تاثیر نوع شخم و مدیریت بقایای گیاهی بر برخی خواص فیزیکی خاک در راستای نیل به کشاورزی پایدار

مقدمه

در خاکهای زراعی، سالیانه مقادیر قابل ملاحظه­ای از مواد غذایی خاک بصورت محصول و مواد آلی از زمین خارج می گردد. با خروج این حجم عظیم از مواد گیاهی منابع تأمین انرژی و مواد غذایی به ویژه مواد آلی در خاک به تدریج دچار نقصان می شود. اکثر زارعین نیز، کاه و کلش غلات را همراه با دانه برداشت و به فروش می رسانند و یا کلش باقیمانده را به منظور آماده ساختن زمین برای کشت بعدی و یا به بهانه مبارزه با آفات و بیماریها می سوزانند. به این ترتیب از برگشت مقدار متنابهی مواد آلی به خاک ممانعت به عمل آورده و باعث کاهش حاصلخیزی خاک می گردند.  غالباً نقصان مواد غذایی خاک  از طریق مصرف کودهای شیمیایی جبران می شود. اما مصرف مداوم کودهای شیمیایی نه تنها به تنهایی قادر به برطرف نمودن مشکلات اساسی موجود در خاکها نیست بلکه ممکن  است مشکلات زیست محیطی را نیز به دنبال داشته باشد. در حالی که حفظ بقایای گیاهی در مزارع از اهمیت وی‍‍‍‍‍ژه ای برخوردار است. در این مورد اسدی و همت(1381) گزارش دادند که حفظ بقایای گیاهی در مناطق خشک با توجه به فقیر بودن خاک این مناطق از مواد آلی و همچنین امکان حفظ بیشتر رطوبت در خاک از اهمیت بالایی برخوردار است . حیدری و جعفری (1381)  نیز نتیجه گرفتند که خرد کردن و مخلوط کردن بقایای گیاهی با خاک در حاصلخیزی، افزایش ماده آلی و بهبود ساختمان خاک موثر خواهد بود. لیستروم وهمکاران (2001) دریافتند که به منظور تولید پایدار، بقایای گیاهی باید به مقدار 58 درصد در سطح خاک باقی بمانند. بر همین اساس، در سیستم های کم خاک­ورزی مقداری از بقایای محصول قبلی را در روی سطح خاک نگه می دارند در نتیجه فرسایش خاک کاهش یافته، مواد آلی خاک افزایش و نیاز به کارگر و سوخت کاهش می یابد. بنابراین، بکارگیری روشهای صحیح مدیریت شخم و بقایای گیاهی می تواند گام موثری در حفظ خصوصیات فیزیکی و تامین مواد غذایی خاک و در نهایت نیل به کشاورزی پایدار باشد.

خاک­ورزی بر بخش مهمی از خصوصیات خاک از قبیل دما ، ذخیره و پراکنش رطوبت در خاک (لمپورلنس و همکاران2001) و نیز تراکم خاک (لپن و همکاران 2004) اثر می گذارد. بنابر این با انتخاب و اجرای صحیح یک سیستم خاک­ورزی می توان بستر بذر مناسبی را جهت رشد گیاه و درنهایت به دست آوردن عملکرد مطلوب فراهم نمود (برزگر و همکاران 2004). سیستم­های  خاک­ورزی مرسوم ازطریق شکستن لایه­های نفوذ ناپذیر خاک، پاک کردن سطح خاک از بقایای گیاهی و قطع چرخه زندگی علف های هرز، حشرات و بیماری­ها  بستری  مصنوعی مناسبی برای رشد گیاه آماده می کند (کاتس وایرو و همکاران2002) اما این سیستم­ها نه تنها به انرژی زیادی نیازدارند بلکه در دراز مدت خصوصیات فیزیکی خاک را تخریب و آن را دچار فرسایش می­کنند (فرای و همکاران 2003 هلم 2005). در حالی که نفوذپذیری آب در خاک درسیستم­های کم خاک­ورزی به علت افزایش مواد آلی و فعالیت کرم های خاکی نسبت به سیستم خاک­ورزی متداول افزایش می یابد (برزگر و همکاران 2004). همچنین استفاده از سیستم های کم خاک­ورزی و بی خاک ورزی باعث کاهش هزینه های ناشی از مصرف انرژی ،کاهش فرسایش و تخریب خاک می­شود (کاتس وایرو2002؛ برزگر و همکاران 2004).

نظر به اهمیت حفظ منابع تولید بویژه خاک در طول مراحل تولید محصول، پژوهش حاضر با هدف بررسی اثر نوع خاک­ورزی بر برخی خصوصیات فیزیکی خاک در منطقه خوزستان  اجرا گردید.

