ارزیابی تاثیر زمان به خاک‌دهی و نوع گیاه کود سبز بر خصوصیات شیمیایی خاک و رشد اولیه گندم

مقدمه

     گندم مهم‌ترین غله‌ای است که در سطح جهان کشت می‌شود و یکی از سازگارترین غلات است، به گونه‌ای که در محدوده‌ی گسترده از شرایط آب و هوایی قابل کشت است. در ایران به دلیل تامین غذای غالب مردم از گندم و با توجه به سازگاری مناسب این گیاه به انواع مدیریت‌های زراعی، ایجاد شرایط مطلوب به لحاظ تامین عناصر غذایی مهم در راستای افزایش کمی و کیفی عملکرد گندم ضروری به نظر می‌رسد (امام،1383). اما از سویی دیگر خاک‌های زراعی مناطق جنوب غربی ایران به دلیل عدم اجرای تناوب مناسب گیاهان زراعی، استفاده از تکنیک‌های کشاورزی فشرده، بارندگی سالیانه کم و درجه حرارت بالا، دارای کمبود مواد آلی بوده که این امر باعث ایجاد ساختمان ضعیف خاک و در نتیجه بستر نامطلوب برای رشد گیاه می‌گردد (آینه بند و همکاران،2010). در ازدیاد حاصل‌خیزی زمین‌های زراعی غیر از کود‌های شیمیایی، عوامل بیولوژیک نیز بسیار موثر هستند با توسعه و پیشرفت صنعت کشاورزی، کود‌ها و سموم شیمیایی به طور چشم‌گیری مورد استفاده قرار گرفته‌اند، اما نتایج تحقیقات در مورد اثرات نامطلوب آن‌ها در تعادل محیط زیست و اکوسیستم های طبیعی، بسیاری از دانشمندان محیط زیست را در مورد وضعیت آینده جهان نگران کرده است اثرات نامطلوب کود‌ها و آفت‌کش‌ها بر محیط زیست منجر به توجه بیشتر و استفاده از روش‌هایی گردیده که در آن نیاز به مصرف مواد شیمیایی نبوده و یا کم باشد و این هدف موجب شده که با توجه به کشاورزی بوم شناختی، بحث پایداری در کشاورزی مورد توجه قرار گیرد (فائو،2004). یکی از راهکار‌های عملی رسیدن به این هدف، زراعت گیاهان پوششی و کود سبز است که می‌تواند جایگزین یا مکمل مناسبی برای کود‌های شیمیایی باشد. مدیریت حاصل خیزی خاک با استفاده از کود‌های آلی مانند کود‌های بیولوژیک، کود‌های دامی و کود‌های سبز می‌تواند در این پیش برد حایز اهمیت باشد. کود سبز نقش مهمی در تنظیم تناوب برای سیستم های ارگانیک دارا می‌باشد. کود سبز از طریق ممانعت از آبشویی نیتروژن و سایر عناصر غذایی سبب تجمع و حفظ آن‌ها در خاک می‌شود. کود سبز یعنی بافت‌های سبز گیاهی که به منظور غنی ساختن خاک به آن بر‌گردان می‌شود. در واقع گیاهان کود سبز، گیاهانی هستند که با هدف افزایش حاصل خیزی خاک، اصلاح خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی خاک و تامین عناصر غذایی ضروری برای رشد مطلوب گیاه بعدی کشت و در مراحل اولیه رشد به خاک بازگردانده می‌شوند (چر و همکاران،2006). استفاده از انواع گیاهان کود سبز مدیریتی مناسب در جهت تولید پایدار در تمام اکوسیستم‌های کشاورزی محسوب شده که می‌تواند باعث افزایش پایداری خاک از طریق کاهش فرسایش، افزایش مواد آلی و نگهداری عناصر غذایی خاک گردد (اوگالد،1993). استفاده از گیاهان خانواده بقولات به عنوان کود سبز می‌تواند به افزایش نیتروژن بیولوژیکی خاک کمک کند. تثبیت نیتروژن به طریق همزیستی دارای انواع مختلفی است که از آن جمله می‌توان به همزیستی باکتری‌های ریزوبیوم با گیاهان خانواده حبوبات اشاره کرد. در همزیستی بقولات با باکتری‌های جنس ریزوبیوم علاوه بر این که بخش اصلی نیتروژن تثبیت شده به مصرف گیاه می‌رسد، خاک نیز از لحاظ نیتروژن تقویت می‌شود (بوریلیو و پریوست،1994). ماهلر و همامداد (1993) نیز در گزارش خود اظهار نمودند که در اثر  برگردان سه تن یونجه و نخود به عنوان کود سبز قبل از کشت گندم، بر اثر برگردان این میزان کود سبز به ترتیب 21 تا 26 و 16 تا 24 کیلوگرم نیتروژن در هکتار به خاک افزوده شده است. البته این دیدگاه که گیاهان کود سبز بقولات نسبت به گیاهان کود سبز غیر بقولات دارای برتری هستند بیشتر در ارتباط با ترکیبات این گیاهان و توانایی آزاد سازی نیتروژن بیشتر برای گیاه بعدی است (دایگامی و ترن،2001). به هر حال مطالعات اخیر نشان داد که کود سبز غیر بقولات نیز باعث افزایش فعالیت‌های بیولوژیکی و آنزیمی خاک نسبت به کود‌های شیمیایی می‌گردد ( اوگالد،1993). برگشت گیاهان کود سبز در خاک باعث افزایش کربن و ماده آلی،

