اثر تلقیح کودهای زیستی نیتروژنی و فسفاتی بر ذرت در حضور گونه‌های بومی خاک

مقدمه

امروزه جنبه‌های کاربردی  بیولوژی و بیوتکنولوژی خاک با هدف استفاده از پتانسیل ریزجانداران مفید خاکزی به منظور تولید حداکثر محصول، علاوه بر تاکید بر بهبود کیفیت خاک و رعایت بهداشت و ایمنی محیط زیست، مورد توجه قرار گرفته است. در سال‌های اخیر کودهای زیستی به عنوان جایگزینی برای کودهای شیمیایی، به منظور افزایش حاصلخیزی خاک در تولید محصولات در کشاورزی پایدار مطرح شده­اند (وئو و همکاران 2005). رایج­ترین نوع کودهای زیستی مورد استفاده در حال حاضر شامل دو گروه باکتری‌های تثبیت‌کننده نیتروژن و کودهای حاوی ریزجانداران حل­کننده فسفات می­باشد (هوسن و همکاران 2007). باکتری‌های محرک رشد گیاه از جمله Azospirillum، Azotobacter و Pseudomonas که از مهمترین ریزوباکتری‌های PGPR[1]‌‌‌‌ هستند، رایج­ترین جنس­های باکتریایی استفاده شده در تولید کودهای زیستی می­باشند (هوسن و همکاران 2007 و وسی 2003). حضور باکتری‌های محرک رشد در ریزوسفر گیاه از نظر تأمین عناصر ضروری گیاه به خصوص نیتروژن و فسفر اهمیت زیادی دارد. نیتروژن به دلیل شرکت در ساختمان پروتئین­ها، اسیدهای نوکلئیک، آمینو اسیدها، کوآنزیم­ها، فلاووپروتئین­ها و کلروفیل، مهمترین عنصر ضروری برای رشد گیاه است (بی­نام 2006). نیاز فراوان گیاهان به این عنصر، بالا بودن مقدار آن را در خاک ایجاب می­کند تا نیاز گیاه تأمین شود.

تحقیقات گوناگون حاکی از تأثیر مثبت کودهای زیستی بر رشد و عملکرد گیاهان زراعی از جمله ذرت است. نتایج مطالعه شاهرونا و همکاران (2006) نشان داد که استفاده از باکتری‌های جنس Pseudomonas سبب افزایش 5/22 درصدی وزن خشک ذرت در شرایط گلخانه­ای شد. همین پژوهشگران گزارش کردند در شرایط مزرعه­ای کاربرد تلفیقی باکتری‌های مذکور همراه با کود شیمیایی نیتروژن تأثیر این باکتری­ها را به طور قابل توجهی افزایش داد و تولید ماده خشک را نسبت به شاهد 58 درصد افزایش داد.

همچنین گزارش شده است که باکتری‌های حل­کننده فسفات تأثیر معنی­داری در افزایش عملکرد غده سیب­زمینی داشته است (اسماعیلی و همکاران 2009). هوفلیچ و همکاران (1994) در آزمایشات مزرعه­ای افزایش معنی­دار غلظت فسفر و نیتروژن ساقه ذرت، وزن خشک ساقه و همچنین افزایش 7-8 درصدی عملکرد دانه ذرت، گندم بهاره و جوی بهاره را در تلقیح با باکتریRhizobium leguminosarum bv. Trifolii گزارش کرده­اند.

در سال‌های اخیر استفاده از کودهای زیستی با اقبال بیشتری روبرو بوده و جایگاه خود را در کشاورزی پایدار پیدا کرده‌است. در حال حاضر کودهای زیستی نیتروژنی و فسفاتی در بخش کشاورزی دارای بیشترین موارد استفاده می­باشند. از جمله کودهای زیستی نیتروژنی مورد استفاده در کشور می­توان به کودهای زیستی نیتروکسین و سوپرنیتروپلاس اشاره کرد و از کودهای زیستی فسفاتی نیز می­توان کود زیستی بارور2 و بیوسوپرفسفات را نام برد (انصاری و ساریخانی 1392).

