Effect of irrigation levels and different tillage systems on grain sorghum (Sorghum bicolor L.) yield

مقدمه

گرچه خشکی به‌عنوان مهم‌ترین عامل محدودکننده عملکرد محصولات کشاورزی در مناطق خشک و نیمه‌خشک جهان قرار شناخته  می­شود، ولی سورگوم  به‌عنوان یک گیاه مقاوم به خشکی، به‌طور گسترده‌ای در این مناطق کشت می‌شود (Ejeta & Knoll, 2007; Ramazanzadeh & Asgharipour, 2011) با این‌حال وقوع تنش خشکی قبل و بعد از گرده­افشانی، موجب کاهش معنی­دار عملکرد آن می‌شود (Rosenow & Ejeta, 1996; Blum, 2004). محققان مختلفی تأثیر تنش خشکی را بر رشد و نمو سورگوم مورد مطالعه قرار دادند و بیان کردند که در طی تنش خشکی، ارتفاع بوته، سطح برگ، طول خوشه، تعداد دانه در خوشه، وزن هزار دانه، عملکرد دانه و شاخص برداشت (Morgan, 1983; Nakayama &Van Bavel, 1963;; Brown et al., 1964; Ludlow et al., 1990; Valadabad et al., 2000; Razmi & Chasemi, 2007; Tabatabai & Dehghan Herati, 2012)، کاهش، ولی کارایی مصرف آب آن (Payne et al., 1992; Razmi & Chasemi, 2007) افزایش یافت. همچنین Lewis et al. (1974) اظهار داشتند که وقوع تنش خشکی در مرحله متورم شدن برگ پرچم تا پایان گرده‌افشانی، موجب کاهش شدید عملکرد دانه در این گیاه می‌شود.

روش­های مدیریتی که ذخیره آب خاک را افزایش دهند، موجب تولید پایدار محصول تحت شرایط تنش خشکی می‌شوند. تأثیر مثبت مدیریت بقایای محصول بر حفظ رطوبت خاک توسط پژوهشگران متعددی گزارش شده است (Aune  et al., 2001;  Ozpinar & Cay, 2005; Rockström et al., 2009; Schlegel et al., 2018). نتایج سایر محققان نشان داد که سیستم بدون خاک­ورزی، از طریق افزایش تخلخل کل خاک و همچنین کاهش تبخیر از سطح خاک، موجب افزایش رشد محصول نسبت به روش خاک­ورزی مرسوم می‌شود (Wu et al., 2014; Madarász et al., 2016; Peng et al., 2020). Elramlawi et al (2018). همچنین(2015) Tripathi et al.  بیان کردند که عملکرد و کارایی مصرف آب سورگوم در تیمار خاک­ورزی حفاظتی نسبت به خاک­ورزی مرسوم افزایش یافت است درحالی‌که برخی از مطالعات دیگر
 (Ayub et al., 2003; Elramlawi et al., 2008) عملکرد کمتر یا برابر با خاک­ورزی مرسوم را گزارش کرده­اند. در مطالعات کوتاه‌مدت، تنوع پاسخ عملکرد گیاهان به سامانه­های مختلف خاک­ورزی، عمدتاً ناشی از اثرات متقابل نیازهای محصول، خصوصیات خاک و ویژگی­های آب‌وهوایی منطقه گزارش شده است
(Giller et al., 2009).

 سورگوم گیاهی است دومنظوره (علوفه­ای - دانه­ای) که سازگاری بالایی به شرایط اقلیمی خشک و نیمه‌خشک ایران دارد، اما تنش خشکی به‌عنوان مهم‌ترین عامل کاهش‌دهنده عملکرد آن معرفی شده است (Khalesroo et al., 2010) همچنین به سبب آن‌که خاک­ورزی حفاظتی به‌عنوان راهبردی مؤثر در راستای کشاورزی اقلیم هوشمند در برابر تنش خشکی ناشی از پدیده گرمای جهانی گزارش شده است (Thierfelder et al., 2017)، این تحقیق به‌منظور بررسی تنش خشکی و سامانه­های مختلف خاک­ورزی بر عملکرد سورگوم دانه­ای در کرج اجرا شد.

مواد و روش­ها

این مطالعه در مزرعه پژوهشی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران واقع در کرج در تابستان 1395 با طول جغرافیایی 35 درجه شرقی، عرض جغرافیایی 35 درجه و 48 دقیقه شمالی و ارتفاع از سطح دریا 1321 متر انجام شد. این منطقه دارای آب ‌و هوای سرد و خشک می‌باشد و میانگین 30 ساله بارندگی آن حدود 250 میلی‌متر است. کلاس بافت خاک مزرعه مورد آزمایش لومی رسی بود. به­منظور تعیین خصوصیات خاک، تعداد شش نمونه خاک از عمق صفر تا 30 سانتی‌متری به‌صورت ضربدری از مزرعه تهیه و پس از مخلوط نمودن آن‌ها، یک نمونه مرکب تولید شد و این نمونه به آزمایشگاه تجزیه خاک گروه علوم خاک‌ دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی ارسال شد. خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک محل آزمایش در جدول 1 آمده است. این تحقیق به‌صورت کرت‌های یک­بار خرد شده و در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار انجام شد.

