بخشی از مقاله
چکیده
یکی از راهبردهای مهم توسعه کشاورزی، ارتقا کیفیت خاک از طریق تامین موادآلی خاک، کاهش آلاینده-های زیستمحیطی و مدیریت بهینه مصرف کودهایشیمیایی میباشد. عدم توجه به تغذیه متعادل گیاهی، بویژه نقش عناصر ریزمغذی در تامین سلامت جامعه،تحقق آرمانِ امنیت جهانی غذا را به مخاطره میاندازد. در همین راستا و با توجه به نقش مهم گندم بعنوان غذای اصلی اکثر مردم جهان، افزایش غلظت روی در دانه گندماز بُعد اقتصادی و سطح سلامت جامعه بعنوان یک استراتژی مهم مطرح میشود. تحقیق پیشرو، راهکارهای مختلف غنیسازی غلات از طریق افزایش دسترسی ریزمغذی روی برای محصولاتکشاورزی را بررسی مینماید.
مقدمه
مصرف کود در راستای تولید پایدار باید مبتنی بر افزایش عملکرد در واحد سطح، ارتقا کیفیت محصولات کشاورزی و تامین سلامت محیط زیست و جامعه باشد. گندم بعنوان مهمترین غله برای تغذیه انسان، تولید ناخالص جهانی740 میلیون تن در سال2016 را بخود اختصاص داده است .[10] باوجود کمبود عنصرمغذی روی - - Zn در غلات، بهویژه در کشورهای در حال توسعه، هنوز هم اصلیترین و تنها منبعZn در رژیم غذایی را، غلات تشکیل میدهد.
کمبود موادمغذی، بهویژه Zn در خاک، عامل مهمی در محدودیت پتانسیل عملکرد محصولات کشاورزی است .[4] چراکه ریزمغذیها یک نیاز مطلق برای رشد گیاه و بسیاری از فعالیتهای متابولیک گیاه مانند فتوسنتز، تنفس، سنتز کلروفیل، سنتز پروتئین و تولید مثل هستند .[14] استمرار در مصرف نامتعادل کودها، علاوه بر تهدید جدی سلامت خاک، عامل مهمی در بروز علائم سوءتغذیه در انسان، یا همان" گرسنگی پنهان" است .[30]
از این رو غنیسازی دانه غلات با تغذیه عناصر ریزمغذی و ضروری، چه ازطریق مصرف کودهای حاوی روی - سولفات پتاسیم، کلات روی، سولوپتاسZn+ و... - و چه از طریق اقدامات مربوط به تسهیل جذب Zn خاک، برای ارتقا سطح سلامت جوامع بشری امری ضروری است. از این رو، در جهت کاهش اختلالات تغذیهای محصولات زراعی در کشورهای در حال توسعه، ارتقا زیستی- زراعی[32] و زیستی- ژنتیکی[3] ارقام پیشنهاد شده است تا غلظت Zn در دانه غلات افزایش یابد.
یافتهها
در آزمایش میدانی که توسط Grüter et.al - 2017 - بهمنظورتعیین پتانسیل کودسبز در افزایش میزانZn قابل جذب گیاه انجام گرفت، تاثیر مدیریت بلندمدت و کوتاهمدت موادآلی در افزایش مقدارZn قابل دسترس خاک و غلظتZn دانه گندم در مراحل مختلف رشد، بررسی گردید. این تحقیق نشان داد که هر دو مدیریت بلندمدت و کوتاهمدت با کودسبز باعث تغییر غلظتZn خاک میشوند، اما اثرات بلندمدت آن در افزایش غلظتZn دانه گندم غالب است. در این تحقیق، از گیاهان شبدر - Trifoliumalexandrinum.L - و خردل - - Sinapis alba.L به عنوان کودسبز استفاده شد.