استفاده از این نوع کودها نیازمند داشتن کارایی و کیفیت بالای محصولات زیستی تولید شده توسط شرکت­ها و کارخانجات سازنده می­باشد. بر این اساس کنترل کیفی این نوع کودها امری ضروری به نظر می­رسد که در این راستا آزمایش‌های گلدانی که همراه با تلقیح این نوع کودها ست، جزئی از موارد کنترل کیفی کودهای مذکور می­باشد (دیکر و همکاران 2011). اغلب آزمایش‌های گلخانه‌ای در شرایط بستر استریل به انجام می‌رسد که در این حالت از رقابت گونه‌های بومی خاک صرفنظر می‌شود. بر این اساس هدف این پژوهش، مطالعه اثرات تلقیح کودهای زیستی نیتروکسین، سوپرنیتروپلاس، بیوسوپرفسفات و بارور2 بر پارامترهای فیزیولوژیک و همچنین غلظت و مقدار عناصر غذاییN ، P، K و Fe گیاه ذرت رقم سینگل کراس 704 در شرایط گلخانه‌ای در حضور سویه‌های بومی خاک (خاک غیراستریل) می­باشد.

مواد و روش‌ها

به منظور بررسی اثر کودهای زیستی بر رشد، عملکرد و سایر صفات از قبیل وضعیت عناصر غذایی نیتروژن، فسفر، پتاسیم و آهن در گیاه ذرت، آزمایشی به صورت گلدانی، با پنج تیمار  شامل شاهد بدون تلقیح میکروبی، کودهای زیستی نیتروژنی شامل نیتروکسین و سوپرنیتروپلاس و کودهای زیستی فسفاتی شامل کودهای بارور2 و بیوسوپرفسفات در 4 تکرار  در قالب طرح کاملاً تصادفی انجام شد. قابل ذکر است که کودهای زیستی نیتروکسین، سوپرنیتروپلاس و بیوسوپرفسفات به صورت مایع بوده و از شرکت فناوری زیستی مهر آسیا تهیه شدند و بر اساس توصیه شرکت سازنده یک لیتر از آن برای یک هکتار زمین زراعی قابل استفاده است. بر اساس وزن خاک مورد استفاده در هر گلدان و تعداد بذرهای کشت شده، از هر کود به میزان 10 میلی‌لیتر برای تلقیح بذور در هر گلدان استفاده شد. کود زیستی بارور2 که به صورت جامد می‌باشد از شرکت زیست فناور سبز تهیه شد و هر بسته 100 گرمی آن برای یک هکتار توصیه می‌شود، برای یکنواختی آزمایش با فرض چگالی 1 گرم بر سانتی­متر مکعب، ابتدا رقت ^1-10 از این کود تهیه شد و به میزان 10 میلی‌لیتر برای هر گلدان استفاده شد. جهت تعمیم نتایج به شرایط واقعی، آزمایش در شرایط خاک غیراستریل و با استفاده از بذر ضدعفونی نشده انجام پذیرفت. لازم به ذکر است که قبل از استفاده کودهای زیستی، شمارش جمعیت میکروبی آنها بعد از تهیه سری‌های رقت در محیط کشت LB انجام گرفت و کودهای زیستی بارور2، سوپرنیتروپلاس، نیتروکسین و بیوسوپرفسفات به‌ترتیب دارای جمعیت میکروبی 10⁸×9/2، 10⁸×3/1، 10⁷×2/3 و 10⁶×2/7 کلنی در هر میلی­لیتر کود بودند.

