Effect of irrigation and nitrogen fertilizer on yield, inputs use efficiency and seed quality of sesame cultivars

مقدمه

دانه ­های روغنی از جمله گیاهان زراعی هستند که در چند سال اخیر مورد توجه قرار گرفته اند. با توجه به اهمیت روغن خوراکی به‌عنوان یک کالای اساسی در سبد خانوار و همچنین واردات 86 درصدی روغن مورد نیاز کشور (Gholamhoseini, 2020)، تحقیقات گسترده در زمینه انواع دانه ­های روغنی ضروری می­باشد. سطح زیر کشت کنجد در کشور، حدود 42 هزار هکتار و عملکرد آن به‌طور تقریبی بین 600 تا 700 کیلوگرم در هکتار می­باشد (FAO, 2020). دانه گیاه کنجد به علت دارا بودن درصد زیاد روغن و مقدار مناسب پروتئین، به‌عنوان یک منبع تغذیه­ای مهم محسوب می­شود (Ebrahimian et al., 2019).

گرچه کنجد به‌عنوان گیاه مقاوم به خشکی شناخته می­شود، اما در این گیاه نیز مشابه با سایر گیاهان زراعی دیگر، عملکرد رابطه بالقوه نزدیکی با قابلیت دسترسی به آب دارد. در همین زمینهMensah et al.,  (2006) گزارش کردند که محدودیت آب، منجر به کاهش رشد و عملکرد دانه کنجد می­شود. همچنین Kassab et al.,  (2005) دریافتند که کمبود آب در مرحله رشد رویشی می­تواند عملکرد کنجد را به دلیل کاهش ارتفاع بوته و کاهش تعداد کپسول در بوته حتی تا نصف تقلیل دهد. علاوه بر عملکرد کمی، تیمارهای آبیاری می­توانند عملکرد کیفی کنجد را نیز تحت تاثیر قرار دهند. گزارش شده است که آبیاری مناسب می­تواند موجب افزایش درصد و عملکرد روغن شود، در صورتی‌که تنش خشکی موجب کاهش آن‌ها می­شود (et al., 2019 Ebrahimian). با توجه به خشکسالی­های پی در پی در کشور، این احتمال می­رود که کنجد با توجه به سازگاری آن به شرایط کم آبی  بتواند جایگاه ویژه­ای را در تولید روغن با کیفیت مورد نیاز کشور به خود اختصاص دهد.

همچنین گرچه کنجد به‌عنوان گیاهی با نیاز کودی پایین شناخته می­شود، اما در این گیاه نیز فراهمی عناصر غذایی به‌ویژه نیتروژن تاثیر مستقیمی بر عملکرد دارد. در میان عناصر غذائی مختلفی که در بافت گیاهی یافت می­شود، نیتروژن بیشترین غلظت را دارد و نقش مهمی در افزایش عملکرد ایفا می‌کند، به‌طوری‌که کمبود آن بیش از سایر عناصر غذائی عملکرد را محدود می­کند (Malik et al., 2003). در حال حاضر مهم­ترین روش تامین نیتروژن مورد نیاز کشاورزی، استفاده از کودهای نیتروژنی است. برای تولید اقتصادی محصولات مختلف از جمله کنجد و تامین نیاز غذائی جامعه، مدیریت نیتروژن از اولویت ویژه­ای برخوردار است. گزارش شده است که نیتروژن کافی، رشد گیاه کنجد را از طریق توسعه سطح برگ و افزایش دوام سطح برگ ارتقا می­بخشد
(Mekonnen et al., 2016). همچنین مصرف بهینه کود نیتروژن، عملکرد دانه و درصد پروتئین دانه کنجد را افزایش می­‌دهد، درحالی‌که مقادیر بالای نیتروژن ممکن است درصد روغن دانه کنجد را کاهش دهد (Hwang, 2005). تحقیقات  (2014) Patel et al. نشان داد که عملکرد دانه کنجد با کاربرد 75 کیلوگرم نیتروژن در هکتار به صورت خطی افزایش یافت. در مقابل Sharma  (2005) نیاز نیتروژنی کنجد را به منظور دستیابی به حداکثر عملکرد دانه، 60 کیلوگرم نیتروژن در هکتار گزارش کرد. این نتایج نشان می­دهد که با توجه به شرایط اقلیمی و ارقام مورد استفاده، نیاز نیتروژنی گیاه کنجد متفاوت است. از طرف دیگر، انتخاب دقیق و استفاده بهینه از ارقام اصلاح شده و لاین­های پرمحصول، متحمل و مقاوم به تنش­های زنده و غیرزنده و سازگار با شرایط مختلف اقلیمی در بهبود امنیت غذایی و افزایش سطح درآمد کشاورزان کمک به­سزایی می­کند.

