاي چندساله اخير سطح زير کشت ذرت در استان کرمانشاه در سال ١٣٩٤ به ١٤ هزار هکتار کاهش يافت (Agricultural Organization of Kermanshah Province). بنا بر بررسيهاي انجام شده از سوي کارشناسان ازجمله مشکلات اصلي زراعت ذرت استان ميتوان به سه معضل عمده شامل کم آبي، کاهش مواد آلي خاک به کمتر از يک درصد و مصرف بيرويه کودهاي شيميايي اشاره نمود. اين تحقيق باهدف بررسي امکان کاهش مصرف کودهاي شيميايي و جايگزيني آن ها با کودهاي زيستي، افزايش مواد آلي خاک و بررسي مديريت مصرف کودهاي آلي و شيميايي در شرايط کم آبي انجام شد.
مواد و روش ها
اين طرح در سال هاي ١٣٩٢ و ١٣٩٣ به مدت دو سال در ايستگاه تحقيقاتي مرکز تحقيقات و آموزش کشاورزي و منابع طبيعي استان کرمانشاه انجام شد. اين ايستگاه در طول جغرافيايي ٤٧ درجه و ٢٦ دقيقه شرقي و عرض جغرافيايي ٣٤ درجه و ٨ دقيقه شمالي واقع شده و ارتفاع آن از سطح دريا ١٣٤٦ متر ميباشد و ازلحاظ آب و هوايي در منطقه معتدل قرار دارد.
متوسط بارندگي ساليانه آن ٤١٦.٦ ميليمتر، متوسط درجه حرارت ساليانه ١٠.٥+، حداکثر مطلق درجه حرارت ٤١+، حداقل مطلق درجه حرارت ٢٨.٨- درجه سانتيگراد و بافت خاک آن سيلتي-کلي ميباشد.
اين تحقيق در هرسال به صورت دو آزمايش در دو مکان به فاصله ١٠ متر از يکديگر اجرا گرديد. مکان ها شامل آبياري نرمال (مطلوب ) و آبياري بر اساس ٦٥ درصد نياز آبي گياه (آبياري محدود يا کم آبياري) بودند. هر آزمايش به صورت اسپليت پلات فاکتوريل در قالب طرح بلوکهاي کامل تصادفي با سه تکرار اجرا شد. تيمار مصرف ازتوباکتر در بلوکهاي اصلي در دو سطح (مصرف و عدم مصرف ) و کودهاي شيميايي و ورمي کمپوست در کرت هاي فرعي قرار گرفتند. تيمارهاي کودي ديگر شامل کود شيميايي N.P.K در سه سطح (بدون مصرف کود شيميايي ، ٥٠ درصد مقدار توصيه شده کود شيمياييبر اساس آزمون خاک و مصرف ١٠٠ درصد کودهاي شيمايي بر اساس مقدار توصيه بر اساس آزمون خاک ) و کود آلي ورمي کمپوست در چهار سطح (صفر، ٢، ٤ و ٦ تن در هکتار) بودند. به اين ترتيب هر سايت شامل ٢٤ تيمار و ٧٢ کرت و در کل آزمايش شامل ٤٨ تيمار و ١٤٤ کرت بود. با توجه به اينکه کود ازتوباکتر درواقع نوعي باکتري ميباشد و به راحتي ميتواند با آب آبياري حرکت کند، در کرت هاي اصلي قرار گرفت و چهار رديف کاشت (٣ متر) بين کرت هاي اصلي به عنوان حاشيه کشت شد. همچنين جهت کنترل تيمارهاي مربوط به کودهاي شيميايي، کرت هاي مصرف کود شيميايي شامل دو رديف کاشت اضافه (٧٥ سانتيمتر در هر طرف کرت ) بودند که در اين رديف ها تيمار کودي اعمال نشده و صرفا به عنوان حاشيه در نظر گرفته شدند. رقم ذرت سينگل کراس KSC٧٠٤ به دليل اينکه رقم تجاري منطقه بوده و بيش از ٨٠ درصد سطح زير کشت ذرت در استان کرمانشاه را به خود اختصاص مي دهد، انتخاب گرديد.