مشخصات خاک در جدول ­1­ آورده شده است. بعد از آماده­سازی بستر کشت گیاه، که از خاکهای منطقه برای آزمایش استفاده شد و پس از انجام تجزیه خاک، آزمایش گلدانی با استفاده از گلدان­هایی با ظرفیت 2 کیلوگرم خاک در گلخانه دانشکده کشاورزی دانشگاه تبریز در تابستان سال 1390  به اجرا درآمد. کاشت بذرها و تلقیح سوسپانسیون میکروبی مربوط به هر کود زیستی بر اساس توصیه شرکت­های سازنده انجام گرفت. قابل ذکر است که در مورد تیمار شاهد، به همان میزان از محیط استریل شده استفاده شد. پس از جوانه­زنی بذرهای ذرت (رقم سینگل­کراس 704) تعداد 4 بوته هم‌اندازه و یکسان از گیاه در گلدان حفظ و بقیه حذف شدند. آبیاری گلدان­ها با آب مقطر تا حد رطوبت  FC8/0 از طریق توزین انجام شد و در پایان دوره رشد گیاه (بعد از گذشت 4 ماه) پارامترهایی چون وزن تر و خشک ریشه و بخش هوایی، وزن تر و خشک کل گیاه و شاخص کلروفیل برگ اندازه‌گیری شد و نیز غلظت فسفر و پتاسیم در ریشه و بخش هوایی، غلظت نیتروژن بخش هوایی، غلظت آهن و مقدار جذب هر یک از این عناصر توسط گیاه ذرت تعیین شد.

برای اندازه­گیری شاخص کلروفیل، برگ‌های جوان شاداب از هر گیاه انتخاب و میزان کلروفیل آن با دستگاه کلروفیل‌متر (مدل Hansatech CL-01، ساخت انگلستان) در دو طول موج 620 و 640 نانومتر اندازه­گیری شد. برای این مورد از کاتالوگ راهنمای شرکت سازنده بهره برده شد. در نهایت با میانگین گرفتن از داده­های دستگاه کلروفیل‌متر شاخص کلروفیل برای هر گلدان مشخص شد. برای اندازه­گیری غلظت فسفر، پتاسیم و آهن بافت­های گیاهی با توزین یک گرم از ماده خشک از روش هضم با اسیدنیتریک غلیظ 65% استفاده شد (والینگ و همکاران 1989 و راوول 1994). برای تعیین غلظت فسفر پس از رقیق ساختن عصاره اصلی از روش اولسن و سامرز (1982) استفاده شد و در نهایت درصد فسفر بافت­های گیاهی در طول موج 470 نانومتر با دستگاه اسپکتروفتومتر (مدل PD-303، ساخت شرکت اپل ژاپن) تعیین شد. برای تعیین پتاسیم بافت­های گیاهی پس از انجام عمل رقیق‌سازی برای نمونه­های هضم شده، غلظت این عنصر با استفاده از دستگاه فلیم­فتومتر مدل 410، ساخت شرکت  Corning انگلستان قرائت شد (جونز 2001). غلظت عنصر آهن نیز با استفاده از دستگاه جذب اتمی مدل AA-6300، ساخت شرکت ژاپن در عصاره اصلی تعین شد (والینگ و همکاران 1989). غلظت نیتروژن کل گیاه با دستگاه کجلدال بر اساس هضم 5/0 گرم ماده­ی خشک گیاهی صورت گرفت (والینگ و همکاران 1989) و در نهایت تأثیر تیمارهای اعمال شده مورد تجزیه و تحلیل آماری قرار گرفت. تجزیه و تحلیل داده­ها توسط نرم افزارهای MSTATC و Excel انجام گرفت. مقایسه میانگین‌ها با آزمون دانکن در سطح احتمال 1% و 5% انجام شد.

جدول 1- برخی از مشخصات فیزیکی وشیمیایی خاک مورد استفاده در آزمایش

نتایج و بحث

با توجه به نتایج به دست آمده در این آزمایش (جدول 2)، کاربرد کودهای زیستی در گیاه ذرت رقم سینگل­کراس 704، بر  شاخص کلروفیل برگ، درصد نیتروژن و پتاسیم بخش هوایی، مقدار جذب نیتروژن و پتاسیم بخش هوایی و همچنین غلظت آهن ریشه معنی­دار شد.

شاخص کلروفیل

شاخص کلروفیل گیاه ذرت تحت تأثیر تلقیح کودهای زیستی در سطح احتمال 5% معنی­دار بود. مطابق شکل 1 شاخص کلروفیل برای تیمار بارور2 و بیوسوپرفسفات هر دو با میانگین 9/4 بالاترین مقدار بود که از لحاظ آماری، درصد تأثیر­گذاری آنها بر شاخص کلروفیل در یک سطح بود. علاوه بر این کود سوپرنیتروپلاس با میانگین 2/4 بعد از این دو کود قرار گرفت ولی از لحاظ آماری با شاخص کلروفیل در تیمار شاهد هیچ تفاوت و اختلاف معنی­داری نداشت.