جدول 1- خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک محل آزمایش.

Table 1. Physiochemical properties of the experimental site soil.

عامل اصلی در این آزمایش، خاک‌ورزی در دو سطح (بدون خاک‌ورزی و مرسوم) و عامل فرعی، آبیاری در سه سطح (بدون تنش^[1]، تنش متوسط^[2] و شدید^[3] به‌ترتیب بر اساس 75، 110 و 150 میلی­متر تبخیر از سطح تشتک تبخیر) در نظر گرفته شدند.

بر اساس آنالیز خاک، کود نیتروژن موردنیاز (200 کیلوگرم در هکتار) از منبع اوره در سه نوبت (قبل از کشت، هشت برگی و ظهور خوشه) به‌وسیلة دست به‌صورت نواری پای بوته‌ها اضافه شد. همچنین کودهای فسفر از منبع سوپرفسفات تریپل و پتاسیم از منبع سولفات پتاسیم به‌ترتیب در مقادیر 120 و 250 کیلوگرم در هکتار قبل از کاشت مصرف شد. زمین مربوطه قبل از اعمال تیمارها، زیر کاشت جو بود. در خاکورزی مرسوم، ابتدا زمین توسط گاوآهن برگردان‌دار شخم و سپس دو مرحله دیسک زده شد و در نهایت برای کاشت سورگوم از کارنده پنوماتیک استفاده شد. برای کاشت سورگوم در روش بدون خاک‌ورزی، با استفاده از کارنده مخصوص بدون خاک‌ورزی پنوماتیک شرکت تراشکده، اقدام به کشت مستقیم بذرها در خاک شد (میزان تقریبی بقایا 4/1 تن در هکتار بود). فاصله بین عامل­های اصلی، فرعی و بلوک­ها (تکرارها) به‌ترتیب  10، دو  و10 متر در نظر گرفته شد. داخل هر کرت آزمایشی شش خط کشت 10 متری وجود داشت. همچنین فاصله ردیف‌های کشت سورگوم (رقم کیمیا) در کرت‌ها، 60 و فاصله بوته‌ها روی ردیف 21 سانتی‌متر در نظر گرفته شد (طول کرت­ها 10 و عرض آن‌ها 3/6 متر بود).

برای تعیین نیاز آبی از روش تشتک تبخیر کلاس A و با استفاده از داده‌های روزانه هواشناسی از فرمول‌های زیر استفاده شد:                          

 ET_C = K_C × ET₀          رابطه 1      

که در آن، ET_c: تبخیر و تعرق گیاه زراعی موردنظر (میلی‌متر بر روز)، Kc: ضریب گیاهی و ET0: تبخیر و تعرق مرجع (میلی‌متر بر روز) که از رابطه زیر به­دست می‌آید:

 ET0 = K p × E pan         رابطه 2 

که در آن، KP: ضریب تشتک (بدون واحد) و Epan : تبخیر تشتک (میلی‌متر بر روز) می‌باشد. برای تعیین و اصلاح ضرایب گیاهی و ضریب تشتک، از نشریه شماره 56 سازمان فائو استفاده شد  (Allen et al., 1998).

ضرایب گیاهی برای گیاهان مختلف در شرایط استاندارد توسط سازمان فائو در نشریه شماره 56 این سازمان منتشر شده است که باتوجه‌به شرایط اقلیمی هر منطقه باید نسبت به اصلاح آن‌ها اقدام کرد. این ضرایب برای ذرت در مراحل میانی و پایانی رشد بر اساس نشریه شماره 56 سازمان فائو، به‌ترتیب برابر با 20/1 و 35/0 می‌باشند که پس از اصلاح برای منطقه موردنظر به‌ترتیب برابر با 25/1 و 47/0 شد. همچنین سازمان فائو ضرایب تشت‌های مختلف را در نشریه شماره 56 منتشر کرده است که این عدد برای تشت تبخیر کلاس A و با توجه‌به داده‌های هواشناسی منطقه برابر با 7/0 به‌دست آمد. آبیاری با استفاده از نوارهای پلاستیکی (تیپ) انجام شد و حجم آبیاری توسط کنتور کنترل شد؛ همچنین به­منظور مبازه با علف­های‌هرز از علف­کش برومایسید ام آ به میزان 5/1 لیتر در هکتار در مرحله­ی شش برگی استفاده شد.

