اثر جهت خاک‌ورزی و مصرف مالچ کاه و کلش بر کارآيي بهره مندي از آب باران در کشتزارهاي ديم گندم منطقه نيمه خشک
الموضوعات :علیرضا واعظی 1 , سمیرا رضائی پور 2 , محمد بابااکبری 3 , فرشته آذری فام 4
1 - استاد گروه علوم و مهندسي خاک، دانشکده کشاورزي. دانشگاه زنجان، زنجان، ايران.
2 - دانشجوي سابق کارشناسي ارشد گروه علوم خاک، دانشکده کشاورزي دانشگاه زنجان.
3 - دانشيار گروه علوم و مهندسي خاک، دانشکده کشاورزي. دانشگاه زنجان، زنجان، ايران.
4 - دانشجوي دکتري گروه علوم خاک، دانشکده کشاورزي دانشگاه زنجان.
الکلمات المفتاحية: خاک‌ورزی حفاظتي, رواناب, کشت روي خطوط تراز, عملکرد محصول,
ملخص المقالة :
زمينه و هدف: ويژگي‌هاي خاک و روش‌هاي مديريتي مي‌توانند بر رشد و عملکرد گياه در مناطق کشاورزي تاثيرگذار باشند. کشاورزي ديم يک روش غالب کشاورزي در جهان است که حدود 80 درصد از زمين هاي زير کشت جهان و 67 درصد از زمين هاي کشاورزي ايران را پوشش مي دهد. بيشتر اراضي ديم در نواحي شيب دار و در امتداد شيب خاک ورزي مي شوند که روشي نادرست بوده و فرسايش آبي را تسريع مي کند. کنترل فرسايش خاک و ذخيره آب بارندگي در خاک اولين گام براي حفظ منابع خاک و آب و افزايش عملکرد محصول در اراضي ديم است. تغيير جهت خاک ورزي از امتداد شيب به خط کانتور و حفظ بقاياي محصول مي تواند بر اتلاف آب، افزايش کارآيي مصرف بارندگي (PUE) و عملکرد محصول در مناطق ديم تأثير بگذارد. اين مطالعه به منظور بررسي تأثير جهت خاک ورزي و سطح مصرف مالچ بر کارآيي بهره مندي بارندگي در کشتزارهاي ديم گندم انجام گرفت. روش پژوهش: اين مطالعه در زمين‌هاي ديم با خاک لوم شني با شيب 10 درصد در غرب استان زنجان انجام شد. آزمايش‌هاي صحرايي در دو جهت خاک‌ورزي: در امتداد شيب و خطوط کانتور و پنج سطح مصرف مالچ کاه گندم (شاهد، 25، 50، 75 و 100 درصد) با سه تکرار انجام شد. داده هاي بارش (ارتفاع، مدت و شدت) از ايستگاه هواشناسي کشاورزي واقع در دانشگاه زنجان در فاصله حدود 800 متري از مزرعه مورد مطالعه گرفته شد. گندم زمستانه در اوايل پاييز در کرت ها کشت و اوايل تابستان برداشت شد. هدررفت آب از کرت ها براي هر رويداد بارندگي حاصل از رواناب در کرت ها در طول دوره رشد نه ماهه اندازه گيري شد. عملکرد دانه گندم براي هر کرت تعيين شد و بر اين اساس راندمان مصرف بارندگي (PUE) بر حسب کيلوگرم در هکتار بر اساس عملکرد دانه گندم (کيلوگرم در هکتار) به ازاي هر بارندگي موثر در طول دوره رشد محاسبه شد. خصوصيات خاک و مالچ کاه گندم با استفاده از روش هاي مرسوم در آزمايشگاه تعيين شد و از آناليز واريانس براي تعيين اثر مستقل جهت خاک ورزي و سطح مصرف مالچ کاه و برهمکنش بين دو عامل استفاده شد. يافته ها: 82 رويداد بارشي در طول يک دوره 9 ماهه رشد گندم زمستانه در منطقه رخ داد که ميزان بارندگي 88 درصد از آن بود. بيشتر بارندگي ها در ماه اکتبر اتفاق افتاد که منجر به بيشترين تلفات آب در کرت ها شد. هدررفت آب در خاک ورزي روي خطوط تراز 14 درصد کاهش يافـت و مقدار عملکرد دانه گندم و کارآيي بهره مندي بارندگي 6 درصد افزايش پيدا کردند. با اين وجود، در هر دو روش مصرف مالچ موجب کاهش هدررفت آب، افزايش عملکرد دانه و کارآيي بهره مندي