پس از جوانه زني و اطمينان از استقرار گياه چه قبل از اعمال تيمار کود نيتروژن و ازتوباکتر، در مرحله سه برگي تنک کردن مزرعه با دست و استفاده از نيروي کارگري تا رسيدن به تراکم کاشت ٧٥٠٠٠ بوته در هکتار اجرا شد. کود هاي شيميايي شامل سوپر فسفات تريپل براي تأمين فسفر، اوره براي تأمين نيتروژن و سولفات پتاسيم براي تأمين پتاسيم بود. همچنين در مورد ورمي کمپوست نيز از ٣٠ سايت توليد ورمي کمپوست در سطح استان کرمانشاه نمونه برداري شده و پس از آناليز در آزمايشگاه ، درنهايت يک سايت بر اساس برخورداري از استانداردهاي لازم و ميانگين عناصر غذايي موجود در آن (ورمي کمپوست حاصل از کود حيواني)، انتخاب شد.
براي ازتوباکتر از کود ازتوبارور ويژه گياهان زراعي که حاوي باکتريهاي گونه ازتوباکتر وينلندي سويه ٠٤ ميباشد، به ميزان ١٠٠ گرم در هکتار و دو بار استفاده شد. تا قبل از مرحله ٥ برگي آبياري مطلوب براي تمام کرت ها به صورت باراني صورت گرفت تا گياه مستقر شود و در مرحله پنج برگي سيستم هيدروفيکس و کنتورهاي آب نصب گرديد و آبياري بر اساس نياز آبي هر تيمار اعمال گرديد و از اين مرحله به بعد محاسبات و اندازه گيريها انجام شد. نياز آبي گياه بر اساس معادله پنمن - منتيث - فائو٢ و دستورالعمل شماره ٥٦ فائو در دوره هاي ١٠ روزه ، با توجه به آمار هواشناسي منطقه محاسبه گرديد (,Atta ; ٢٠١٥ ,.Zotarelli et al ٢٠١٥). در شرايط کشاورزان و درصورتيکه راندمان آبياري ٥٠ درصد باشد (آبياري جوي و پشته ) ميزان آب مصرفي براي توليد يک هکتار ذرت هيبريد Ksc704 در شرايط اقليم معتدل استان کرمانشاه حدود ١٤٠٠٠ مترمکعب برآورد گرديده است . اما ميزان آب بستگي به روش آبياري دارد، به عنوان مثال در آبياري باراني به دليل راندمان بالا اين ميزان کمتر ميشود و به حدود ١٠ هزار مترمکعب ميرسد. در اين آزمايش به دليل استفاده از سيستم لوله هاي هيدروفيکس راندمان آبياري حدود ٩٠ درصد بود. ميزان نياز آبي خالص محاسبه شده در طول دوره رشد ذرت براي شرايط آبياري نرمال ٧٥٢٠ مترمکعب و براي شرايط آبياري بر اساس ٦٥ درصد نياز آبي گياه ٤٨٨٨ مترمکعب بود.
در مرحله گل دهي که سطح برگ کامل شده است ، با استفاده از دستگاه سان اسکن ٣ شاخص سطح برگ اندازه گيري شد (Wilhelm ٢٠٠٠ ,.et al). اندازه گيري محتوي کلروفيل برگ نيز توسط دستگاه کلروفيل متر٤ صورت گرفت . اين دستگاه کلروفيل را به روش غير تخريبي در محدوده اي به اندازه ي ٣×٢ ميليمتر از برگ با دقت ١± واحد SPAD، به وسيله دو منبع ديودي انتشار نور در طول موج هاي ٦٥٠ نانومتر (نور قرمز) و ٩٤٠ نانومتر (نور قرمز دور) با دو سنسور حساس به نور قرمز و حساس به تشعشات مادون قرمز برآورد مينمايد.