باید توجه داشت که در شرایطی که فراهمی آب محدود است، مدیریت غیر اصولی سایر نهاده­ها و انتخاب نامناسب رقم می­تواند منجر به از دست رفتن منابع مهم شامل آب و نیتروژن شود. با توجه به این‌که کمبود آب، جذب عناصر غذایی به ویژه نیتروژن را تحت تاثیر قرار  می­دهد، بنابراین مصرف متعادل نیتروژن با توجه به فراهمی رطوبت در خاک حائز اهمیت است. بر این اساس و با توجه به کمبود منابع آبی در کشور و نقش متقابل آب و نیتروژن در کارایی مصرف نهاده­ها، این پژوهش به‌منظور بررسی اثرات سطوح مختلف آبیاری و کود نیتروژن و نیز اثرات متقابل آن‌ها بر عملکرد کمی و کیفی و کارایی استفاده از نهاده­ها در سه رقم کنجد انجام شد.

مواد و روش‌ها

آزمایش در سال­های­ زراعی 1396 و 1397 در مزرعه پژوهشی موسسه اصلاح و تهیه نهال و بذر کرج، واقع در محمد شهر کرج با مختصات جغرافیائی 35 درجه و 80 دقیقه عرض شمالی و 50 درجه و 97 دقیقه طول شرقی و ارتفاع 1323 متر از سطح دریا اجرا شد. قبل از اجرای آزمایش و به منظور تعیین ویژگی­های فیزیکی و شیمیائی خاک محل آزمایش، نمونه مرکبی از عمق صفر تا 30 و 30 تا 60 سانتی­متری خاک تهیه و به آزمایشگاه ارسال شد. ویژگی­های فیزیکی و شیمیائی خاک محل آزمایش در جدول 1 ارائه شده است. همچنین داده­های هواشناسی جمع آوری شده در طول اجرای آزمایش (سال 1396 و 1397) و اطلاعات بلند مدت (30 ساله) به تفکیک هر ماه در شکل 1 ارایه آمده است. 

جدول 1- ویژگی­های فیزیکی و شیمیایی خاک محل آزمایش.

Table 1. Physiochemical properties of the the experimental site soil.

OM: ماده آلی، FC: ظرفیت زراعی، CEW: رطوبت قابل استخراج توسط گیاه، AW: رطوبت قابل دسترس، vm: رطوبت حجمی. ویژگی­های خاک بر اساس روش Tando (2005) تعیین شد.

OM: Organic matter; FC: Field capacity; CEW: Crop extractable water; AW: Available water; vm: volumetric moisture. The soil characteristics were determined according to Tandon (2005).

شکل 1- ماهانه بارندگی و تغییرات دمائی در فصول کشت و میانگین دراز مدت.

Figure 1. Monthly precipitation and temperature changes in growing seasons and long-term average.

در هر دو سال، آزمایش­ها به صورت کرت­های خرد شده-فاکتوریل و در قالب طرح پایه بلوک­های کامل تصادفی با سه تکرار اجرا شد. در این آزمایش، سه عامل رژیم آبیاری در دو سطح (آبیاری پس از مصرف 40 درصد رطوبت قابل استفاده در خاک (آبیاری کامل) و آبیاری پس از مصرف 80 درصد رطوبت قابل استفاده در خاک (کم آبیاری))، کود نیتروژن در سه سطح (صفر، 60 و 120 کیلوگرم نیتروژن در هکتار (از منبع اوره)) و ارقام مختلف گیاه کنجد (سه رقم کنجد به نام­های اولتان، دشتستان 2 و ناز تک شاخه) (جدول 2) مورد بررسی قرار گرفتند. در این آزمایش، رژیم آبیاری در کرت­های اصلی و فاکتوریل دو عامل دیگر در کرت­های فرعی قرار گرفتند.