بارندگي شد. اثر متقابل معني داري بين دو عامل فقط براي عملکرد دانه گندم مشاهده شد. بيشترين کاهش هدررفت آب در سطح 100 درصد مصرف مالچ در هر دو جهت خاک ورزي: موازي شيب (3/63 درصد) و روي خطوط تراز (64 درصد) بود. بيشترين مقدار عملکرد دانه (25/2 تن در هکتار) و کارآيي بهره مندي بارندگي (87/7 کيلوگرم در ميليمتر در هکتار) در تيمار 75 درصد مالچ بود که به ترتيب معادل 27 و 34 درصد نسبت به شاهد افزايش داشت. نتيجه گيري: نتايج بيانگر نقش مؤثر مصرف مالچ در حفظ آب بارندگي و افزايش عملکرد محصول در هر دو جهت خاک ورزي در کشتزارهاي ديم گندم بود. اين شاخص مي تواند تحت تأثير جهت خاک‌ورزي و کاربرد مالچ کاه گندم در اراضي ديم باشد. اين دو روش مديريتي عوامل مستقلي هستند که به شدت بر عملکرد دانه گندم و در نتيجه بر PUE تأثير مي‌گذارند. به طور کلي بر اساس نتايج اين پژوهش بکارگيري خاک ورزي روي خطوط تراز و مصرف مقدار مناسب مالچ نقش مؤثري در حفظ آب و خاک و افزايش توليد در کشتزارهاي ديم دارد.
Ahmadi, A., Jafari V., Zand, H.P., & Zadeh, M.S. (2017). Changes in runoff and sediment production during growing season of rainfed chickpea (Case study: Ticme Dash, East Azarbaijan, Soil Conservation Research Station). Iranian Journal of Soil and Water Research, 48(2): 299-308. (In Persian with English abstract)
Agricultural statistics for the year 2022, volume three: horticultural products. Ministry of Agricultural Jihad, Program Deputy Economical Information and Communication Technology Center
Akhtar, K., Wang, W., Ren, G., Khan, A., Feng, Y., & Yang, G. (2018). Changes in soil enzymes, soil properties, and maize crop productivity under wheat straw mulching in Guanzhong, China. Soil and Tillage Research, 182: 94-102.
https://doi.org/10.1016/j.still.2018.05.007
Ali, S., Jan, A., Sohail, A., Khan, A., Khan, M.I., Zhang, J., & Daur, I. (2018). Soil amendments strategies to improve water-use efficiency and productivity of maize under different irrigation conditions. Agricultural Water Management 210: 88-95.
https://doi.org/10.1016/j.agwat.2018.08.009
Barron, J., & Tengberg, A. (2023). Rainfed systems intensification and scaling of water and soil management: four case studies of development in family farming. Department of soil and Environment, SLU.
Boix-Fayos, C., Calvo-Cases, A., Imeson, A. C., & Soriano-Soto, M.D. (2001). Influence of soil propertis on the aggregation of some Mediterranean soils and the use of aggregate size and stability as land degradation indicators. Catena 44(1): 47-67.
https://doi.org/10.1016/S0341-8162(00)00176-4
Brady, N. and Weil, R. 2002. The Nature and Properties of Soils, 13th Edition. Prentice Hall. Upper Saddle River, New Jersey. p. 960.
Ehyaei, M., and Behbahanizade, A. (1993). Description of soil and plant chemical decomposition methods. Soil & Water Research Institute. 1:893. [In Persian].