مواد و روش ها

     این آزمایش در سال زراعی 93-1392 در مزرعه پژوهشی دانشکده کشاورزی دانشگاه شهید چمران اهواز در قالب بلوک‌های کامل تصادفی به صورت کرت‌های یک بار خرد شده با سه تکرار انجام شد. فاکتور اصلی زمان به خاک‌دهی گیاهان کود سبز در سه سطح شامل 50،40 و 60 روز رشد و سپس بر گردان آن‌ها به خاک و فاکتور فرعی استفاده از گیاهان کود سبز مختلف که شامل سورگوم¹، جو²، ماش³، مخلوط جو و ماش و آیش (بدون گیاه کود سبز) بودند. به‌منظور بررسی تاثیر زمان به خاک‌دهی کود سبز  بر خصوصیات شیمیایی خاک و رشد اولیه گندم در مرحله اول قبل از کشت گیاهان کود سبز، یک نمونه مرکب (متشکل از 6 ریز نمونه) از عمق 0 تا 30 سانتی متری خاک تهیه و به آزمایشگاه انتقال یافت و خصوصیات شیمیایی خاک تعیین گردید. بافت خاک از نوع لومی شنی، مقدار ماده آلی 48/0 درصد، نیتروژن کل خاک 04/0 درصد، هدایت الکتریکی 5/1 میلی زیمنس بر سانتی متر و اسیدیته 9/7 بدست آمد. بعد از عملیات آماده سازی زمین شامل شخم، دیسک و تسطیح، گیاهان کود سبز در تاریخ 4/6/1392 به صورت همزمان کشت شدند هر کرت اصلی 5/10 متر طول و 3 متر عرض داشت که طول کرت‌های فرعی در این آزمایش 3 متر و عرض آن‌ها 1/2 متر در نظر گرفته شد. پس از برگردان گیاهان کود سبز در 40، 50 و 60 روز رشد در تاریخ 25/8/1392 از هریک از تیمار‌های مربوط به کود سبز از عمق 0 تا 30 سانتی‌متری خاک نمونه‌هایی تهیه و برای انجام تجزیه شیمیایی خاک به آزمایشگاه منتقل شد. در مرحله بعد پس از آماده کردن خاک و کود‌ دهی عملیات کاشت گندم در تاریخ 5 /9 /1392 انجام گرفت. در این آزمایش از گندم رقم چمران به میزان 180 کیلو‌گرم در هکتار استفاده شد که در هر کرت فرعی 8 خط با فاصله روی ردیف سه سانتی متر و بین ردیف 20 سانتی متر به صورت دستی کشت شدند میزان عناصر کودی مصرفی برای نیتروژن از منبع اوره 46 درصد به میزان 150 کیلو گرم درهکتار که یک سوم به هنگام کاشت و بقیه به صورت سرک در ابتدای مرحله ساقه رفتن استفاده شد، فسفر از منبع سوپر فسفات تریپل به میزان 200 کیلو‌گرم در هکتار و پتاسیم از منبع سولفات پتاسیم به میزان 200 کیلو‌گرم در هکتار استفاده شد. برای تعین خصوصیات شیمیایی شامل اسیدیته خاک از روش گل اشباع  و با استفاده از دستگاه الکترود pH متر استفاده شد. همچنین میزان EC خاک به روش عصاره ی اشباع بوسیله‌ی دستگاه هدایت سنج الکتریکی اندازه گیری شد. ماده آلی خاک با استفاده از روش والکی و بلاک اندازه‌گیری شد. نیتروژن کل با استفاده از روش کجلدال تعیین گردید(رویل،1996). برای اندازه گیری شاخص سطح برگ و وزن خشک در گیاهچه‌های گندم، به این صورت که از هر کرت در 20، 32 و 44 روز پس از سبز شدن، گیاهچه‌هایی برداشت و بلافاصله به آزمایشگاه منتقل و سطح برگ آن توسط دستگاهLeaf Area Mater  اندازه گیری شد و سپس شاخص سطح برگ محاسبه شد. پس از آن گیاهچه‌ها برای اندازه گیری وزن خشک به دستگاه آون منتقل و به مدت 48 ساعت و در دمای 75 درجه سانتی گراد نگهداری شدند. سپس نمونه‌های خشک شده خارج و وزن خشک آن‌ها توسط ترازوی حساس با دقت یک صدم گرم اندازه‌گیری شد. داده با کمک نرم افزار SAS تجزیه و مقایسه میانگین ها با آزمون LSD در سطح احتمال 5 % انجام شد.