مواد و روش ها

آزمایش در سال زراعی 88-1387 در مزرعه­ای واقع در شمال شهرستان شوش دانیال با عرض جغرافیایی 32 درجه و 12 دقیقه و طول جغرافیایی 48 درجه و 15 دقیقه  و ارتفاع 75 متر از سطح دریا انجام شد. متوسط بارندگی سالانه 251 میلی متر و اقلیم منطقه گرم و خشک با متوسط دمای سالانه 31 درجه سانتی گراد است. بافت خاک مزرعه محل آزمایش لوم و pH  آن 56/7 و هدایت الکتریکی آن  dS.m^-1 57/1  می­باشد.

در این آزمایش اثر پنج تیمار مختلف مدیریت بقایای گیاهی شامل گاوآهن برگرداندار+ دوبار دیسک زدن + آتش زدن بقایا (T₁)، گاوآهن برگرداندار + دوبار دیسک زدن + حفظ بقایا در سطح زمین (T₂)، چیزل + دوبار دیسک زدن + حفظ بقایا (T₃)،  دوبار دیسک زدن + حفظ بقایا (T₄) و بی خاک­ورزی و حفظ بقایا بر روی سطح زمین (T₅) بر میزان نفوذپذیری آب در خاک، وزن مخصوص ظاهری خاک، درصد مواد آلی خاک، میزان حفظ آب در خاک ومیزان نگهداشت بقایا در سطح خاک مورد ارزیابی قرار گرفت. آزمایش در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی در سه تکرار انجام شد. ابعاد کرت ها 100× 50 متر در نظر گرفته شد. مشخصات فنی ادوات مورد استفاده در آزمایش در جدول یک درج شده است.

جدول1- مشخصات فنی ادوات مورد استفاده در آزمایش

برای اندازه گیری میزان نفوذ آب در خاک از روش استوانه مضاعف (دبل رینگ) استفاده شد که شامل دو سیلندر فلزی  با دیواره نازک است. این دوسیلندر به طور مجتمع در عمق پنج تا10 سانتیمتر قرار می گیرند. در این تحقیق سرعت جریان آب در واحد زمان از سیلندر داخلی  محاسبه و از طریق فلاسک ماریوت ارتفاع آب در استوانه خارجی ثابت نگه داشته شد. فرض بر این است که در این نواحی خاک اشباع و پتانسیل ماتریک برابر صفر شود. در این حالت شیب هیدرولیکی برابر یک و سرعت نفوذپذیری برابر سرعت نهایی است که از تقسیم میزان کاهش ارتفاع آب در سیلندر داخلی بر زمان کاهش ارتفاع محاسبه می شود.

 جرم مخصوص ظاهری با استفاده از یک استوانه فلزی به ارتفاع پنج سانتی متر و قطر 5.5 سانتیمتر اندازه گیری شد. به طوری که از هرکرت 5 نقطه به طور تصادفی انتخاب و از هر نقطه دو نمونه در عمق های صفر تا15 سانتیمتر و 15 تا 30 سانتیمتر گرفته شد. نمونه­ها در آون به مدت 24 ساعت در دمای 105 درجه قرار گرفتند. سپس نمونه­ها توزین شده وبا تقسیم وزن نمونه توزین شده بر حجم کل سیلندر، وزن خصوص آن محاسبه گردید.   

برای بررسی اثر نوع مدیریت بقایای گیاهی بر میزان نگهداشت رطوبت در خاک، رطوبت حجمی خاک با استفاده از دستگاه رطوبت سنج در روز های مختلف بعد از آبیاری اندازه گیری شد .

درصد مواد آلی خاک نیز از روش تیتراسیون با سولفات فروآمونیاکال و با استفاده از رابطه زیر محاسبه شد:

C = (M-Vx) ×0.39×10/P

 x =10/M

در این رابطه، C مواد آلی خاک (درصد)، P وزن خاک نمونه (گرم)، V  مقدار سولفات فرو مصرفی
(­گرم)، x ضریب تصحیح سولفات فرو و M  مقدار سولفات فرو مصرف شده در نمونه شاهد (­گرم) می­باشد. تجزیه و تحلیل آماری با استفاده  از نرم افزار MSTATC  و  مقایسه میانگین ها با استفاده از آزمون چند دامنه­ای دانکن و در سطح احتمال  پنج درصد انجام شد.

