بخشی از مقاله
مقدمه
بازگشت بقایای گیاهی به خاک به ویژه در خاکهای مناطق خشک و نیمه خشک از ارکان مهم و اجتناب ناپذیر پایداری اکوسیستمهای کشاورزی است. دینامیک نیتروژن خاک پس از بازگشت بقایای گیاهی با کیفیت مختلف به طور متفاوت تحت تأثیر قرار گرفته و بر قابلیت جذب نیتروژن برای محصول بعدی اثر خواهد گذاشت. نیتروژن آلی خاک پس از شرکت در فرآیند معدنی شدن شامل آمونیفیکاسیون و نیتریفیکاسیون به صورت یونهای آمونیوم و نیترات در می آید تا برای گیاهان قابل جذب باشد . - Tate, 2000 - شواهد قابل توجهی در دست است که نشان می دهد جذب مولکولهای آلی نیتروژن دار به وسیله گیاهان در اکوسیستمهای کشاورزی مناطق معتدل چندان قابل توجه نیست - Aulakh et al., 2001 - ، بنابراین جذب نیتروژن به وسیله گیاهان عمدتاً محدود به یونهای معدنی است که در طی فرآیند معدنی شدن حاصل می شوند. فرآیند معدنی شدن نیتروژن یکی از فرایند های مهم چرخه نیتروژن است که طی آن نیتروژن آلی خاک ابتدا به اشکال معدنی آمونیوم و یا آمونیاک تغییر شکل می یابد . - Paul, 2007 - حدود 95 درصد نیتروژن خاک به صورت آلی است و در اغلب خاک های معدنی با زهکشی مناسب، تنها 5 درصد آن به شکل نیتروژن معدنی قابل جذب طی فصل رشد در اختیار گیاه قرار می گیرد . - Eneji et al., 2002; Paul, 2007 - معدنی شدن نیتروژن یک فرآیند میکروبینسبتًا کند است که عوامل متعددی مانند تهویه، pH، نوع خاک و ترکیبات اضافه شده به آن، دما و رطوبت بر آن مؤثر می باشند - Paul, . - 2007 معدنی شدن نیتروژن به کیفیت بقایای گیاهی - Detritus quality - و ورودی های کربن گیاهی نیز بستگی دارد . - Andrioli et al., 2010; Paul, 2007 - کیفیت بالای بقایای گیاهی با میزان اندک لیگنین و ترکیبات فنل دار، نسبت C/N پایین و همچنین تحریک فعالیت میکروبی خاک بر اثر افزودن ماده آلی آسان تجزیه پذیر باعث افزایش معدنی شدن نیتروژن - معدنی شدن خالص، - Net N mineralization آلی می گردد، در حالی که ورود بقایای آلی با کیفیت پایین به خاک و فراوانی کربن سخت تجزیه پذیر و مقاوم به تجزیه میکروبی باعث افزایش توقف نیتروژن خاک - N immobilization - می گردد - Andrioli et al., 2010; Paul, . - 2007 افزودن بقایای گیاهی غنی از نیتروژن - مانند لگومها - باعث افزایش ذخایر نیتروژن آلی خاک و افزایش سرعت معدنی شدن نیتروژن شده و نیاز گیاه را به افزودن کودهای شیمیایی نیتروژن دار کاملاً برطرف می سازد - Isac et al., 2000 - ، لیکن از سوی دیگر افزودن بقایای گیاهی فقیر از نیتروژن - مانند بقایای غلات - باعث انتقال نیتروژن از فاز معدنی به بیوماس میکروبی خاک شده و امکان آبشویی آن را کاهش می دهد - Puget and . - Drinkwater, 2001 کاهش شدت آبشویی در اکوسیستمهای مرطوب و در اراضی تحت آبیاری سنگین از طریق نگهداری آن در بیوماس میکروبی خاک، راهکار زیست محیطی بسیار ارزشمندی است که در سال های اخیر مورد توجه قرار گرفته است. تأثیر نوع خاک نیز بر تحولات نیتروژن در خاکهای تیمار شده با بقایای گیاهی، لازم است مورد توجه قرار گیرد. هدف از این مطالعه بررسی تأثیر نوع خاک و بقایای گیاهی بر شدت معدنی شدن خالص نیتروژن می باشد.