نتایج و بحث

الف: ماده خشک تولیده شده در گیاهان کود سبز

براساس نتایج جدول مقایسه میانگین‌ها (جدول1) از بین زمان‌های مختلف به خاک‌دهی بیشترین میزان زیست توده تولید شده مربوط به کود سبز برگردان شده به خاک پس از 40روز رشدی بدست آمد. همچنین از بین گیاهان کود سبز نیز بیشترین میزان ماده خشک تولید شده مربوط به کود سبز سورگوم بود، که دارای اختلاف معنی‌داری با سایر تیمار‌های کود سبز داشت. در این آزمایش کمترین وزن خشک تولیدی در هر سه مرحله نمونه برداری مربوط به کود سبز جو بود که احتمالاً به علت وجود دمای بالا در این دوره زمانی از کشت بود که در نتیجه موجب کاهش رشد و عدم تولید پنجه کافی و رشد پنجه‌ها گردید.

ب: خصوصیات شیمیایی خاک

     نتایج تجزیه واریانس داده‌های مربوط به خصوصیات شیمیایی خاک تحت تاثیر زمان‌های مختلف به خاک‌دهی گیاهان کود سبز نشان داد، اثرمتقابل زمان به خاک‌دهی و گیاهان کود سبز بر روی نیتروژن، هدایت الکتریکی و اسیدیته در سطح احتمال یک درصد و در مورد ماده آلی در سطح احتمال پنج درصد معنی‌دار است ( جدول2).