نتایج و بحث

نتایج نشان داد که نوع سیستم خاکورزی بر وزن مخصوص ظاهری اثر معنی داری داشت (جدول 2). به طوری که وزن مخصوص ظاهری خاک در تیمار بدون خاکورزی و حفظ بقایا در سطح زمین (T₅) بیشتر از سایر تیمار ها بود (شکل 1). به طور کلی در سیستم های خاکورزی که گاوآهن برگرداندار استفاده شد، وزن مخصوص ظاهری به طور معنی­داری کمتر از سایر تیمارها بود (شکل 1). استفاده از گاواهن قلمی وزن مخصوص ظاهری خاک را در مقایسه با گاوآهن برگرداندار به میزان کمتری کاهش که علت آن کارآیی کمتر گاوآهن قلمی در افزایش حجم خاک و پوکی آن در مقایسه با سایر ادوات خاک­ورزی اولیه می باشد (به آیین و همکاران 1387). به طور کلی، استفاده از ادوات خاک­ورزی به کاهش وزن مخصوص ظاهری انجامید به طوری که با افزایش میزان برگرداندار شدن خاک وزن مخصوص ظاهری کاهش بیشتری داشت. رسولی شربیانی و عباسپور گیلانده (1387) نیز گزارش دادند اثر تیمارهای مختلف خاک­ورزی بر تخلخل خاک به تفاوت در وزن مخصوص ظاهری منجرشد. الیس و همکاران (به نقل از بیات و همکاران 1386) نیز اثر خاک­ورزی بر وزن مخصوص ظاهری را به صورت زیر گزارش دادند: وزن مخصوص ظاهری در بی خاک­ورزی بیشتر از خاک­ورزی با گاوآهن قلمی و در این دومی بیشتر از خاک­ورزی با گاوآهن برگرداندار است. کاسل وهمکاران (1995) نتیجه گرفتند که افزایش عمق خاک­ورزی با کاهش وزن مخصوص ظاهری همراه است که با نتایج تحقیق حاضر همخوانی دارد.

جدول2- تجزیه واریانس و میانگین مربعات اثر نوع خاکورزی بر برخی خصوصیات خاک.

از نظر میزان نگهداشت بقایا در سطح خاک، بین تیمارهای مختلف خاکورزی تفاوت معنی داری وجود داشت (جدول2). استفاده از گاوآهن برگرداندار در مقایسه با چیزل میزان بقایای کمتری در سطح خاک نگه داشت. تیمار بی خاکورزی دارای بیشترین مقدار بقایا در سطح خاک را داشت (شکل 2). باقی گذاشتن بقایای آلی در خاک بر سرعت تجزیه آنها و همچنین روند رشد گیاهان زراعی تاثیر می گذارد. همچنین خرد کردن و اختلاط بقایای گیاهی با خاک بر حاصلخیزی، میزان مواد آلی و ساختمان خاک موثر می باشد. سیمنز (2001) عنوان داشت که استفاده از گاوآهن چیزل با تیغه قلمی یا پنجه غازی باعث حفظ 78 درصد بقایای گندم در سطح خاک می شود .در صورتی که اگر از تیغه های پیچیده استفاده شود این میزان 20 درصد کاهش پیدا می کند.  همچنین اگر بقایای گیاهی با دیسک یا هر وسیله دیگر خرد شوند تاثیر گاو آهن چیزل در مدفون کردن بقایا کاهش می یابد. در هر حال، با توجه به توصیه در نگه داشت حداقل 30 درصد بقایا در سطح خاک در خاک ورزی حفاظتی، بجز تیمار خاک ورزی مرسوم (T₁)، تمامی تیمارهای خاک ورزی دروضعیت مناسبی قرار داشتند.

شکل1- اثر سیستم خاکورزی بر وزن مخصوص ظاهری خاک. حروف متفاوت بیانگر تفاوت معنی­دار

در سطح احتمال یک درصد می باشد.

T₁: گاوآهن برگرداندار+دوبار دیسک زدن+آتش زدن بقایا; T₂: گاوآهن برگرداندار+دوباردیسک زدن+ حفظ بقایا در سطح زمین; T₃: چیزل+ دوباردیسک زدن+حفظ بقایا; T₄: دوبار دیسک زدن + حفظ بقایا; T₅:  بی خاک ورزی و حفظ بقایا بر روی سطح زمین

شکل 2- میزان نگهداشت بقایا در سیستم­های مختلفخاک ورزی

T₁: گاوآهن برگرداندار+دوبار دیسک زدن+آتش زدن بقایا; T₂: گاوآهن برگرداندار+دوباردیسک زدن+ حفظ بقایا در سطح زمین; T₃: چیزل+ دوباردیسک زدن+حفظ بقایا; T₄: دوبار دیسک زدن + حفظ بقایا; T₅:  بی خاک ورزی و حفظ بقایا بر روی سطح زمین

