اثر رطوبت اولیه و بافت خاک بر برخی ویژگی‌های فرآیند گلخرابی در خاک‌های شالیزاری

محورهای موضوعی : مدیریت آب در مزرعه با هدف بهبود شاخص های مدیریتی آبیاری

علی طالب‌پور ¹ , نادر پیرمرادیان ² , محمدرضا یزدانی ³ , محمدرضا علیزاده ⁴

1 - دانشجوی سابق کارشناسی ارشد، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران.
2 - دانشیار گروه مهندسی آب، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران.
3 - استادیار پژوهش، موسسه تحقیقات برنج، رشت، ایران.
4 - دانشیار پژوهش، موسسه تحقیقات برنج، رشت، ایران.

تاریخ دریافت : 1401/12/12 تاریخ پذیرش : 1402/02/11 تاریخ انتشار : 1402/04/01

کلید واژه: درجه اشباع خاک, درصد رس, برنج,

چکیده مقاله :

زمینه و هدف: فرآیند گلخرابی بخشی از عملیات آماده‌سازی زمین در کشت نشایی برنج است. به عبارتی، گلخرابی یک روش مهم مدیریت خاک است که به منظور بر هم زدن ساختمان لایه سطحی خاک و مهیا شدن زمین برای نشاء برنج انجام می‌شود. به‌طور معمول در این فرآیند، خاک غرقاب شده و عملیات خاک‌ورزی بر روی آن انجام می‌شود. بافت خاک و شرایط رطوبتی خاک پیش از غرقاب شدن، از عوامل اثرگذار بر فرآیند گلخرابی است. از این‌رو، این پژوهش به‌منظور مطالعه اثر رطوبت اولیه و بافت خاک بر برخی ویژگی‌های فرآیند گلخرابی خاک‌های شالیزاری در استان گیلان انجام شد. روش پژوهش: آزمایش به صورت فاکتوریل بر پایه طرح بلوک‌های کامل تصادفی در سه تکرار انجام شد. سه بافت خاک (سیلت، رس سیلتی و رسی) شالیزاری در چهار سطح رطوبت اولیه (85، 90، 95 و 100 درصد درجه اشباع) تحت فرآیند گلخرابی قرار گرفت. پس از آماده‌سازی نمونه‌های خاک، برای اعمال گلخرابی از یک پنل آزمایشگاهی استفاده شد. طی فرآیند گلخرابی و پس از آن، مقدار آب خالص مصرفی، عمق آب جمع شده روی خاک دو و شش روز پس از گلخرابی، تورم خاک در پایان عملیات، عمق نشست خاک پس از دو، چهار و شش روز و عمق نهایی خاک اندازه‌گیری شد. تحلیل آماری اثر تیمارهای آزمایشی بر صفات اندازه‌گیری شده و مقایسه میانگین آنها با روش LSD با استفاده از نرم‌افزار SPSS 23 انجام شد. محاسبات و رسم نمودارها با استفاده از نرم افزار EXCEL انجام شد. یافته‌ها: نتایج نشان داد که اثر مستقل رطوبت اولیه خاک و نیز بافت خاک بر تمام ویژگی‌های اندازه‌گیری شده به ‌جز عمق نشست خاک پس از شش روز در سطح آماری یک درصد معنی دار بوده است. با افزایش رطوبت اولیه خاک، مقدار آب خالص مصرفی و عمق نهایی خاک در فرآیند گلخرابی روند کاهشی داشته و دیگر پارامترهای اندازه‌گیری شده دارای روند افزایشی بودند. از طرفی، اثر بافت خاک بر آب خالص مصرفی، آب جمع شده روی خاک دو و شش روز پس از گلخرابی، تورم خاک در پایان عملیات، عمق نشست خاک پس از دو و چهار روز و عمق نهایی خاک در سطح آماری یک درصد معنی دار بوده است. اثر متقابل رطوبت اولیه و بافت خاک بر تورم خاک در پایان عملیات و عمق نهایی خاک در سطح آماری یک درصد و بر عمق آب جمع شده روی خاک دو روز پس از گلخرابی و عمق نشست خاک پس از دو روز در سطح آماری پنج درصد معنی‌دار بود. با افزایش رطوبت اولیه خاک از 85 درصد به 100 درصد اشباع، میزان آب مصرفی برای فرایند گلخرابی 61 درصد کاهش یافت. نتیجه‌گیری: با توجه به نتایج، ویژگی‌های فرآیند گلخرابی متاثر از رطوبت اولیه و بافت خاک است. از این‌رو، نتایج این پژوهش می‌تواند در مدیریت زراعی اراضی شالیزاری استان گیلان مورد استفاده قرار گیرد. با افزایش میزان رس خاک، پارامترهای اندازه‌گیری شده شامل مقدار آب خالص مصرفی، عمق آب جمع شده روی خاک دو و شش روز پس از گلخرابی، تورم خاک در پایان عملیات، عمق نشست خاک پس از دو، چهار و شش روز و عمق نهایی خاک افزایش یافت. دامنه تغییرات آب خالص مصرفی در فرآیند گلخرابی برای تیمارهای آزمایش بین 31 تا 114 میلی‌متر متغیر بوده و کمترین آن در بافت خاک سیلتی با 20 درصد رس و تیمار رطوبت اولیه 100 درصد درجه اشباع به‌دست آمد. نتایج برآورد آب مصرفی در فرآیند گلخرابی و ارتباط آن با رطوبت اولیه و درصد رس خاک می‌تواند در مدیریت تقویم زراعی و تنظیم برنامه رها‌سازی آب در شبکه آبیاری سفیدرود برای اراضی شالیزاری، با توجه به رخدادهای بارش در ابتدای فصل آبیاری و با هدف کاهش آب مصرفی مورد استفاده قرار گیرد.