شبدر به عنوان یک گیاه لگومینوز با نسبت C/N پایین، از طریق بهبود تغذیه و افزایش موادآلی و Nمعدنی خاک، نیز افزایشZn قابل دسترس خاک که به اثرات اسیدی آن نسبت داده میشود - ورود اسیدهای ارگانیک با وزن مولکولی کم - موجب افزایش بیوماس گندم گردید. در گیاهان غیرلگوم مثل خردل چنین قابلیتی مشاهده نگردید.[12] در تحقیقمیدانی مشابه انجام شده توسط سلطانی و همکاران - - 2014 استفاده از کودسبز آفتابگردان، چمن سوادان، شبدر قرمز و گلرنگدر خاکِ با کمبودZn، باعث افزایش کربن آلی محلول - - DOC و غلظت آمینواسید در بخش ریزوسفر و همچنین غلظتZn در دانه گندم گردید .[28]
استفاده از موادآلی به شکل فرآوردههای زراعی یا کودسبز سبب انتشار محصولات تجزیه شده مانند لیگاندهای آلی محلول در آب - مانند سیترات، اگزالات، مالت - میشود [16] که میتواند عناصرغذایی پیچیده مانند Zn متصل شده به ذرات خاک را محلول و حلالیتشان را افزایش دهد .[9] همچنین ماده ارگانیک بر فعالیت و فراوانی میکروارگانیسمهای خاک - مانند قارچهای میکوریزا آربوسکولار - تأثیر گذارده و از این طریق نیز باعث افزایش حلالیت و جذب عناصر کممحلول میگردد .[18] در آزمایشات مزرعهای، استفاده طولانی مدت از کود گاوی، غلظتZn در دانه گندم را بسته به خواص خاک افزایش داد، اما غلظتCd در دانه تحت تأثیر قرار نگرفت .[13]
بهمنظور ارتقا تغذیهگیاهی، اقدامات زیستی-زراعی و زیستی-ژنتیکی پیشنهاد شده است تا غلظتZn در دانه غلات افزایش یابد. اقدامات زیستی-زراعی جهت غنیسازی دانه غلات، بکارگیری روشهای بهبودکشت [4] و استفاده از کودهای مصرفخاکی و محلولپاشی با سولفاتروی - - ZnS04 همراه یا بدون استفاده از کودهای مصرفخاکی در خاکهای باکمبود Zn، در بسیاری از کشورهای درحال توسعه، اثبات شده است .[35] لیکن به جهت هزینه نسبتا زیاد اقتصادی و عدم کارایی آن - بهدلیل تحرکپذیری ضعیف Zn و تثبیت سریع آن در خاک - ، توسط کشاورزان محلی بهطور گسترده پذیرفته نشده است.
اقدامات زیستی-ژنتیکی با هدف پرورش ارقام با قابلیت جذب بالایZn، یکی از استراتژیهای ارتقا زیستی و بهبود ژنتیکی در دانه غلات میباشد. در حالت مقایسه، اقدامات بهبود زیستی-ژنتیکی با هدف پرورش ارقام با قابلیت بالای جذبZn ، برای کشاورزان و مصرفکنندگان آسانتر و قابل قبولتر است. همچنین روش مقرون بهصرفهای ارزیابی شده است .[17]
کاربرد کودهای نیتروژنی - - N اگر به شکل آمونیم اضافه شود، برای تجمع Zn در گندم سودمند است و این اثر عمدتا به نقش N بهعنوان جزئی در حمل و نقل عنصرفلزی و ذخیرهسازی پروتئین و همچنین اسیدی شدن خاک از طریق نیتریفیکاسیون، مربوط می شود .[8] اولین مطالعه جامع در مورد اهمیت تلقیح اندوفیتهای محلولساز روی - Endophytes؛ گونههای باکتریایی تکثیر شده در گیاهان زراعی - و پتانسیل ژنتیکی آنها در جذبZn صرفنظر از میزانZn موجود در خاک توسط - Singh et.al - 2017 انجام گرفت.
در بررسی که بهمنظور تعیین نقش اندوفیتها در غنیسازی دانه گندم از نظر Zn انجام شد اثر دو اندوفیت - Bacillus subtilis DS-178 و - Arthrobactersp DS-179 مورد مطالعه قرار گرفت. دادههای مربوط به پارامترهای مختلف ریخت-شناسی ریشه، تغییرات متمایزی را در ژنوتیپها نشان دادند. بهطور کلی غلظتZn در دانههای با تلقیح اندوفیتها در مقایسه با نمونه شاهد دو برابر بود. اندوفیتها در مقایسه با میکروارگانیسمهای ریزوسفری، درون بافتهای گیاهی قرار میگیرند [27] و علاوه بر ارتقاء رشد گیاه، درکنترل بیولوژیکی پاتوژنهای قارچی [31]، نیز کاهش خشکسالی و تنش شوری [20] موثرند.