باقی نگه داشتن بقایا در سطح خاک و کاهش خاک­ورزی به افزایش میزان مواد آلی خاک منجر می شود (حاج عباسی و همکاران 1378). در روش های بدون خاک­ورزی به دلیل بازگشت بقایای گیاهای به افق­های سطحی خاک، افزایش میزان مواد آلی مشاهده می­شود در حالی که در روش­های خاک­ورزی مرسوم به هم خوردن خاک باعث فساد بیشتر و زودتر بقایای گیاهی شده که در نتیجه کاهش میزان مواد آلی را به همراه دارد (بائور و بلیک 1981 و دیک 1983). با این حال، نتایج تحقیق حاضر نشان داد که در صورت باقی گذاشتن بقایا در سطح خاک، نوع خاکورزی بر درصد مواد آلی در خاک تاثیر معنی­داری ندارد به طوری که درصد مواد آلی در تیمارهای استفاده از گاوآهن برگرداندار و چیزل (T₂، T₃ و T₄) تفاوت معنی­داری با درصد مواد آلی در روش بدون خاک­ورزی (T₅) نداشت (شکل 3). علت این امر می تواند کم بودن اولیه مواد آلی خاک محل آزمایش باشد.

شکل 3-  میزان مواد آلی خاک (درصد) در سیستم های مختلفخاک ورزی

T₁: گاوآهن برگرداندار+دوبار دیسک زدن+آتش زدن بقایا; T₂: گاوآهن برگرداندار+دوباردیسک زدن+ حفظ بقایا در سطح زمین; T₃: چیزل+ دوباردیسک زدن+حفظ بقایا; T₄: دوبار دیسک زدن + حفظ بقایا; T₅:  بی خاک ورزی و حفظ بقایا بر روی سطح زمین

نوع تیمار خاک ورزی بر میزان نگه داشت رطوبت خاک تاثیر معنی دار داشت (جدول دو). اگر چه تیمار هایی که در آنها از گاوآهن برگرداندار استفاده شده میزان رطوبت بیشتری در مقایسه با استفاده از چیزل در خود نگه داشتند اما این تفاوت معنی­دار نبود (شکل 4). با این حال بالاترین مقدار رطوبت خاک در تیمار بی­خاک­ورزی مشاهده شد (شکل 4). این امر می­تواند به دلیل کاهش تبخیر از سطح خاک به علت وجود بقایای گیاهی در سطح خاک و عدم زیرو رو کردن خاک توسط ادوات خاک ورز باشد.  اسکندری (1382) نیز با بررسی رطوبت خاک در شرایط خاک­ورزی و عدم خاکورزی نتیجه گرفت که خاک­ورزی کمتر باعث افزایش رطوبت حجمی خاک می­شود.

شکل 4-  میزان رطوبت حجمی خاک (درصد) در سیستم های مختلفخاک ورزی

T₁: گاوآهن برگرداندار+دوبار دیسک زدن+آتش زدن بقایا; T₂: گاوآهن برگرداندار+دوباردیسک زدن+ حفظ بقایا در سطح زمین; T₃: چیزل+ دوباردیسک زدن+حفظ بقایا; T₄: دوبار دیسک زدن + حفظ بقایا; T₅:  بی خاک ورزی و حفظ بقایا بر روی سطح زمین

نوع خاک­ورزی بر میزان سرعت نفوذ آب تاثیر معنی دار داشت (جدول 2). در تیمار­هایی که گاوآهن برگرداندار استفاده شده بود آب با سرعت بیشتری در خاک نفوذ کرد (شکل5).  به طور کلی خاک­ورزی بیشتر سرعت نفوذ آب در خاک را افزایش داد. باقی نگه داشتن بقایای گیاهی در صورتی که همراه با خاک­ورزی باشد سرعت نفوذ آب در خاک را افزایش می­دهد (شکل 5). کمتر بودن وزن مخصوص ظاهری در تیمارهایی که در آنها از گاوآهن برگرداندار استفاده شده بود (شکل یک) نشان دهنده­ی تخلل بیشتر این تیمارها در مقایسه با سایر تیمارهای آزمایش می باشد. این امر باعث افزایش سرعت نفوذ آب در خاک می شود (شکل 5).  رسولی شربیانی و عباسپور گیلانده (1387)  نیز گزارش دادند خاک­ورزی بیشتر باعث افزایش خلل و فرج خاک شده که در نتیجه سرعت نفوذ آب در خاک را افزایش
می­دهد. حیدری (1390) گزارش داد خاک­ورزی عمیق تر (در این آزمایش گاوآهن برگرداندار) باشکستن لایه های فشرده باعث افزایش میزان نفوذ آب در خاک
می­شود که با نتایج تحقیق حاضر همخوانی دارد.