چکیده انگلیسی:

Background and Aim: Puddling process is a part of land preparation in rice cultivation. In other words, puddling is an important method of soil management, which is done to disturb the structure of the surface layer of the soil and prepare the field for rice transplanting. Usually, in this process, the soil is flooded and tillage is done on it. The soil texture and the soil moisture conditions before flooding are factors that affect the process of the puddling. Therefore, this study was conducted to determine the effect of initial soil moisture and soil texture on some properties of paddy soils puddling process in Guilan province. Method: The experiment was conducted as a factorial based on a randomized complete block design in three replications. Three textures (silt, silty clay, and clay) of paddy soils were prepared under four initial soil moisture treatments (85, 90, 95, and 100% degrees of saturation). After preparing the soil samples, they were puddled using a laboratory panel. During and after the puddling process, the amount of net water consumed, the depth of water collected on the soil 2 and 6 days after puddling, the soil swelling at the end of the operation, the depth of soil settlement after 2, 4 and 6 days and the final depth of the soil were measured. Statistical analysis of the effect of the experimental treatments on the measured properties and their mean comparison was done with LSD test using SPSS 23 software. Calculations and graphs were done using EXCEL software. Results: The results showed that the independent effects of initial soil moisture and soil texture on all of the measured properties except the depth of soil after 6 days were statistically significant at 1%. With increasing initial soil moisture, the amount of net water consumption and the final depth of soil decreased and other measured parameters increased. On the other hand, the effect of soil texture on net water consumption, water collected on the soil 2 and 6 days after puddling, soil amass at the end of the operation, depth of soil after 2 and 4 days, and the final depth of the soil were statistically significant at 1%. The interaction effect of initial soil moisture and soil texture on soil amass at the end of the operation and final soil depth was statistically significant at 1%, and for the depth of water accumulated on the soil 2 days after puddling and the depth of soil after 2 days was statistically significant at 5%. By increasing the initial soil moisture content from 85 to 100% of saturation degree, the amount of water used for the puddling process decreased by 61%. Conclusion: According to the results, the features of the puddling process are affected by the initial moisture and soil texture. Therefore, the results of this research can be used in the agricultural management of paddy fields in Guilan province. With increasing soil clay content, the measured parameters include the amount of net water consumed, the depth of water collected on the soil 2 and 6 days after puddling, the soil swelling at the end of the operation, the depth of soil settlement after 2, 4 and 6 days and the final depth of the soil were increased. The range of net water consumed in the puddling process for experimental treatments varied between 31 and 114 mm, and the lowest was obtained in silty soil texture with 20% clay and initial moisture treatment of 100% degree of saturation. Estimating water consumption in the puddling process and its correlation with initial soil moisture and clay percentage can inform the management of the agricultural calendar and water allocation program in the Sefidroud irrigation network for paddy fields. This information can help optimize water usage, especially in light of rainfall events at the start of the irrigation season, with the goal of reducing overall water consumption. 