برداشت محصول و اندازه‌گیری صفات

برای اندازه­گیری ارتفاع بوته در زمان برداشت، در هر کرت 10 بوته به‌طور تصـادفی انتخاب و طول آن به­وسیله­ متر از سطح خاک تا انتهـای خوشه اندازه­گیری شد و میانگین ارتفاع آن‌ها محاسبه شد. به­منظور تعیین عملکرد نهایی، در مرحله رسیدگی کامل، ردیف­های اول و دوم و همچنین پنجم و ششم به‌عنوان اثر حاشیه در نظر گرفته شدند و از ردیف‌های سوم و چهارم هر کرت بعد از حذف دو متر از ابتدا و انتهای آن‌ها به‌عنوان اثر حاشیه، پنج مترمربع برداشت و برای خشک شدن نهایی به مدت یک هفته در هوای آزاد نگهداری شدند. پیش از جداکردن دانه از خوشه، وزن کل بوته­ها (برگ، ساقه، خوشه و دانه) تعیین شد و عملکرد زیست­توده (بیوماس) برحسب کیلوگرم در هکتار تعیین شد. پس از جداکردن دانه­ها از خوشه، وزن دانه­ها با ترازوی دقیق آزمایشگاهی با دقت یک هزارم گرم اندازه‌گیرب و عملکرد دانه برحسب کیلوگرم در هکتار محاسبه شد. وزن هزار دانه پس از انتخاب یک نمونه تصادفی از دانه­های به­دست­آمده از هر تیمار شمارش و برحسب گرم محاسبه شد. شاخص برداشت از تقسیم عملکرد دانه به عملکرد زیست­توده به‌دست آمد (Ntanos & Koutroubas, 2002). برای محاسبه کارایی مصرف آب آبیاری، از نسبت عملکرد دانه تولیدشده برحسب کیلوگرم در هکتار به حجم آب مصرف­شده برحسب مترمکعب در هکتار استفاده شد. داده­های حاصل از آزمایش توسط نرم­افزار SAS (نسخه 9.4) آنالیز شدند و مقایسه میانگین ها با استفادها از آزمون دانکن در سطح احتمال پنج درصد انجام شد و برای ترسیم شکل­ها از نرم­افزار اکسل استفاده شد.

نتایج و بحث

ارتفاع بوته

نتایج تجزیه واریانس نشان داد اثر سطوح آبیاری بر ارتفاع بوته در سطح احتمال یک درصد معنی­دار شد (شکل 1). بیشترین ارتفاع بوته (38/100 سانتی­متر) از تیمار آبیاری در شرایط بدون تنش آبی (75 میلی­متر تبخیر از سطح تشتک تبخیر) و کمترین میزان آن (5/53 سانتی­متر) از تیمار آبیاری در شرایط تنش آبی شدید  (150 میلی­متر تبخیر از سطح تشتک تبخیر) به‌دست آمد.

شکل 1- تأثیر سطوح آبیاری بر ارتفاع بوته. NW ، MW و SW: به‌ترتیب بدون تنش آبی، تنش آبی متوسط و تنش آبی شدید. ستون‌های دارای حروف مشابه از لحاظ آماری اختلاف معنی‌داری ندارند

Figure 1. Effect of water level on plant height. NW, MW and SW: No water stress, moderate and sever water stresses, respectively. Column with similar letters are not significantly different.

به دلیل کاهش فاصله میانگره­ها در تنش خشکی متوسط و همچنین کاهش تعداد و فاصله میانگره­ها در تنش خشکی شدید، ارتفاع بوته کاهش یافت. در همین رابطه بیان شد برای طویل شدن سلول، به یک حداقل پتانسیل آب نیاز است و در اثر کمبود آب، میانگره­ها و ارتفاع سـاقه کوتـاه می‌شود (Nazarli & Zardashti, 2010). همچنین Hajhassani et al.,  (2011) بیان کردند که تولید مریستم­های انتهایی ساقه، موجب افزایش ارتفاع یا طول گیـاه می­شود، ولی در شـرایط تـنش خشـکی، تولیـد آن‌ها کم می‌شودو در نتیجه ارتفاع ساقه کاهش مـی یابـد. تاثیر تنش خشکی بر کاهش ارتفاع بوته سورگوم توسط سایر محققان نیز گزارش شده است (Razmi & Chasemi, 2007; Bibi et al., 2010 ).

تعداد دانه در خوشه

سطوح آبیاری در سطح احتمال یک درصد بر تعداد دانه در خوشه معنی‌دار شد (جدول 2). بیشترین (2408 عدد) و کمترین (8/1537 عدد) تعداد دانه در خوشه به‌ترتیب در تیمار آبیاری در شرایط بدون تنش آبی (75 میلی­متر تبخیر از سطح تشتک تبخیر) و تیمار تنش آبی شدید (150 میلی­متر تبخیر از سطح تشتک تبخیر) مشاهده شد.

جدول 2- تجزیه واریانس (میانگین مربعات) عملکرد و اجزای عملکرد سورگوم دانه‌ای تحت تأثیر تیمارهای مختلف آبیاری و خاک‌ورزی

Table 2. Variance analysis (MS) of yield and yield components of grain sorghum affected by different irrigation and tillage treatments

ns، ** و *: به‌ترتیب نشان‌دهنده عدم وجود اختلاف معنی‌دار و معنی‌دار بودن در سطح احتمال یک و پنج درصد است.

Ns, * and **: Non-significant, significant at 5% and 1% of probability levels, respectively.

همچنین تفاوت معنی­داری از لحاظ آماری بین تیمار آبیاری در شرایط تنش خشکی متوسط و شرایط بدون تنش آبی در تعداد دانه در خوشه مشاهده نشد (شکل 2). به‌نظر می­رسد که تنش خشکی شدید از طریق عقیمی دانه­های گرده و افزایش تعداد دانه­های پوک در خوشه، موجب کاهش تعداد دانه در گیاه شده است. همچنین با کاهش شدید آب قابل‌دسترس برای گیاه، سطح اندام­های فتوسنتزکننده کاهش‌یافته و مواد آسمیلات کمتری نیز تولید شده است؛ در نتیجه پتانسیل تولید دانه در گیاه کاهش‌یافته است. در همین راستا بیان شد که تنش خشکی موجب کاهش تعداد گلچه­ها و تعداد دانه در سورگوم (Sarvari & Beheshti, 2012; Khazai et al., 2016)، کاهش ظهور سلول­های اولیه گل و در نتیجه کاهش تعداد غلاف در کلزا (Abulhashem et al., 1998) و همچنین کاهش تعداد دانه در طبق آفتاب‌گردان (Mazaherilaghab et al., 2001) می­شود.