اگرچه انتظار بر این بود که کود نیتروکسین و سوپرنیتروپلاس تأثیر معنی­دار بر شاخص کلروفیل برگ داشته باشد اما به دلیل شرایط حاکم بر این آزمایش که خاک غیراستریل برای آن استفاده شد (حضور قارچ‌های همزیست و سویه‌های بومی که احتمال بروز اثر متقابل بین میکروارگانیسم­های خاک و جنس­های باکتریایی در کود زیستی را افزایش می‌دهد)، دامنه تأثیر­گذاری کودهای زیستی فوق کاهش پیدا کرده است. قابل ذکر است که بر اساس ادعای شرکت سازنده از باکتری‌های جنس ازتوباکتر و آزوسپیریلوم که از تثبیت‌کنندگان نیتروژن می‌باشند در کود نیتروکسین و سوپرنیتروپلاس استفاده شده است و انتظار بر آن است که در تأمین و فراهمی نیتروژن برای گیاه میزبان موثر واقع شوند و به دنبال آن شاخص کلروفیل بهبود پیدا کند.

غلظت و مقدار نیتروژن بخش هوایی

غلظت نیتروژن بخش هوایی در گیاه ذرت تحت تأثیر تلقیح کودهای زیستی در سطح احتمال 5% اختلاف معنی‌دار نشان داد. مطابق شکل 2، درصد نیتروژن برای تیمار بیوسوپرفسفات و بارور2 به‌ترتیب با مقادیر 91/0% و 81/0% بیشترین مقدار بود که نسبت به تیمار شاهد افزایش 2/121 و 56/97 درصدی در مقدار نیتروژن داشتند. کود سوپرنیتروپلاس با افزایش 17/73 درصدی نیتروژن بافت گیاهی، نسبت به شاهد در رده سوم قرار گرفت. مقدار جذب نیتروژن بخش هوایی گیاه ذرت تحت تأثیر تلقیح کودهای زیستی نیتروژنی و فسفاتی در سطح احتمال 1% معنی­دار بود (جدول 2). مقدار جذب نیتروژن برای تیمار بیوسوپرفسفات بیشترین مقدار ( mg/pot59/69) بود  و بعد از آن تیمار بارور2 و سوپرنیتروپلاس به‌ترتیب با مقادیر mg/pot 35/61 و 51/45 در رتبه‌های بعدی قرار گرفتند (شکل 3). سه تیمار مذکور منجر به افزایش مقدار جذب نیتروژن به‌ترتیب با درصدهای 3/166%، 7/134% و 1/74% نسبت به شاهد شدند.

آن‌گونه که در شکل‌های 2 و 3 ملاحظه می‌شود روند مشابه افزایش درصد و مقدار نیتروژن بخش هوایی گیاه با کاربرد کودهای زیستی در مقایسه با شاهد دیده می‌شود، اما این افزایش در کودهای زیستی بیوسوپرفسفات و بارور2 بیشتر است. بیاری و همکاران (1383) گزارش کردند که تلقیح ذرت با باکتری‌های محرک رشد (ازتوباکتر و آزوسپیریلوم) سبب افزایش معنی­دار مقدار نیتروژن و فسفر در مقایسه با شاهد شد. آنان بیان داشتند که نتایج به دست آمده می­تواند ناشی از اثر کاربرد باکتری‌های تثبیت‌کننده نیتروژن باشد که با تولید مقادیر مناسب مواد تنظیم­کننده رشد گیاه مانند اکسین، جیبرلین و سیتوکینین ظرفیت ریشه­زایی گیاه و جذب مواد غذایی از خاک را بهبود بخشیده و در نتیجه میزان نیتروژن و فسفر را افزایش داده است.