     برهمکنش زمان به خاک‌دهی و گیاهان کود سبز در خصوص تاثیر گیاهان کود سبز بر ماده آلی خاک نشان داد که بیشترین میزان ماده آلی خاک مربوط به کود سبز ماش با 40 روز رشدی بدست آمد (شکل1). در کود‌های سبز با 40 روز رشدی به سبب طول مدت تجزیه بیشتر نسبت به کود‌های سبز با 50 و 60 روز رشدی (فاصله زمانی برگردان کود‌های سبز به خاک تا زمان نمونه برداری از خاک در کود‌های سبز 50،40 و 60 روزه به ترتیب 31،41و 21 روز بوده است)، در نتیجه فرصت کافی را برای تجزیه بیشتر در اختیار داشتند و ماده آلی بیشتری را نیز به خاک اضافه کردند. همچنین در کود‌های سبز خانواده بقولات به سبب پایین بودن نسبتC/N در نتیجه تجزیه با سرعت بیشتری اتفاق افتاده و ماده آلی بیشتری به خاک اضافه گردید. در مطالعه‌ای که توسط صلاحین و همکاران (2013) انجام گرفت مشاهده شد که بیشترین میزان مواد آلی خاک در سسبانیا، ماش و میموزا بدست آمد. براساس گزارش لیوت و همکاران (2006) برگشت گیاهان کود سبز موجب افزایش ماده آلی خاک شد. حبابی و همکاران (2013)گزارش دادند گیاهان کود سبز تاثیر معنی‌داری بر افزایش کربن آلی داشتند. در مطالعه‌ی آن‌ها بیشترین میزان کربن آلی بدست آمده در نخود سبز و کمترین مقدار در تیمار شاهد مشاهده شد. در واقع یک ارتباط نزدیک بین کربن آلی خاک و بقایای منتقل شده به خاک وجود داشت (‌راسمون و همکاران،1980). براساس گزارش تجادا و همکاران(2008) گیاهان کود سبز موجب بهبود خصوصیات بیولوژیک خاک و افزایش میزان ماده آلی خاک شدند. از سویی دیگر کوح و جولن (2002) گزارش دادند که محتوای ماده آلی خاک بیشتر به میزان کیفیت بقایای برگردانده شده به خاک وابسته است.

     برهمکنش زمان به خاک‌دهی و گیاهان کود سبز و تاثیر بر هدایت الکتریکی خاک نشان داد، در همه‌ی تیمار‌های تحت کشت کود سبز هدایت الکتریکی نسبت به تیمار شاهد افزایش داشت (شکل2). کود‌های سبز پتانسیل بالایی در تولید زیست توده دارند و زمانی که آن‌ها به خاک برگردانده می‌شوند موجب افزایش ماده آلی خاک می‌شوند. در نتیجه پوسیده شدن بقایا و مواد آلی در خاک موجب آزاد شدن یون‌ها در خاک شده و باعث افزایش هدایت الکتریکی در خاک می‌شوند. حبابی و همکاران (2013) در مطالعه‌ای تاثیر گیاهان کود سبز بر برخی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک گزارش دادند که کاربرد گیاهان کود سبز تاثیر معنی‌داری بر هدایت الکتریکی خاک داشت، آن‌ها مشاهده کردند که تیمار‌های مربوط به گیاهان کود سبز موجب افزایش هدایت الکتریکی خاک نسبت به تیمار شاهد( عدم استفاده از کود سبز) شدند.

     برهمکنش زمان به خاک‌دهی و گیاهان کود سبز و تاثیر بر اسیدیته خاک نشان داد، بیشترین میزان اسیدیته خاک در تیمار آیش و کمترین آن در تیمار کود سبز سورگوم با 60 روز رشد و سپس برگردان به خاک می‌باشد(شکل3). به طور کلی در تمام تیمار‌های مربوط به گیاهان کود سبز، اسیدیته خاک نسبت به تیمار شاهد دچار کاهش شده بود. این کاهش pH خاک احتمالاً به علت تولید CO2 و همچنین تولید اسید‌های آلی که در نتیجه فرآیند تجزیه بقایای کود سبز بر‌گردان شده به خاک تولید شدند،ارتباط دارد. در این رابطه اسورپ و همکاران (1991) نشان دادند که برگردان محصولات کود سبز موجب کاهش pH خاک گردید. همچنین در مطالعه‌ای که توسط صلاحین و همکاران(2013) انجام گرفت مشاهده شد که در نتیجه بر‌گردان محصولات کود سبز به خاک موجب کاهش pH خاک نسبت به تیمار آیش ( عدم استفاده از کود سبز) شد.