وزن هزار دانه

اثر سطوح آبیاری در سطح احتمال پنج درصد بر وزن هزار دانه معنی‌دار شد (جدول 2). بیشترین وزن هزار دانه (33/31 گرم) از تیمار آبیاری در شرایط نرمال رطوبتی (75 میلی­متر تبخیر از سطح تشتک تبخیر) به‌دست آمد، اما تفاوت معنی­داری از لحاظ آماری با مقدار به‌دست‌آمده (33/30 گرم) در تیمار تنش خشکی متوسط (110 میلی­متر تبخیر از سطح تشتک تبخیر) وجود نداشت همچنین تنش خشکی شدید (150 میلی­متر تبخیر از سطح تشتک تبخیر)، موجب کمترین وزن هزار دانه (07/29 گرم) شد (شکل 3). در تیمار بدون تنش آبی، احتمالاً انتقال مواد فتوسنتزی به دانه­ها، به سبب طولانی شدن مرحله دانه­بندی و رسیدگی دانه­ها افزایش‌یافته است و در نهایت موجب افزایش وزن دانه­ها شده است، ولی در طی تنش خشکی، به دلیل عقیمی دانه­های گرده، درصد دانه­های پوک در خوشه افزایش‌یافته است؛ همچنین به دلیل کاهش ظرفیت منبع (سطح برگ)، ظرفیت مخزن (اندازه دانه­ها) نیز کاهش‌یافته و وزن هزار دانه افت کرده است. Mazaherilaghab et al (2001) اظهار داشتند که هرگونه کاهش آب در مرحله دانه­بندی، موجب کاهش وزن دانه­ها می‌شود. یافته­های سایر محققان در مورد تأثیر منفی تنش خشکی بر وزن هزار دانه سورگوم نتایج این تحقیق را تأیید کرده‌اند (Olufayo et al., 1997; Sarvari & Beheshti, 2012; Khazai et al., 2016)

شکل 2- تأثیر سطوح آبیاری بر تعداد دانه در خوشه. NW ، MW و :SW به‌ترتیب بدون تنش آبی، تنش آبی متوسط و تنش آبی شدید. ستون‌های دارای حروف مشابه از لحاظ آماری اختلاف معنی‌داری ندارند.

Figure 2. Effect of water level on number of seed per panicle. NW, MW and SW: No water stress, moderate and sever water stresses, respectively. Column with similar letters are not significantly different.

شکل 3- تأثیر سطوح آبیاری بر وزن هزار دانه. NW ، MW و SW: به‌ترتیب بدون تنش آبی، تنش آبی متوسط و تنش آبی شدید. ستون‌های دارای حروف مشابه از لحاظ آماری اختلاف معنی‌داری ندارند.

Figure 3. Effect of water level on thousand grain weight. NW, MW and SW: No water stress, moderate and sever water stresses, respectively. Column with similar letters are not significantly different.

عملکرد دانه

اثر ساده سامانه­های خاک­ورزی و سطوح آبیاری در سطح احتمال پنج درصد بر صفت عملکرد دانه معنی­دار شد (جدول 2). روش بدون خاک­ورزی نسبت به روش خاک­ورزی مرسوم، 25/16 درصد عملکرد دانه بیشتری داشت(شکل 4).. همچنین تنش خشکی شدید (150 میلی­متر تبخیر از سطح تشتک تبخیر) نسبت به تنش خشکی متوسط (110 میلی­متر تبخیر از سطح تشتک تبخیر) و آبیاری در شرایط نرمال (57 میلی­متر تبخیر از سطح تشتک تبخیر)، به‌ترتیب موجب کاهش 17 و 5/33 درصدی در عملکرد دانه شد (شکل 5). گزارش شده است که بدون خاک­ورزی نسبت به خاک­ورزی مرسوم، از طریق کاهش شیب پتانسیل آب بین ریشه و خاک و همچنین بین ریشه و برگ­های گیاه
 (Peng et al., 2019)، موجب افزایش پتانسیل آبی برگ­های گیاه شده است (Zhang et al., 2008; Wang et al., 2014) و از این طریق، سبب بهبود رشد و در نهایت افزایش عملکرد دانه خواهد شد.

شکل 4- تأثیر سامانه­های خاک­ورزی بر عملکرد دانه. ستون‌های دارای حروف مشابه از لحاظ آماری اختلاف معنی‌داری ندارند.

Figure 4. Effect of tillage systems on grain yield. Column with similar letters are not significantly different.

شکل 5- تأثیر سطوح آبیاری بر عملکرد دانه.  NW، MW و SW: به‌ترتیب بدون تنش آبی، تنش آبی متوسط و تنش آبی شدید. ستون‌های دارای حروف مشابه از لحاظ آماری اختلاف معنی‌داری ندارند.