منابع و مأخذ:

Alizadeh, M. R. (2015). Effect of method and times of puddling on some soil physical properties and rice grain yield. Cereal Research, 5(1), 33-43. https://cr.guilan.ac.ir/article_158_74ae13d443958ffea5e3a89f8961d019.pdf

Arora, V. K. (2006). Application of a rice growth and water balance model in an irrigated semi-arid subtropical environment. Agricultural Water Management, 83(1), 51-57. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.agwat.2005.09.004

Asenso, E., Wang, Z., Kai, T., Li, J., & Hu, L. (2022). Effects of puddling types and rice establishment methods on soil characteristics and productivity of rice in southern China. Applied and Environmental Soil Science, 2022, 3192003. https://doi.org/10.1155/2022/3192003

Bajpai, R. K., & Tripathi, R. (2000). Evaluation of no-puddling under shallow water tables and alternate tillage methods on soil and crop parameters in a rice–wheat system in Uttar Pradesh. Soil and Tillage Research, 55, 99-106. https://doi.org/10.1016/S0167-1987(00)00111-2

Bameri, A., Lotfi, M., & Khaleghi, M. (2022). The effect of tillage and pudding on some soil physical properties and rice yield in paddy lands (Case study: Ghaemshahr). Applied Soil Research, 10(3), 30-42.

Behera, B. K., Varshney, B. P., & Goel, A. K. (2009). Effect of puddling on puddled soil characteristics and performance of self-propelled transplanter in rice crop. Agricultural Engineering International: CIGR Journal, 10, 1-18.

Buehrer, T. F., & Rose, M. S. (1943). Studies in Soil Structure V. Bound Water in Normal and Puddled Soils. In (Vol. Technical Bulletin, No. 100, pp. 155-218). Agricultural Experiment Station, University of Arizona, Tucson, AZ.

Fallah, V. M. (1969). Rice water requirements and its measurement. S. W. R. Institute. https://civilica.com/doc/1087801/

Fernández-Gálvez, J., & Barahona, E. (2005). Changes in soil water retention due to soil kneading. Agricultural Water Management, 76(1), 53-61. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.agwat.2005.01.004

Islam, M. J., Mowla, G., Parul, S. S., Alam, M. Z., & Islam, M. S. (2004). Management of cracking puddled soils and its impact on infiltration. Journal of Biological Sciences, 4(1), 21-26.

Jihad-e-Agriculture. (2022). Agricultural Statistics of the Year 2020-21, Volume 1: Agronomy Crops. Deputy for Planning and Economy, Information and Communication Technology Center, Ministry of Jihad-e-Agriculture, Tehran, Iran

Kalita, J., Ahmed, P., & Baruah, N. (2020). Puddling and its effect on soil physical properties and growth of rice and post rice crops: A review. Journal of Pharmacognosy and Phytochemistry, 9(4), 503-510.