جدول 2- ویژگی­های ارقام

Table 2. Cultivars properties

پس از اجرای عملیات آماده­سازی زمین شامل شخم، دیسک و ایجاد فارو در محل اجرای آزمایش، بذرهای کنجد در 23 خرداد ماه سال 1396 و 25 خرداد ماه سال 1397 در کرت­های آزمایشی کشت شدند. مساحت هر واحد آزمایشی حدود 15 مترمربع و هر کرت شامل هشت ردیف کاشت به طول پنج متر بود. فاصله­ای به اندازه شش متر بین کرت­های اصلی، شش متر بین بلوک­ها و یک متر بین کرت­های فرعی برای جلوگیری از تداخل تیمارهای آزمایشی و سایر مراحل اجرای آزمایش در نظر گرفته شد. بذرهای کنجد در واحدهای آزمایشی ابتدا به صورت متراکم کشت شدند و سپس در مراحل اولیه رشد و نمو (سه تا چهار برگی) تنک شدند، به­طوری­که تراکم 33 بوته در مترمربع (فاصله 60 سانتی متری ردیف‌های کشت از هم و فاصله تقریبی پنج سانتی­متری بوته از هم روی ردیف­ها) به‌دست آمد شد. در این آزمایش قبل از کاشت، مزرعه با علفکش ترفلان (تری فلورالین، دو لیتر در هکتار) تیمار شد، اما به دلیل غنی بودن بانک بذری خاک از بذر گونه‌های مختلف علف‌های ‌هرز، عملیات وجین در طول فصل رشد به‌طور مرتب و در فواصل زمانی کوتاه انجام گرفت.

برای آبیاری مزرعه از لوله­های پلی­اتیلنی همراه با نوارهای آبیاری قطره­ای و یک کنتور حجمی برای اندازه­گیری مقدار آب مصرف شده استفاده شد. جدول زمان­بندی آبیاری واحدهای آزمایشی بر اساس روش تغییرات درصد حجمی رطوبت خاک انجام شد. در این روش، هنگامی که درصد رطوبت خاک از حد مشخصی کمتر شود، آبیاری انجام می­گیرد. مقدار رطوبت قابل استفاده نیز از تفاوت درصد حجمی رطوبت در نقطه ظرفیت زراعی (FC) از درصد حجمی رطوبت در نقطه رطوبت قابل استخراج توسط گیاه (CEW) به‌دست آمد. برای کنترل رطوبت خاک از دستگاه T.D.R (Time-Domain Reflectometry, Model 6050 X1, SOILMOISTURE EQUIPMENT CORP) استفاده شد. عمق صفر تا 60 سانتی­متری به‌عنوان عمق توسعه ریشه با در نظر داشتن عمق خاک زراعی در محل اجرای آزمایش، انتخاب شد. در هر مرحله از آبیاری، کرت­ها به­طور مساوی (به‌وسیله قرائت کنتور) به روش قطره­ای، آبیاری شدند. مجموع آب مصرف شده به­صورت آبیاری در سال 1396 برابر 4430 (در تیمار آبیاری کامل) و 2430 (در تیمار کم آبیاری) متر مکعب در هکتار و در سال 1397 به­ترتیب در رژیم آبیاری کامل و کم آبیاری برابر 4180 و 2050 متر مکعب در هکتار بود. کود اوره به صورت تقسیط شده بر اساس تیمارهای کودی در دو مرحله، یک دوم در مرحله سه تا چهار برگی کنجد و مابقی به صورت جایگذاری کنار ردیف­های کاشت، در مرحله هفت تا نه برگی کنجد به کار برده شد. با توجه به کافی بودن مقادیر پتاسیم، فسفر و سایر عناصر ریز مغذی قابل دسترس خاک (جدول 1)، هیچگونه کود دیگری مصرف نشد.