Figure 5. Effect of water level on grain yield. NW, MW and SW: No water stress, moderate and sever water stresses,  respectively. Column with similar letters are not significantly different.

.

تأثیر مثبت بدون خاک­ورزی بر افزایش عملکرد سایر گیاهان از جمله گندم (Su et al., 2007; Jin et al., 2009) و ذرت (Munyao et al., 2019) قبلاً گزارش شده است. در طی تنش خشکی، احتمالاً به دلیل پیری زودرس برگ­ها و همچنین ریزش آن‌ها، محدودیت در تولیدات فتوسنتزی رخ‌ داده است و برآیند این عوامل، موجب کاهش ظرفیت مخزن (تعداد دانه در خوشه و وزن هزار دانه سورگوم) شده و در نهایت عملکرد دانه را کاهش داده است. Kumudini et al., (2002) کاهش ظرفیت فتوسنتزی در طی تنش خشکی را مهم‌ترین عامل کاهش‌دهنده عملکرد معرفی کرده‌اند. سایر محققان نیز معتقدند تنش خشکی موجب کاهش عملکرد دانه سورگوم می­شود که با یافته­های این تحقیق مطابقت دارد (Haussmann et al., 1998; Beheshti, & Behbodifar, 2010; Khazae & Fouman, 2012; Sarvari & Beheshti, 2012; Khazai et al., 2016).

عملکرد زیستی

اثر سطوح آبیاری در سطح احتمال یک درصد بر صفت عملکرد زیستی معنی­دار شد (جدول 2). آبیاری در تیمار بدون تنش آبی (75 میلی­متر تبخیر از سطح تشتک تبخیر)، تنش آبی متوسط (110 میلی­متر تبخیر از سطح تشتک تبخیر) و تنش آبی شدید (150 میلی­متر تبخیر از سطح تشتک تبخیر)، به‌ترتیب موجب تولید 11575، 2/9864 و 7851 کیلوگرم زیست‌توده شد (شکل 6). با توجه ‌به مطالب قبلی که تنش خشکی شدید موجب کاهش تعداد دانه در خوشه، وزن هزار دانه و عملکرد دانه شد و از آن‌جا که عملکرد زیستی، برآیندی از کل ماده خشک تولید شده در گیاه می‌باشد، بنابراین این صفت نیز در طی تنش خشکی کاهش یافت. Beheshti & Behbodifar (2010) بیان کردند تنش رطوبتی علاوه بر محدود نمودن منبع، باعث کاهش مخـزن و ظرفیت ذخیره‌ای آن شد و به‌تبع آن، عملکرد زیستی کـاهش یافت. هم‌راستا با نتایج این تحقیق، کاهش عملکرد زیستی سورگوم در پی تنش خشکی توسط سایر محققان نیز گزارش شده است (Blum, 1998; Sarvari & Beheshti, 2012; Khazai et al., 2016)

شکل 6- تأثیر سطوح آبیاری بر عملکرد زیستی.  NW، MW و SW: به‌ترتیب بدون تنش آبی، تنش خشکی متوسط و تنش خشکی شدید. ستون‌های دارای حروف مشابه از لحاظ آماری اختلاف معنی‌داری ندارند.

Figure 6. Effect of water level on biological yield. NW, MW and SW: No water stress, moderate and sever water stresses, respectively. Column with similar letters are not significantly different.

کارایی مصرف آب

اثرات ساده سامانه­های خاک­ورزی و سطوح تنش خشکی به‌ترتیب در سطح احتمال پنج و یک درصد بر کارایی مصرف آب معنی­دار شد (جدول 2). بیشترین و کمترین کارایی مصرف آب به‌ترتیب در روش بدون خاک­ورزی (02/1 کیلوگرم بر مترمکعب) و روش خاک­ورزی مرسوم (88/0 کیلوگرم بر مترمکعب) به‌دست آمد (شکل 7). همچنین کارایی مصرف آب با افزایش شدت تنش خشکی افزایش یافت و بیشینه مقدار آن (15/1 کیلوگرم بر مترمکعب) در تیمار تنش خشکی شدید (150 میلی­متر تبخیر از سطح تشتک تبخیر) مشاهده شد که افزایشی معادل 26/38 درصد نسبت به تیمار آبیاری در شرایط بدون تنش آبی (75 میلی­متر تبخیر از سطح تشتک تبخیر) داشت (شکل 8). نتایج تحقیقات مختلف نشان داد که سیستم بدون خاک­ورزی با افزایش ظرفیت نگه‌داری آب خاک، موجب بهبود رشد گیاه، افزایش عملکرد و کارایی مصرف آب سورگوم (Schlegel et al., 1999; Schlegel et al., 2018)، گندم و ذرت شد (Su et al., 2007; Shao et al., 2016)؛ با این ‌حال Baumhardt & Jones (2002) تفاوت معنی‌داری از لحاظ کارایی مصرف آب سورگوم با کاربرد روش بدون خاک‌ورزی مشاهده نکردند.