      نتایج تجزیه واریانس خصوصیات مربوط به نیتروژن نشان داد، تاثیر زمان به خاک‌دهی وگیاهان کود سبز بر محتوای نیتروژن در سطح احتمال یک درصد معنی‌دار بود (جدول2). نتایج نشان داد که از بین گیاهان کود سبز بیشترین میزان نیتروژن خاک مربوط به کود سبز ماش بوده است. نتایج مقایسه میانگین‌ها نیز نشان داد که بیشترین میزان محتوای نیتروژن خاک در تیمار مربوط به ماش با 085/0 درصد و در مرتبه بعدی در تیمار کود سبز مخلوط (جو و ماش) با 078/0 درصد که نسبت به تیمار شاهد دارای اختلاف معنی‌داری بود بدست آمد (جدول3). در واقع گیاهان کود سبز بقولات به سبب توانایی تثبیت نیتروژن هوا به وسیله میکرو ارگانیسم‌های همزیست با ریشه این گیاهان نیتروژن بیشتری را به خاک بر می‌گردانند. در سیستم های کشاورزی معمولاً از گیاهان لگوم به عنوان منبعی برای تامین نیتروژن برای محصول بعدی در تناوب استفاده می‌کنند (گلسنر و همکاران،2002). نتایج تحقیقی نشان داد که استفاده از نخود معمولی و شبدر قرمز به عنوان کود سبز باعث افزایش جذب نیتروژن توسط گیاه بعدی در تناوب می‌شود ( سون و همکاران،2001). همچنین کود سبز بقولات به علت اینکه نسبت C/N آن ها پایین تر است با سرعت بیشتری تجزیه شده و عناصر غذایی را برای محصول بعدی زودتر از محصولات کود سبز با ترکیبات لیگنینی بالا و نسبت C/N بیشتر، آزاد می‌کنند (دایگامی و ترن،2001). اثر متقابل زمان به خاک‌دهی و گیاهان مختلف کود سبز بر محتوای نیتروژن خاک نیز نشان داد که بیشترین میزان محتوای نیتروژن خاک مربوط به کود سبز ماش با 40 روز رشد و سپس برگردان به خاک بدست آمد (شکل4). علت این امر احتمالا به علت بیشتر بودن دوره زمانی برگردان به خاک تا زمان نمونه برداری از خاک بوده است. فاصله زمانی بر گردان کودهای سبز به خاک تا زمان نمونه برداری از خاک در کود‌های سبز 40 ،50 و 60 روزه به ترتیب 41، 31 و 21 روز بوده است. بنابراین کود سبز مربوط به 40 روز رشدی به خاطر مدت زمان تجزیه بیشتر فرصت کافی در اختیار داشته و بیشتر تجزیه شده است. همچنین به علت اینکه گیاه ماش از خانواده لگوم‌ها می‌باشد، بنابراین توانایی تثبت بیولوژیکی نیتروژن هوا به وسیله باکتری های همزیست با ریشه گیاه را در اختیار داشته و در نتیجه سبب افزایش میزان نیتروژن خاک شده است.