برداشت نهایی برای محاسبه عمکلرد دانه و شاخص برداشت در تاریخ 22 و 30 مهرماه به­ترتیب در سال اول و دوم آزمایش انجام گرفت. مساحت برداشت شده هر کرت از ردیف­های میانی با لحاظ در نظر گرفتناثر حاشیه، بیش از چهار مترمربع بود. عملکرد دانه بر اساس رطوبت 10 درصدی دانه محاسبه شد. شاخص برداشت (HI) بر اساس نسبت عملکرد دانه بر عملکرد ماده خشک محاسبه شد و درصد روغن دانه پس از خشک کردن دانه­ها، با استفاده از دستگاه رزونانس مغناطیس هسته­ای (Nuclear Magnetic Resonance, minispec mq 20 NMR Analyzer, Bruker, Rheinstetten, Germany)  اندازه­گیری شد. عملکرد روغن نیز از حاصل­ضرب درصد روغن دانه در عملکرد دانه در واحد سطح به‌دست آمد. به‌منظور تعیین درصد پروتئین دانه، به روش تیتراسیون بعد از تقطیر و با استفاده از دستگاه کجلدال (Kjeltec Auto 1030 Analyzer,Tecator)، غلظت نیتروژن کل در دانه اندازه­گیری شد و از حاصل­ضرب غلظت نیتروژن دانه در عدد 25/6 درصد پروتئین دانه محاسبه شد. کارایی مصرف نیتروژن (Nitrogen Use Efficiency; NUE) نیز بر اساس نسبت عملکرد دانه به نیتروژن مصرفی و کارایی مصرف آب (Water Use Efficiency; WUE) بر اساس نسبت عملکرد دانه (کیلوگرم در هکتار) بر مقدار آب آبیاری مصرفی (مترمکعب در هکتار) محاسبه شد (Gholamhoseini et al., 2013).

کلیه تجزیه‌های آماری با استفاده از نرم‌افزار SAS نسخه 3/9 انجام گرفت و برای مقایسه میانگین‌ها اصلی از آزمون LSD در سطح احتمال پنج درصد استفاده شد و در صورت معنی­دار بودن اثر متقابل، برش­دهی انجام شد و مقایسه میانگین­ها با استفاده از آزمون lsmeans صورت گرفت. همچنین برای رسم منحنی‌ها از نرم‌افزار Excel استفاده شد. شایان ذکر است، با توجه به این‌که نتایج آزمون بارتلت نشان داد که در تمامی صفات بررسی شده، فرض تجانس واریانس­ها در دو سال صادق می­باشد، در این آزمایش از تجزیه مرکب داده­ها و برای مقایسات میانگین از میانگین دو سال داده­ها استفاده شد.

نتایج و بحث

عملکرد دانه

اثر اصلی تیمارهای آزمایشی و اثر متقابل سه جانبه رژیم آبیاری در رقم در نیتروژن بر عملکرد دانه کنجد معنی­دار بود (p≤ 0.01) (جدول 3).

جدول 3- تجزیه واریانس اثر تیمارهای آزمایشی بر صفات اندازه گیری شده.

Table 3. Variance analysis of the effects of different treatments on the measured traits.

S.O.V: منابع تغییر، SY: عملکرد دانه، HI: شاخص برداشت، WUE: کارایی مصرف آب، NUE: کارایی مصرف نیتروژن، SOC: محتوی روغن دانه، OY: عملکرد روغن، SPC: محتوی پروتئین دانه.  Yr: سال، R: تکرار، Ir: آبیاری، N: نیتروژن، C: رقم.

ns، ** و *: به‌ترتیب بدون اثر معنی­دار، معنی­دار در سطح احتمال پنج و یک درصد.

S.O.V: Source of variance; SY: seed yield; HI: harvest index; WUE: water use efficiency; NUE: nitrogen use efficiency; SOC: grain oil content; OY: oil yield; SPC: grain protein content. Yr: year; R: replication; Ir: irrigation; N: nitrogen; C: cultivar.

 ns, ** and *,:Non significant and significant at the 1% and 5% of probability levels, respectively.