 Condon et al (2004) بیان کردند که در طی تنش خشکی، میزان فتوسنتز کاهش می­یابد، اما به دلیل افزایش مقاومت روزنه­ای، میزان اتلاف آب نسبت به کاهش سرعت فتوسنتز کمتر می‌شود؛ در نتیجه کارایی مصرف آب افزایش خواهد یافت. یافته­های سایر محققان در مورد افزایش کارایی مصرف آب سورگوم (Payne et al., 1992; Razmi & Chasemi, 2007)، ذرت (Parvizi& Nabati, 2004)، گندم و چاودار (Golestani et al., 2016) در پی تنش خشکی موید نتایج این تحقیق است.

شکل 7- تأثیر سامانه­های خاک­ورزی بر کارایی مصرف آب. ستون‌های دارای حروف مشابه از لحاظ آماری اختلاف معنی‌داری ندارند.

Figure 7. Effect of tillage system on water use efficiency. Column with similar letters are not significantly different.

شکل 8- تأثیر سطوح آبیاری بر کارایی مصرف آب.  NW، MW و SW: به‌ترتیب بدون تنش آبی، تنش آبی متوسط و تنش آبی شدید. ستون‌های دارای حروف مشابه از لحاظ آماری اختلاف معنی‌داری ندارند.

Figure 8. Effect of water level on water use efficiency. NW, MW and SW: No water stress, moderate and sever water stresses, respectively. Column with similar letters are not significantly different.

نتیجه‌گیری کلی

به‌طورکلی نتایج این تحقیق نشان داد که روش بدون خاک­ورزی موجب افزایش عملکرد دانه (25/16 درصد) و کارایی مصرف آب (72/13 درصد) نسبت به خاک­ورزی مرسوم شد. همچنین تنش خشکی شدید (150 میلی­متر تبخیر از سطح تشتک تبخیر) نسبت به آبیاری در شرایط بدون تنش آب (75 میلی­متر تبخیر از سطح تشتک تبخیر)، کاهش شدید ارتفاع بوته (7/46 درصد)، تعداد دانه در خوشه (13/36 درصد)، وزن هزار دانه (21/7 درصد)، عملکرد دانه (5/33 درصد)، و عملکرد زیستی (17/32 درصد) را در پی داشت، اما کارایی مصرف آب را 26/38 درصد افزایش داد.