FAO. 2020. The State of Food and Agriculture (SOFA). Overcoming water challenges in agriculture. Rome
Fatumah, N., Tilahun, S.A., & Mohammed, S. (2021). Water use efficiency, grain yield, and economic benefits of common beans (Phaseolus vulgaris L.) under four soil tillage systems in Mukono District, Uganda. Heliyon 7(2): p. 06308.
https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e06308
Gan, Y., Siddique, K.H., Turner, N.C., Li, X.G., Niu, J.Y., Yang, C., Liu, L., & Chai, Q. (2013). Ridge-furrow mulching systems an innovative technique for boosting crop productivity in semiarid rain-fed environments. Advances in Agronomy 118: 429-476.
Gao, H., Yan, C., Liu, Q., Li, Z., Yang, X., & Qi, R. (2019). Exploring optimal soil mulching to enhance yield and water use efficiency in maize cropping in China: A meta-analysis. Agricultural Water Management 225: 105741.
Gee, G. W., Bauder, J. W., & Klute, A. 1986. Particle-size analysis Methods of soil analysis. Part 1. Physical and Mineralogical Methods. p. 383-411.
Haise, H.R. 1956. The use of cylinder infiltrometers to determine the intake characteristics of irrigated soils (Vol. 41, No. 7). Agricultural Research Service and Soil Conservation Service, US Department of Agriculture.
Jakab, G., Madarasz, B., Szabo, J.A., Toth, A., Zacháry, D., Szalai, Z., Kertesz, A., & Dyson, J. (2017). Infiltration and soil loss changes during the growing season under ploughing and conservation tillage. Sustainability 9(10): p. 1726. https://doi.org/10.3390/su9101726
Jones, E.P. (2001). Circulation in the Arctic Ocean. Polar Research 20(2): 139-146. https://doi.org/10.1111/j.1751-8369.2001.tb00049.x
Justice, C.O., Dugdale, G., Townshend, J.R.G., Narracott, A.S., & Kumar, M. (1991). Synergism between NOAA-AVHRR and Meteosat data for studying vegetation development in semi-arid West Africa. International Journal of Remote Sensing 12(6): p.1349-1368.
Kemper, W.D., & Rosenau, R.C., 1986. Aggregate stability and size distribution. Methods of soil analysis: Part 1 Physical and mineralogical methods 5: p. 425-442. https://doi.org/10.2136/sssabookser5.1.2ed.c17
Klute, A., &and Page, A.L. 1986. Methods of soil analysis. pt. 1. Physical and mineralogical methods. Agronomy (USA). no. 9.
Li, N., Zhou, C., Sun, X., Jing, J., Tian, X., & Wang, L. (2018). Effects of ridge tillage and mulching on water availability, grain yield, and water use efficiency in rain-fed winter wheat under different rainfall and nitrogen conditions. Soil and Tillage Research 179: 86-95. https://doi.org/10.1016/j.still.2018.01.003
Mitchell, J., Singh, P., Wallender, W., Munk, D., Wroble, J., Horwath, W., Hoga, P., Roy, R., & Hanson, B. (2012). No-tillage and high-residue practices reduce soil water evaporation. California Agriculture 66(2): p. 55-61.mitchell https://doi.org/ 10.3733/ca.v066n02p55
Ndiaye B., Esteves M., Vandervaere J.P., Lapetite J.M. and Vauclin M. (2005). Effect of rainfall and tillage direction on the evolution of surface crusts, soil hydraulic properties and runoff generation for a sandy loam soil. Journal of Hydrology 307(1-4): p.294-311. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2004.10.016
Nikkami, D., Ardakani, A.J., & Movahed, F.B. (2008). Tillage management on sustainable rainfed agricultural resources. Journal of Applied Science 8(18): 3255-3260.
Parihar, C.M., Jat, S.L., Singh, A.K., Kumar, B., Pradhan, S., Pooniya, V., Daija, A.C.V.J., Chaudhary, V., Jat, M.L., Jat, R.K., & Yadav, O.P. (2016). Conservation agriculture in irrigated intensive maize-based systems of north-western India: Effects on crop yields, water productivity and economic profitability. Field Crops Research 193: 104-116. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2016.03.013
Peterson, G.A., Schlegel, A. J., Tanaka, D.L., & Jones, O.R. (1996). Precipitation use efficiency as affected by cropping and tillage systems. Journal of Production Agriculture 9(2): 180-186.