Kirchhof, G., Priyono, S., Utomo, W. H., Adisarwanto, T., Dacanay, E. V., & So, H. B. (2000). The effect of soil puddling on the soil physical properties and the growth of rice and post-rice crops. Soil and Tillage Research, 56(1), 37-50. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/S0167-1987(00)00121-5

Kukal, S. S., & Aggarwal, G. C. (2002). Percolation losses of water in relation to puddling intensity and depth in a sandy loam rice (Oryza sativa) field. Agricultural Water Management, 57(1), 49-59. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/S0378-3774(02)00037-9

Kukal, S. S., & Sidhu, A. S. (2004). Percolation losses of water in relation to pre-puddling tillage and puddling intensity in a puddled sandy loam rice (Oryza sativa L.) field. Soil and Tillage Research, 78(1), 1-8. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.still.2003.12.010

Mairghany, M., Yahya, A., Adam, N. M., Su, A. S. M., Aimrun, W., Elsoragaby, S. J. S., & Research, T. (2019). Rotary tillage effects on some selected physical properties of fine textured soil in wetland rice cultivation in Malaysia. Soil and Tillage Research, 194, 104318. https://doi.org/doi.org/10.1016/j.still.2019.104318

Manik, S. M. N., Pengilley, G., Dean, G., Field, B., Shabala, S., & Zhou, M. (2019). Soil and crop management practices to minimize the impact of waterlogging on crop productivity [Review]. Frontiers in Plant Science, 10. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00140

Mohanty, M., Painuli, D. K., & Mandal, K. G. (2004). Effect of puddling intensity on temporal variation in soil physical conditions and yield of rice (Oryza sativa L.) in a Vertisol of central India. Soil and Tillage Research, 76(2), 83-94. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.still.2003.08.006

Mousavi, S. F., Yousefi-Moghadam, S., Mostafazadeh-Fard, B., Hemmat, A., & Yazdani, M. R. (2009). Effect of puddling intensity on physical properties of a silty clay soil under laboratory and field conditions. Paddy and Water Environment, 7(1), 45-54. https://doi.org/10.1007/s10333-008-0148-4

Pirmoradian, N., & Davatgar, N. (2019). Simulating the effects of climatic fluctuations on rice irrigation water requirement using AquaCrop. Agricultural Water Management, 213, 97-106. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.agwat.2018.10.003

Pirmoradian, N., Kamgar-Haghighi, A. A., & Sepaskhah, A. R. (2005). Lateral seepage, deep percolation, runoff, and the efficiencies of water use and application in irrigation rice in Kooshkak region in Fars province, I.R. of Iran. IRAN AGRICULTURAL RESEARCH, 23-24(1-2), 1-8. https://www.sid.ir/en/journal/ViewPaper.aspx?ID=142641

Rautaray, S. K., Watts, C. W., & Dexter, A. R. (1997). Puddling effects on soil physical parameters. Agricultural Mechanization in Asia, Africa and Latin America, 28, 37-40.

Sharma, P. K., & De Datta, S. K. (1985). Effect of puddling on soil physical properties and processes. In Soil Physics and Rice (pp. 217-234). IRRI.

Sharratt, B., Zhang, M., & Sparrow, S. (2006). Twenty years of tillage research in subarctic Alaska: I. Impact on soil strength, aggregation, roughness, and residue cover. Soil and Tillage Research, 91. https://doi.org/10.1016/j.still.2005.11.006

Siadat, H. (1970). Rice irrigation studies in Rasht water and soil station. S. W. R. Institute. https://civilica.com/doc/1086505/

Singh, K., Gajri, P. R., & Arora, V. (2001). Modelling the effects of soil and water management practices on the water balance and performance of rice. Agricultural Water Management, 49, 77-95. https://doi.org/10.1016/S0378-3774(00)00144-X

Singha, R., Chattopadhyay, S., & Maji, S. (2022). Puddling and its Effect on Soil Physical Condition. Agriculture&Food: E-Newsletter, 4(6), 492-494.

Verma, A. K., & Dewangan, M. L. (2006). Efficiency and energy use in puddling of lowland rice grown on Vertisols in Central India. Soil and Tillage Research, 90(1), 100-107. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.still.2005.08.009

Verma, V. P. (1996). Water use in relation to soil manipulation for wet land paddy cultivation on clay loam. Journal of Indian Water Resources Society, 62-64.

Yoshida, S., & Adachi, K. (2002). Influences of puddling intensity on the water retention characteristics of clayey paddy soil. Proceedings of the 17th World Congress of Soil Science. 14-21 August 2002, 5, 2351-2359.