REFERENCES

1. Abulhashem, L., Amin Majumdar, M. N. & Hossain, M. (1998). Drought stress on seed yield, yield attributes, growth, cell membrane stability and gas exchange of synthesized Brassica napus.  Journal of Agronomy and Crop Science, 180, 129-136.
2. Allen, R. G., Pereira, L. S., Raes, D. & Smith, M. (1998). Crop evapotranspiration-Guidelines for computing crop water requirements-FAO Irrigation and drainage paper 56. Fao, Rome, 300(9), D05109.
3. Aune, J. B., Bussa, M. T., Asfaw, F. G. & Ayele, A. A. (2001). The ox ploughing system in Ethiopia: can it be sustained?. Outlook on Agriculture, 30(4), 275-280.
4. Ayub, M., Tanveer, A., Nadeem, M. A. & Tayyub, M. (2003). Fodder yield and quality of sorghum (Sorghum bicolor) as influenced by different tillage methods and seed rates. Pak. J. Agron, 2(3), 179-184.
5. Baumhardt, R. L. & Jones, O. R. (2002). Residue management and tillage effects on soil-water storage and grain yield of dryland wheat and sorghum for a clay loam in Texas. Soil and Tillage Research, 68(2), 71-82.
6. Beheshti, A. & Behbodifar, B. (2010). Investigation of dry matter accumulation and remobilization in grain sorghum genotypes (Sorghum bicolor Moench) under normal conditions and drought stress in field conditions. Iranian Journal of Field Crops Research, 8(4), 717-725. (In Persian)
7. Bibi, A., Sadaqat, H. A., Akram, H. M., Khan, T. M. & Usman, B. F. (2010). Physiological and agronomic responses of sudangrass to water stress. Journal of Agricultural Research (03681157), 48(3).
8. Blum, A. (1998). Improving wheat grain filling under stress by stem reserve mobilisation. Euphytica, 100(1), 77-83.
9. Blum, A. (2004). Sorghum physiology. Physiology and Biotechnology Integration for Plant Breeding, CRC Press, Boca Raton, FL, USA, 141-224.
10. Brown, A. R., Cobb, C. & Wood, E. H. (1964). Effects of irrigation and row spacing on grain sorghum in the Piedmont 1. Agronomy Journal, 56(5), 506-509.
11. Condon, A. G., Richards, R. A., Rebetzke, G. J. & Farquhar, G. D. (2004). Breeding for high water-use efficiency. Journal of Experimental Botany, 55(407), 2447-2460.
12. Ejeta, G. & Knoll, J. E. (2007). Marker-assisted selection in sorghum. In Genomics-assisted crop improvement(pp. 187-205). Springer, Dordrecht.
13. Elramlawi, H. R., Mohammed, H. I., Elamin, A. W., Abdallah, O. A. & Taha, A. A. A. M. (2018). Adaptation of Sorghum (Sorghum bicolor L. Moench) Crop Yield to Climate Change in Eastern Dryland of Sudan. In Handbook of Climate Change Resilience (pp. 1-25). Springer International Publishing Cham.
14. Giller, K. E., Witter, E., Corbeels, M. & Tittonell, P. (2009). Conservation agriculture and smallholder farming in Africa: the heretics’ view. Field Crops Research, 114(1), 23-34.
15. Golestani Far, F., Mahmoodi, S., Zamani, G. R., & Sayyari Zahan, M. H. (2016). Effect of drought stress on water use efficiency and root dry weight of wheat (Triticum aesativum) and rye (Secale cereale L.) in competition conditions. Iranian Journal of Field Crops Research, 15(2), 430-450. (In Persian)
16. Hajhassani Asl, A., Moradi Agham, A., Ali ababi frahan, H. & Rassei Far, M. (2011). Three forage yield and its componts under water condition on delay in khoy zone (Iran). Environmental Biology, 5(5): 847-852.
17. Haussmann, B. I. G., Obilana, A. B., Blum, A., Ayiecho, P. O., Schipprack, W. & Geiger, H. H. (1998). Hybrid performance of sorghum and its relationship to morphological and physiological traits under variable drought stress in Kenya. Plant Breeding, 117(3), 223-229.
18. Jin, H., Qingjie, W., Hongwen, L., Lijin, L. & Huanwen, G. (2009). Effect of alternative tillage and residue cover on yield and water use efficiency in annual double cropping system in North China Plain. Soil and Tillage Research, 104(1), 198-205.
19. Khalesroo, S., Aghaalikhani, M. & Moddares Sanavy, S.A.M. 2010. Effect of nitrogen fertilizer on yield and quality of forage maize, pearl millet and sorghum in double-cropping system. Iranian Journal of Field Crops Research. 7: 930–938. (In Persian)
20. Khazaei, A. & Fouman, A. (2012). Evaluation of drought tolerance in cultivars and Advanced grain sorghum lines under low irrigation stress conditions. Journal of Crop Production, 5(3), 63-79. (In Persian)
21. Khazai, G., Saburi, A., Shabar, Z. S. & Shahbazi, M. (2016). Evaluation of grain yield of cultivars and promising lines of grain sorghum [Sorghum bicolor (L.) Moench] using of drought tolerance indices. Seed and Plant Production, 32(2), 99-118. (In Persian)
22. Kumudini, S., Hume, D. J. & Chu, G. (2002). Genetic improvement in short‐season soybeans: II. Nitrogen accumulation, remobilization, and partitioning. Crop Science, 42(1), 141-145.
23. Lewis, R. B., Hiler, E. A. & Jordan, W. R. (1974). Susceptibility of Grain Sorghum to Water Deficit at Three Growth Stages 1. Agronomy Journal, 66(4), 589-591.
24. Ludlow, M. M., Santamaria, J. M., & Fukai, S. (1990). Contribution of osmotic adjustment to grain yield in Sorghum bicolor (L.) Moench under water-limited conditions. II. Water stress after anthesis. Australian Journal of Agricultural Research, 41(1), 67-78.
25. Madarász, B., Juhos, K., Ruszkiczay-Rüdiger, Z., Benke, S., Jakab, G. & Szalai, Z. (2016). Conservation tillage vs. conventional tillage: long-term effects on yields in continental, sub-humid Central Europe, Hungary. International Journal of Agricultural Sustainability, 14(4), 408-427.
26. Mazaherilaghab, H., Nori, F., Zare-Abyane, H. & Vafai, H. (2001). Effect of final irrigation on important traits of three varieties of sunflower in dry land farming. Iranian Journal of Agricultural Research, 1, 41-44. (In Persian)
27. Morgan, J. M. (1983). Osmoregulation as a selection criterion for drought tolerance in wheat. Australian Journal of Agricultural Research, 34(6), 607-614.