Qin, W., Hu, C., & Oenema, O. (2015). Soil mulching significantly enhances yields and water and nitrogen use efficiencies of maize and wheat: a meta-analysis. Scientific reports 5(1): 1-13.
Qin, X., Huang, T., Lu, C., Dang, P., Zhang, M., Guan, X.K., Wen, P.F., Wang, T.C., Chen, Y., & Siddique, K.H. (2021). Benefits and limitations of straw mulching and incorporation on maize yield, water use efficiency, and nitrogen use efficiency. Agricultural Water Management 256: 107128. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2021.107128
Riaz, F., Riaz, M., Arif, M.S., Yasmeen, T., Ashraf, M.A., Adil, M., Ali, S., Mahmood, R., Rizwan, M., Hussain, Q., & Zia, A. 2020. Alternative and non-conventional soil and crop management strategies for increasing water use efficiency. In Environment, climate, plant and vegetation growth. Springer, Cham, p. 323-338. https://doi.org/10.1007/978-3-030-49732-3_13
Tan, K.H. 2005. Soil Sampling Preparation and Analysis. 2nd Edition. Taylor and Francis/ CRC press.
Vaezi, A.R. (2013). Soil properties affecting rainfall water use efficiency (RWUE) in wheat dry-farming lands, NW Iran. Journal of Agricultural Science 5(6): 9. http://dx.doi.org/10.5539/jas.v5n6p9
Vaezi, A. R., & Bagheri, M. (2020). Effect of row spacing and tillage direction on water and soil losses in rainfed land. Applied Soil Research 8(1): 79-91.
Vaezi, A.R., Hasanzadeh, H., & Cerda, A. (2016). Developing an erodibility triangle for soil textures in semi-arid regions, NW Iran. Catena 142: 221-232.
Vaezi, A.R., & Piri, L. (2017). Water retention and wheat grain yield as affected by plough direction in a semi-arid rainfed land in west of Zanjan. Journal of Water and Soil Conservation 23(6): 285-299. (In Persian with English abstract)
Vaezi, A.R., and Zarrinabadi, E. (2015(. Runoff and soil loss as affected by land use change and plough direction in poor vegetation cover pastures. Iranian Journal of Soil and Water Research 47(1): 87-98.
Walkley, A. and Black I.A. (1934). An examination of the Degtjareff method for determining soil organic matter, and a proposed modification of the chromic acid titration method. Soil Science 37(1): 29-38.
Wang, L.F., & Shangguan, Z.P. (2015). Water–use efficiency of dryland wheat in response to mulching and tillage practices on the Loess Plateau. Scientific Reports 5(1): 1-12. https://doi.org/10.1038/srep12225
Western, R.L. (1990). Soil testing and plant analysis: Soil Science Society of America journal, Madison Wisconsin. USA.
Yang, H., Wu, G., Mo, P., Chen, S., Wang, S., Xiao, Y., ang Ma, H., Wen, T., Guo, X., & Fan, G. (2020). The combined effects of maize straw mulch and no-tillage on grain yield and water and nitrogen use efficiency of dry-land winter wheat (Triticum aestivum L.). Soil and Tillage Research, 197: 104485. https://doi.org/10.1016/j.still.2019.104485
Yoder, R.E. 1936. A direct method of aggregate analysis of soils and a study of the physical nature of erosion losses. Agronomy Journal 28(5): 337-351.
https://doi.org/10.2134/agronj1936.00021962002800050001x
Zanjan Water Organization. 2011. Study reports of Zanjan plain. Zanjan Water Organization, Press, p. 27-54. [In Persian].
Zhang, X., Moran M.S., Zhao X., Liu S., Zhou T., Ponce-Campos G.E., and Liu F. (2014). Impact of prolonged drought on rainfall use efficiency using MODIS data across China in the early 21st century. Remote Sensing of Environment 150: 188-197. https://doi.org/10.1016/j.rse.2014.05.003