همچنین از طریق ترشح طیف گستردهای از مواد طبیعی که میتواند برای گیاه میزبان مفید باشد، افزایش تحمل گیاه به غلظت بالای سلنیم - - Se و تواناییهای بالقوه رشد گیاه از طریق ترشح اکسین و تولید سیدروفور، معدنیسازی فیتات و محلولسازی فسفات در خاکهای آلوده به عناصر سنگین را منجر شدند .[7] در خاکهای دچار کمبودZn ژنوتیپ-4HPYT 404 بهعنوان یک رقم با قابلیت انباشت کم برای Zn و ژنوتیپCIM-412 بهعنوان یک رقم با قابلیت انباشت بالای Zn شناسایی شده است .[27] در ژنوتیپهای با انباشت زیاد Zn، پارامترهای مورفولوژیکی ریشه بعنوان شاخصی مهم کارایی جذب موادمغذی، در مقایسه با ژنوتیپهای انباشت کمZn بهطور معنیداری بهتر بودند.
استفاده از EDTA1 و کلاتها بهمنظور افزایش قابلیت دسترسی گیاه به عناصر کمیاب به دلیل توانایی زیاد آنها در تحرک عناصرغذایی بهطور گستردهای کاربرد دارد .[11] در تقسیمبندی نحوه اتصال Zn به فراکسیونهای خاک، هشت بخش توسط Xiang et al - 1995 - ، شناسایی شده است: Ex - تبادلی - ، WBO - پیوند ضعیف با مواد آلی - ، Carb - پیوند با کربنات - ، OxMn - متصل شده به اکسید منگنز - ، Sbo - پیوند قوی با مواد آلی - ، AmoFe - متصل شده به اکسیدآهن آمورف - ، CryFe - محدود به کریستال اکسیدآهن - و Res - باقی مانده در مواد معدنی - .[34] با افزودنEDTA بهتنهایی یا بههمراه Fe - EDTA-Fe - ، توانایی گیاه برای جذب Zn از خاک افزایش مییابد، همچنانکه آنالیز دانه گندم رابطه مثبت بین غلظت Zn و Fe در دانه را نشان داد.
لیکن اثر افزایش غلظتZn در دانه گندم نتیجه کلاتEDTA بوده است و نه عنصر .Fe اینکه چگونه در خاکهای آهکی با دسترسی کم Zn ، افزایش غلظت Zn در ساقه و اثر آن بر دانه گندم زمستانه مشاهده شده است، تحقیقی است که توسط Wang et.al - 2017 - در استفاده اختصاصی از EDTA انجام گرفت. در سری آزمایشات گلدانی، EDTA در مراحل مختلف و با نرخهای مختلف بر گندم زمستانه در خاک آهکی با میزان کمZn اعمال شد و سپس pH خاک، میزانZn در دسترس و غلظت Zn ارگانهای مختلف گندم مشخص شد. نتایج بهدست آمده نشان داد که غلظتZn در دانه 46 - 8 افزایش یافت، اما بر عملکرد دانه تأثیری نداشت.
طی بررسیهای انجام شده، غلظتZn در کاه از زمان شروع گلدهی تا پر شدن دانه به میزان 120- 69 افزایش و پس از گلدهی بهطور قابل توجهی کاهش یافته و 61 از جذب Zn را دانه به خود اختصاص داد. علت افزایش غلظتZn در دانه، انتقالZn از ساقه به دانه در طی دوره پروتئین سازی، بیان گردید .[33] افزایش جذبZn در گندم همواره از زمان تشکیل دانه تا مرحله پرشدن آن است.
در طول این دوره ریشه Zn را از خاک جذب و به ساقه انتقال میدهد، بنابراین غلظتZn کلش بالا میرود، اما اگر میزان Zn خاک کم باشد، ریشه نمیتواند این مقدار را جذب کند، بنابراین میزانZn در دسترس خاک نمیتواند با مرحله رشد گیاه هماهنگ شود، که یکی از دلایل اصلی کاهش میزان خلوص و غلظتZn محصول است .[2] براساس این تحقیق افزایش میزانZn در محیط ریزوسفر و غیرریزوسفر به ترتیب 377 و185 گزارش شد که ناشی از تغییر کریستالهای غیرقابل دسترس - AmoFe، Cry-Fe و - Res به فراکسیونهای در دسترس - Ex، Wbo، - Carbدر خاک است.
بدین معنیکه - 54 - 4 - WBO -Zn و Carb- - 18- 2 - Zn برابر و - Ex-Zn - بهطور قابل توجهی افزایش یافت. درحالیکه - 78 - AmoFe-Zn ، - 31 - CryFe- Zn - 10 و - 6 - Res-Zn کاهش داشت. در همین حال، pH خاک ثابت و یا 0/2-0/1 واحد افزایش یافت. دلیل این امر میتواند مربوط به اثر مثبت EDTA روی تبدیل Zn از حالت غیر قابل دسترس به فرم در دسترس باشد که بسیار قویتر از اثر آن روی pH خاک در طول پر شدن دانه بوده است .[33]