اندازه گيري کلروفيل بعد از کاليبراسيون دستگاه و پاک کردن غبار از سطح برگ با قرار دادن دستگاه روي برگ از ناحيه وسط ، در حدفاصل رگبرگ اصلي و حاشيه برگ صورت گرفت .
همچنين براي اندازه گيري شاخص سبزينگي گياه يا شاخص نرمال شده پوشش گياهي ٥، از حس گر قابل حمل مزرعه اي بانام گرين سيکر٦ استفاده شده و بر اساس دستورالعمل شرکت سازنده دستگاه و همچنين دستورالعمل هاي سيميت (٢٠١٥ ,.Pask et al) در مرحله ١٠ برگي و بين ساعت ١١ تا ١٤ و با قرار گرفتن دستگاه در ارتفاع ٦٠ سانتيمتري بالاي کانوپي هر کرت اندازه گيريها انجام شد. شاخص پوشش گياهي نرمال شده جهت اندازه گيري و بررسي ميزان سبزي پوشش گياهي و اندازه سطح فتوسنتزي کانوپي به کار ميرود. شاخص پوشش گياهي نرمال شده به طور گسترده اي جهت اندازه گيري و بررسي ميزان سبزي پوشش گياهي ٧ و اندازه سطح فتوسنتزي کانوپي ٨ نيز استفاده ميشود .( Pask et al,2012)
پس از دو سال آزمايش نتايج جمع آوريشده و قبل از تجزيه مرکب ، آزمون همگني واريانس (سال ) بر اساس آزمون لون ٩ انجام گرفت .
شايان ذکر است که درصورتيکه در آزمون لون ، بين سال ها اختلاف معني داري وجود داشته باشد، مبين نامتجانس بودن سال بوده ، بنابراين تجزيه واريانس صفات بايد به صورت جداگانه در سال هاي مختلف انجام گيرد.
در صورت متجانس بودن سال (همگني سال ها و عدم معني داري در آزمون لون )، تجزيه مرکب انجام مي گيرد، به عبارت ديگر بين سال ها يکنواختي و هموژني وجود داشته و کفايت تجزيه مرکب تأييد مي گردد. ازآنجاي که در مورد اين صفات آزمون لون معنيدار نشد پس يک تجزيه مرکب دوساله بر اساس مدل اسپليت فاکتوريل پلات انجام شد. محاسبات آماري شامل تجزيه واريانس ، مقايسات ميانگين به روش حداقل اختلافات معنيدار (LSD) توسط نرم افزارهاي آماري SAS و رسم نمودارها توسط نرم افزار EXCEL انجام گرديد.
نتايج و بحث
١- عملکرد دانه
نتايج تجزيه مرکب داده ها نشان داد که سطوح آبياري، کودهاي شيميايي و ورمي کمپوست اثر بسيار معنيداري بر عملکرد دانه داشتند اما عملکرد دانه ذرت تحت تأثير تيمار ازتوباکتر قرار نگرفت (جدول شماره ١). در هر دو سطح آبياري مطلوب و محدود با افزايش ميزان کود شيميايي و زيستي، عملکرد دانه به شکل معنيداري بيشتر شد. بيشترين ميزان عملکرد دانه (١٠.٧ تن در هکتار) در تيمار آبياري مطلوب و مصرف توأم ١٠٠ درصد کود شيميايي و شش تن در هکتار ورمي کمپوست به دست آمد و کمترين ميزان آن (٢.٧ تن در هکتار) مربوط به تيمار آبياري محدود و عدم مصرف کودهاي شيميايي و زيستي بود.
علاوه بر اين نتايج نشان مي دهد که مصرف توأم شش تن در هکتار ورمي کمپوست و ٥٠ درصد کودهاي شيميايي NPK بر اساس نياز کودي گياه ، از تيمار مصرف ١٠٠ درصد کود شيميايي و عدم استفاده از کودهاي زيستي در هردو رژيم آبياري، بيشتر بود. عملکرد دانه در تيمار مصرف ٥٠ درصد کود شيميايي و شش تن در هکتار ورمي کمپوست به ترتيب ٥.٢ و ١٠.٣ تن در هکتار در تيمارهاي آبياري محدود و مطلوب بود، درحاليکه در تيمارهاي مصرف ١٠٠ درصد کودهاي شيميايي و عدم مصرف کودهاي زيستي اين ميزان به ترتيب ٤.٧ و ١٠.٢ بود (جدول شماره ٢).