28. Munyao, J. K., Gathaara, M. H. & Micheni, A. N. (2019). Effects of conservation tillage on maize (Zea mays) and beans (Phaseolus vulgaris L.) chlorophyll, sugars and yields in humic nitisols soils of Embu County, Kenya. African Journal of Agricultural Research, 14(29), 1272-1278.
29. Nakayama, F. S. & Van Bavel, C. H. M. (1963). Root Activity distribution patterns of sorghum and soil moisture conditions 1. Agronomy Journal, 55(3), 271-274.
30. Nazarli, H. & Zardashti, M. R. (2010). The effect of drought stress and super absorbent polymer (A200) on agronomical traits of sunflower (Helianthus annuus) under field condition. Cercetari Agronomice in Moldova, 3(143), 4-14.
31. Ntanos, D. A. & Koutroubas, S. D. (2002). Dry matter and N. accumulation and translocation for Indica and Japonica rice under Mediterranean conditions. Field Crops Research, 74, 93-101
32. Olufayo, A. A., Ruelle, P., Baldy, C. & Aidaoui, A. (1997). Biomass of grain sorghum (Sorghum bicolor Moench) under variable water regime. Biomass and Bioenergy, 12(5), 383-386.
33. Ozpinar, S. & Cay, A. (2005). Effect of minimum and conventional tillage systems on soil properties and yield of winter wheat (Triticum aestivum) in clay-loam in the Canakkale region. Turkish Journal of Agriculture and Forestry (Turkey), 29(1), 9-18.
34. Parvizi, Y. & Nabati, E. 2004. Effect of manure application and irrigation interval on yield indices and water use efficiency in maize (Zea mays). Pajouhesh and Sazandegi, 63, 21-29. (in Persian)
35. Payne, W. A., Drew, M. C., Hossner, L. R., Lascano, R. J., Onken, A. B. & Wendt, C. W. (1992). Soil phosphorus availability and pearl millet water‐use efficiency. Crop Science, 32(4), 1010-1015.
36. Peng, Z., Wang, L., Xie, J., Li, L., Coulter, J. A., Zhang, R., ... & Choudhary, S. (2019). Conservation tillage increases water use efficiency of spring wheat by optimizing water transfer in a semi-arid environment. Agronomy, 9(10), 583.
37. Peng, Z., Wang, L., Xie, J., Li, L., Coulter, J. A., Zhang, R., ... & Whitbread, A. (2020). Conservation tillage increases yield and precipitation use efficiency of wheat on the semi-arid Loess Plateau of China. Agricultural Water Management, 231, 106024.
38. Ramazanzadeh, S. & Asgharipour, M. R. (2011). Physiological growth responses of sorghum genotypes to impairment of plant photosynthesis using potassium iodide. Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 5(11), 1884-1890.
39. Razmi, N. & Chasemi, M. 2007. Effect of different irrigation regimes on growth, grain yield and its components of grain sorghum (Sorghum bicolor) cultivars under Isfahan conditions. Iranian Journal of Crop Sciences. 9(2):169-183. (In Persian)
40. Rockström, J., Kaumbutho, P., Mwalley, J., Nzabi, A. W., Temesgen, M., Mawenya, L. & Damgaard-Larsen, S. (2009). Conservation farming strategies in East and Southern Africa: Yields and rain water productivity from on-farm action research. Soil and Tillage Research, 103(1), 23-32.
41. Rosenow, D. T., Ejeta, G., Clark, L. E., Gilbert, M. L., Henzell, R. G., Borrell, A. K. & Muchow, R. C. (1997). Breeding for pre-and post-flowering drought stress resistance in sorghum, Journal of Experimental Botany, 58(2), 327–338.
42. Sarvari, S. M. & Beheshti, S. A. (2012). Relationship between grain yield and plant characteristics in grain sorghum genotypes under drought stress conditions. Iranian Journal of Crop Sciences, 14(2), 183-201. (In Persian)
43. Schlegel, A. J., Assefa, Y., Haag, L. A., Thompson, C. R. & Stone, L. R. (2018). Long-term tillage on yield and water use of grain sorghum and winter wheat. Agronomy Journal, 110(1), 269-280.
44. Schlegel, A. J., Dhuyvetter, K. C., Thompson, C. R. & Havlin, J. L. (1999). Agronomic and economic impacts of tillage and rotation on wheat and sorghum. Journal of Production Agriculture, 12(4), 629-636.
45. Shao, Y., Xie, Y., Wang, C., Yue, J., Yao, Y., Li, X., ... & Guo, T. (2016). Effects of different soil conservation tillage approaches on soil nutrients, water use and wheat-maize yield in rainfed dry-land regions of North China. European Journal of Agronomy, 81, 37-45.
46. Su, Z., Zhang, J., Wu, W., Cai, D., Lv, J., Jiang, G., ... & Gabriels, D. (2007). Effects of conservation tillage practices on winter wheat water-use efficiency and crop yield on the Loess Plateau, China. Agricultural Water Management, 87(3), 307-314.
47. Tabatabai, A. & Dehghan Herati, H. (2012). Effect of drought stress on yield and yield components of three grain sorghum cultivars. Journal of Crop Physiology.4(16), 53-64 (In Persian).
48. Thierfelder, C., Chivenge, P., Mupangwa, W., Rosenstock, T. S., Lamanna, C. & Eyre, J. X. (2017). How climate-smart is conservation agriculture (CA)?–its potential to deliver on adaptation, mitigation and productivity on smallholder farms in southern Africa. Food Security, 9(3), 537-560.
49. Tripathi, R. P., Kafil, I. & Ogbazghi, W. (2015). Tillage and irrigation requirements of sorghum (Sorghum bicolor) at Hamelmalo, Anseba Region of Eritrea. Open Journal of Soil Science, 5(12), 287.
50. Valadabadi, A., Mazaheri, D., Normohamadi, G. & Hashemi, A. (2000). Effect of drought stress on quality and quantitiy and growth characteristics of corn-sorghum and millet. Iranian Journal of Agron Science. 2(1): 39-47. (In Persian)
51. Wang, K., Zhang, R., Dong, B. & Xie, J. (2014). Effect of long-term conservation tillage on soil water regimes and leaf water potential of crops in rainfed areas of the Loess Plateau. Acta Ecol. Sin, 34, 3752-3761.
52. Wu, J., Cai, L. Q., Luo, Z. Z., Li, L. L. & Zhang, R. Z. (2014). Effects of conservation tillage on soil physical properties of rainfed field of the Loess Plateau in Central of Gansu.  Soil Water Conserv, 28, 112-117.
53. Zhang, M., Zhang, R. Z. & Cai, L. Q. (2008). Leaf water potential of spring wheat and field pea under different tillage patterns and its relationships with environmental factors. . The Journal of Applied Ecology, 19(7), 1467-1474.

[1]- No water stress

[2]- Moderate water stress

[3]- Severe water stress