مواد و روشها
این مطالعه در آزمایشگاه بیولوژی دانشکده کشاورزی دانشگاه شهرکرد انجام شد. برای اندازه گیری معدنی شدن نیتروژن در شرایط آزمایشگاهی از روش انکوباسیون و سپس عصاره گیری با کلرید پتاسیم استفاده شد. برای اندازه گیری معدنی شدن 100 گرم خاک آون خشک - دو نوع خاک رسی و شنی - عبور کرده از الک 2 میلی متری به دقت وزن و در جار - قوطی - یک لیتری ریخته شد. یک گرم بقایای گیاهی - بقایای انگور و برنج - کاملا آسیاب شده که از الک 1 میلی متری عبور داده شده بود به خاک ها اضافه شد و به طور کامل با خاک مخلوط شد. حدود 20 تا 40 سی سی آب مقطر جهت تعدیل رطوبت خاک در 60 تا 70 درصد ظرفیت زراعی - رطوبت مطلوب برای فعالیت میکروبی - به هر کدام از جارهای محتوی خاک اضافه شد. ظروف حاوی خاک در داخل انکوباتور در دمای 25 1 قرار داده شدند. روز اول آزمایش - t=0 - و سپس هر هفته برای بررسی دینامیک نیتروژن، غلظت نیتروژن معدنی شدن در نمونه ها اندازه گیری شد - این کار به مدت 5 هفته دنبال شد - . برای این کار 6 گرم خاک مرطوب - معادل 5 گرم خاک هوا خشک - از هر نمونه وزن و 30 سی سی KCl یک مولار - نسبت - 5:1 جهت عصاره گیری به نمونه ها اضافه شد. نمونه ها به مدت یک ساعت بر روی دستگاه شیکر قرار داده شدند. پس از صاف کردن عصاره ها مقدار نیتروژن نیتراتی و آمونیاکی به روش رنگ سنجی به ترتیب در طول موج 410 و 660 نانومتر اندازه گیری شدند. برای اندازگیری NO3-N ابتدا محلول های استاندارد 0، 2، 4، 6، 8 و 10 میلی گرم بر لیتر NO3-N از نیترات پتاسیم تهیه شد. 500 میکرو لیتر از عصاره نمونه های خاک و استانداردها برداشته و یک میلی لیتر اسید سالیسیلیک به آنها اضافه شد. پس از 30 دقیقه 10 سی سی سود 4 مولار به آنها اضافه و پس از یک ساعت مقدار نیتروژن نیتراتی به روش رنگ سنجی در طول موج 410 نانومتر توسط دستگاه اسپکترومتر اندازه گیری شد. منحنی استاندارد رسم و غلظت نیترات در نمونه ها محاسبه گردید. برای اندازگیری NH4-N ابتدا محلول های استاندارد 0، 5، 10، 15، 20 و 25 میلی گرم بر لیتر NH4-N از نیترات پتاسیم تهیه شد. 100 میکرو لیتر از عصاره نمونه های خاک و استانداردها برداشته و پس از اضافه شدن 5 میلی لیتر معرف رنگی مخلوط شدند. پس از 15 دقیقه 5 سی سی محلول قلیایی هیپوکلریت سدیم اضافه و پس از یک ساعت مقدار نیتروژن آمونیاکی به روش رنگ سنجی در طول موج 660 نانومتر توسط دستگاه اسپکترومتر اندازه گیری شد. منحنی استاندارد رسم و غلظت در نمونه ها محاسبه گردید.
نتایج و بحث
نتایج آزمایشات انجام شده با نمونه های گیاه مورد استفاده نشان داد که نیتروژن در نمونه های خاک روند معدنی شدن نداشته و استفاده از بقایای گیاهی ذکر شده موجب توقف نیتروژن شده است - نمودار . - 1 همانطور که در نمودار داده های خام مشاهده می شود استفاده از بقایای برنج و انگور موجب توقف نیتروژن گردیده است و کاهش نیتروژن معدنی خاک در خاک شنی شدیدتر بوده است.
شکل :1 تغییر نیتروژن معدنی خاک با زمان انکوباسیون
علت تفاوت اولیه در میزان نیتروژن معدنی دو خاک نیز می تواند به محتوای مواد آلی بالاتر در خاک لومی سیلتی و ویژگیهای مدیریتی اعمال شده به خاکها مرتبط باشد. این موضوع نشان دهنده آن است که مدیریت این بقایای گیاهی در مزرعه نیازمند بررسی سایر اقدامات مدیریتی، از قبیل افزودن کودهای آلی غنی از نیتروژن است تا کاهش معنی دار نیتروژن قابل جذب گیاه در خاکهای تیمار شده با این بقایا جبران گردد. Mubarak و همکاران - 2002 - در یک خاک اسیدی و شیخ حسینی و نوربخش - 1386 - نتایج مشابهی بدست آوردند. همچنبن در روند معدنی شدن کربن نیز مشاهده گردید که سرعت خروج کربن از خاک شنی بیشتر است و این امر نشان می دهد تجزیه مواد آلی در خاک شنی بالاتر است و با توجه به نسبت زیاد کربن به نیتروژن در بقایای مورد استفاده میکروبهای هتروتروف خاک از نیتروژن معدنی خاک استفاده کرده و این امر موجب توقف سریعتر نیتروژن در این خاک می گردد. از نکاتی که باید به آن توجه شود طول کوتاه دوره انکوباسیون است که اجازه اندازه گیری بیشتر روند تغیرات نیتروژن را نمی دهد. منحنی روند معدنی شدن نرمال دو خاک نیز بسیار شبیه به هم بود - نمودار . - 2
شکل :3 تغییر تجمعی نرمال شده نیتروژن معدنی خاک شکل :2 تغییر تجمعی نیتروژن معدنی خاک با زمان همچنین نتیجه آزمایشات انجام شده نشان می دهد که بین بقایای گیاهی مورد استفاده از نظر تأثیر بر میزان نیتروژن قابل دسترس خاک اختلاف وجود دارد - نمودار . - 5 به دلیل تأثیر کیفیت بیوشیمیایی بقایای گیاهی