ج- رشد اولیه گیاهچه‌های گندم

     براساس نتایج آزمایش مشخص شد که تحت شرایط به کاربردن کود سبز با 40 روز رشد شاخص سطح برگ گیاهچه‌های گندم نسبت به تیمار شاهد در هر سه زمان نمونه برداری بیشتر بوده است (شکل5). اما در شرایط به کار بردن کود سبز با 50 روز رشد، کمترین میزان شاخص سطح برگ در 44 روز پس از کاشت در گیاهچه‌های گندم کشت شده بعد از کود سبز‌های سورگوم بدست آمد (شکل6). در تیمار‌های مربوط به کود‌های سبز با 60 روز رشد در گیاهچه‌های گندم در 20 روز پس از کاشت بیشترین میزان شاخص سطح برگ مربوط به تیمار آیش بدست آمد (شکل7) که احتمالا به خاطر طول مدت تجزیه کمتر برای بقایای کود سبز نسبت به تیمار‌های با کود سبز‌های 40 و 50 روزه بوده است. به نظر می‌رسد که هر چه طول مدت تجزیه بقایای گیاهی کمتر باشد آزادسازی مواد معدنی و عناصر غذایی مورد نیاز گیاه کمتر باشد. بیشترین شاخص سطح برگ گیاهچه‌های گندم در کرت‌های مربوط به کود سبز ماش با 40 روز رشد بدست آمد(شکل5). که احتمالاً با محتوای نیتروژن خاک همبستگی مثبتی نشان داده است، چرا که بیشترین میزان نیتروژن خاک در شرایط کود سبز ماش با 40 روز رشد بدست آمد. با توجه به این نتایج شاخص سطح برگ رابطه نزدیکی به میزان تجزیه بقایا دارد و هرچه طول مدت تجزیه بیشتر باشد شاخص سطح برگ بیشتر خواهد بود. در خصوص وزن خشک تحت کود سبز‌های با 40 روز رشدی و سپس برگردان به خاک در همه ی تیمار‌های مربوط به گیاهان کود سبز، وزن خشک نسبت به تیمار شاهد بیشتر بدست آمد. البته در 20 روز پس از سبز شدن تفاوت محسوسی بین تیمار‌ها مشاهده نشد و بیشترین تفاوت مربوط به 32 و 44 روز پس از سبز شدن مشاهده شد (شکل8) در کود سبز‌های با 50 روز رشدی مشاهده شد که در همه‌ی تیمار‌ها بجز تیمار تحت کود سبز سورگوم، مقدار وزن خشک نسبت به شاهد بیشتر بود (شکل9). علت کمتر بودن وزن خشک در تیمار های کود سبز سورگوم نسبت به شاهد به علت طول مدت تجزیه کمتر برای بقایای سورگوم بود و در نتیجه تجزیه بقایا به اندازه کافی صورت نگرفت. در کود‌های سبز با 60 روز رشدی نیز کمترین وزن خشک مربوط به سورگوم و جو بدست آمد (شکل10). در واقع گیاهان کود سبز بقولات با نسبت پایین C/N با سرعت بیشتری تجزیه شده و عناصر غذایی را برای محصول بعدی زودتر از کود‌های سبز با ترکیبات لیگنین بالا و نسبت C/N بیشتر، آزاد می‌کنند ( دایگامی و ترن، 2001).  براساس نتایج گرامی و همکاران(1392) وزن خشک گیاهچه‌های گندم پس از کود سبز ماش و لوبیای چشم بلبلی به طور معنی‌داری بیشتر از سایر تیمار‌ها بود. به لحاظ شاخص سطح برگ نیز عمده ترین تفاوت ناشی از قرار گرفتن گیاهچه‌های گندم پس از کود سبز لوبیای چشم بلبلی بدست آمد که دارای بیشترین میزان شاخص سطح برگ بود. به کار بردن کود سبز در تلفیق با سطوح کود نیتروژن باعث افزایش وزن خشک شد. گیاهان کود سبز از راه تامین نیتروژن خاک به واسطه میکرو ارگانیسم‌های همزیست با ریشه نقش مهم و ویژه‌ای در افزایش وزن خشک و شاخص سطح برگ گیاهچه‌های گندم دارند. با توجه این که نیتروژن باعث افزایش تعداد، حجم و سطح سلولی گردیده و سطح برگ و کارایی جذب تابش نور توسط گیاه را بیشتر می‌کند (ماربت، 2000).