به عبارت ديگر با استفاده از شش تن در هکتار ورمي کمپوست ، ميتوان مصرف کودهاي شيميايي را ٥٠ درصد کاهش داد، اما مصرف ورمي کمپوست به تنهايي، نتوانست تمام نياز گياه را نسبت به مصرف کودهاي شيميايي تأمين نمايد و عملکرد دانه در اين تيمار به ترتيب ٤.١ و ٦.٩ تن در هکتار در شرايط آبي محدود و مطلوب بود که احتمالا دليل آن نياز زياد گياه ذرت به کود نيتروژن ميباشد (جدول شماره ٢)، اما با توجه به تأثيرات سوء کودهاي شيميايي بر محيط زيست و سلامت موجودات زنده ، کاهش ٥٠ درصد کودهاي شيميايي ميتواند بسيار حائز اهميت باشد. بر اساس نتايج حتي در تيمار مصرف ١٠٠ درصد کودهاي شيميايي در هردو سطح آبياري محدود و مطلوب ، استفاده از ورمي کمپوست عملکرد دانه را بيشتر نمود که علت آن احتمالا تأمين ساير عناصر غذاي به ويژه عناصر کم مصرف و همچنين بهبود وضعيت خاک توسط ورمي کمپوست ميباشد.
بر اساس نتايج اين تحقيق ميانگين عملکرد دانه ذرت در شرايطي که ١٠٠ درصد نياز آبي خود را دريافت کرد (مصرف ٧٥٢٠ متر مکعب آب ) ٨.١ تن بود، اما با کاهش آب به ميزان ٦٥ درصد نياز آبي(مصرف ٤٨٨٨ متر مکعب آب ) ، عملکرد نيز به ٤.٤ تن در هکتار کاهش يافت ، در واقع با کاهش آب مصرفي به ميزان ٣٥ درصد، عملکرد دانه ٥٤ درصد کاهش داشت .
بررسي داده هاي چندساله و گردآوريشده از سرتاسر مناطق ذرت کاري جهان ، نشان داده است که ذرت يکي از حساس ترين گياهان به کم آبي ميباشد و عملکرد آن در اثر کم آبياري يا تنش خشکي به شدت کاهش مييابد. نتايج اين مطالعات نشان مي دهد که براي دستيابي به عملکرد قابل ملاحظه ذرت ، مقدار زيادي آب لازم است و عملکرد محصول رابطه نزديکي با قابليت دسترسي به آب دارد (,.Daryanto et al ٢٠١٦). مشابه با نتايج اين تحقيق ، بررسي ساير محققين نيز نشان داده است که با مصرف ورمي کمپوست به ميزان پنج تن در هکتار عملکرد و اجزاء عملکرد ذرت بيشتر شد، اين افزايش عملکرد احتمالا به دليل وجود مقادير بالاتر نيتروژن در دسترس ميباشد که براي توليد پروتئين هاي ساختاري ضروري هستند(Yadav ٢٠١٦ ,.et al). علاوه بر عناصر غذايي و مواد آلي، کمپوست و ورمي کمپوست داراي مقادير زيادي مواد هيوميکي ميباشد که اين مواد از طريق بهبود زيست فراهمي عناصر غذايي خاص ، به ويژه آهن و روي و اثر مستقيم بر متابوليسم گياهي باعث افزايش رشد و عملکرد گياه ميگردند (٢٠١٠ ,Tartoura). همچنين محققين يکي ديگر از دلايل افزايش عملکرد با کاربرد ورمي کمپوست را بيشتر شدن ظرفيت نگهداري آب در خاک به دليل بيشتر شدن درصد کربن آلي خاک مي دانند.