به نظر می­رسد کود زیستی بارور2 و بیوسوپرفسفات با دارا بودن باکتری‌های محرک رشد گیاه از جنس­های Pseudomonas و Bacillus­ از طریق سازوکارهای مختلفی از جمله تولید هورمون­های گیاهی، انحلال فسفات و دیگر اثرات مثبت به توسعه و رشد بهتر گیاه و جذب نیتروژن کمک می‌کند (عبدالجلیل و همکاران 2007). به صورتی که انصاری و ساریخانی (1392) در بررسی ویژگی‌های PGPRای این کودها در شرایط آزمایشگاهی مقادیر حل‌کنندگی فسفات از منبع تری‌کلسیم فسفات را برای دو کود بیوسوپرفسفات و بارور2 به‌ترتیب  3/408 و 3/367 میلی­گرم بر ­لیتر گزارش نمودند، همچنین کود بارور2 از نظر تولید اکسین دارای بیشترین مقدار اکسین تولیدی در حضور و عدم حضور تریپتوفان (به‌ترتیب با مقادیر 6/230 و 9/201 میلی­گرم در لیتر) بود. این ویژگی‌ها باعث می‌شود تا کود زیستی نقش بیشتری در توسعه بخش­های هوایی به واسطه افزایش انشعابات ریشه و متعاقب آن افزایش جذب و انتقال عناصر غذایی داشته باشد.

غلظت و مقدار پتاسیم بخش هوایی

غلظت و مقدار پتاسیم موجود در بخش هوایی گیاه ذرت تحت تأثیر تلقیح کودهای زیستی در سطح احتمال 1% معنی­دار بود (جدول 2). مطابق شکل 4 تیمار کود سوپرنیتروپلاس و بیوسوپرفسفات به‌ترتیب با میانگین درصد پتاسیم برابر با 26/4 و 46/3، بیشترین میزان پتاسیم را داشتند و موجب افزایش درصد پتاسیم گیاه ذرت به‌ترتیب به میزان 06/99% و 82/61% نسبت به شاهد شدند. تیمار کود نیتروکسین با میانگین 73/1 درصد برای پتاسیم کمترین مقدار را دارا بود. مقدار جذب پتاسیم نیز مطابق شکل 5 ابتدا در تیمار کودی سوپرنیتروپلاس و سپس بیوسوپرفسفات بیشترین مقدار شد که مقدار جذب هر کدام از این تیمارها نسبت به شاهد 87/105% و 95% افزایش نشان داد. روند تغییرات جذب و مقدار پتاسیم در بخش هوایی گیاه ذرت مشابه هم است و مقدار جذب پتاسیم تیمار کودی بارور2 نیز اگرچه از لحاظ آماری با تیمار شاهد هیچ تفاوتی نداشت اما نسبت به شاهد افزایش جذب نشان داد.

هان و همکاران (2006) بیان کردند که استفاده از مایه تلقیح حاوی سویه­های رهاکننده پتاسیم (Bacillus mucilaginosus) در خاک­های با عدم وجود فسفر و پتاسیم کافی، فراهمی پتاسیم قابل دسترس را برای سبزی‌ها فلفل و خیار به طور معنی­داری افزایش داد (به میزان 31% نسبت به شاهد).

انصاری و ساریخانی (1392) در بررسی قدرت رهاکنندگی پتاسیم از کانی­های مسکوویت و بیوتیت در شرایط درون شیشه­ای، عنوان داشتند که هر چهار کود زیستی مورد استفاده در این تحقیق فاقد اثر معنی­دار بر رهاسازی پتاسیم بودند. این در حالی است که وقتی سویه P13 بکاربرده شده در کود زیستی بارور2 به تنهایی مورد ارزیابی قرار گرفت قادر به آزادسازی پتاسیم به مقدار mg/g 5/6 بود و در مقایسه با شاهد باعث افزایش 24/27% شد، اما سویه P5 با نمونه شاهد تفاوتی را نشان نداد (ساریخانی و همکاران 2013).

به نظر می‌رسد نوع پاسخ دریافتی از تلقیح میکروبی متأثر از شرایط انجام آزمایش است و استفاده از بارور2 و نیتروکسین در تأمین پتاسیم گیاه موثر واقع نشده‌اند.