نتایج نشان داد که تاثیر مثبت نیتروژن بر عملکرد دانه ارقام کنجد با افزایش فراهمی آب افزایش و در شرایط کمبود آب به شدت کاهش یافت (شکل­ 2). افزایش نیتروژن مصرفی از صفر به 120 کیلوگرم در هکتار، باعث افزایش 111، 70 و 62 درصدی عملکرد دانه کنجد به­ترتیب در ارقام اولتان، دشتستان 2 و ناز تک شاخه در شرایط آبیاری کامل شد. افزایش عملکرد دانه کنجد در پاسخ به افزایش نیتروژن مصرفی و در شرایط عدم تنش خشکی در سایر تحقیقات نیز گزارش شده است (Shakeri et al., 2013). در واقع فراهمی بیشتر نیتروژن از طریق افزایش سرعت رشد گیاه، باعث افزایش شاخص سطح برگ و افزایش پوشش گیاه بر سطح زمین شده است که منجر به افزایش دریافت تشعشع، افزایش تثبیت دی اکسید کربن و در نهایت افزایش عملکرد دانه می‌شود. در تیمار کم آبیاری، پاسخ عملکرد دانه ارقام به کاربرد نیتروژن ضعیف­تر بود و افزایش نیتروژن مصرفی از صفر به 120 کیلوگرم در هکتار، به­ترتیب 39، 57 و هشت درصد  عملکرد دانه ارقام اولتان، دشتستان 2 و ناز تک شاخه را افزایش داد. به عبارت دیگر در تمامی ارقام، شدت اثرگذاری نیتروژن بر عملکرد دانه با بروز کم آبی کاهش یافت (شکل­ 2).

شکل 2- اثر متقابل آبیاری در نیتروژن در رقم بر عملکرد دانه کنجد، برش­دهی شده در تیمار آبیاری کامل (A) و کم آبیاری (B). داده‌ها میانگین دو سال آزمایش است (1396 و 1397). خطوط بار نشان‌دهنده خطای معیار است.

Figure 2. Interaction effect of irrigation regimes × N rates × sesame cultivars on grain yield sliced in full irrigation regime (A) and under deficit irrigation regime (B). Results are average of 2 years (2016 and 2017). Bars show standard error.

بر طبق نتایج(2000) Hermanson et al.  جذب نیتروژن در گیاهان به جریان توده­ای آب در خاک وابسته است و بروز کم آبی می­تواند سبب کاهش رشد و عملکرد از طریق کاهش جذب نیتروژن شود. در شرایط آبیاری کامل در هر سه تیمار کودی مورد بررسی، رقم ناز تک شاخه کمترین، رقم دشتستان 2 در سطح کودی صفر و رقم اولتان در تیمارهای کاربرد 60  و 120 کیلوگرم نیتروژن در هکتا،ر بیشترین عملکرد دانه را نشان دادند (شکل 2). همچنین نتایج بیانگر آن است که در شرایط کم آبیاری، برتری از نظر عملکرد دانه در سطوح مختلف کودی با رقم دشتستان 2 بود (شکل 2). با در نظر گرفتن 500 کیلوگرم در هکتار به‌عنوان حداقل عملکرد قابل قبول در زراعت کنجد (Gholamhoseini, 2020)، نتایج نشان داد که در تیمار آبیاری کامل، کاربرد کود نیتروژنی برای هر سه رقم قابل توجیه بود، به‌طوری‌که حداکثر عملکرد دانه در ارقام اولتان (1106 کیلوگرم در هکتار)، دشتستان 2 (1012 کیلوگرم در هکتار) و ناز تک شاخه (634 کیلوگرم در هکتار) به­ترتیب با مصرف 115، 117 و 100 کیلوگرم نیتروژن در هکتار به‌دست آمد. در مقابل، در شرایط کم آبیاری در هیچکدام از ارقام، حداقل عملکرد قابل قبول حتی با مصرف مقادیر بالای نیتروژن (60 و 120 کیلوگرم در هکتار) به‌دست نیامد.

شاخص برداشت

بر اساس جدول 3، اثر اصلی تیمارهای آزمایشی و اثرات متقابل دو جانبه آن‌ها (رژیم آبیاری در رقم و رژیم آبیاری در نیتروژن) بر شاخص برداشت معنی­دار بود. مقایسه میانگین اثر متقابل رژیم آبیاری در رقم نشان می­دهد که در تیمار آبیاری کامل، شاخص برداشت رقم اولتان به‌طور معنی­داری بیشتری از دو رقم دیگر بود (جدول 4). در مقابل و در شرایط کم آبیاری، برتری از آن رقم دشتستان 2 بود؛ هرچند اختلاف معنی­داری با رقم اولتان نداشت (جدول 4). همچنین مقایسه میانگین اثر متقابل رژیم آبیاری در نیتروژن حاکی از آن است که در شرایط آبیاری کامل، افزایش هر سطح نیتروژن با افزایش شاخص برداشت همراه بود، اما در تیمار کم آبیاری، افزایش نیتروژن مصرفی از 60 به 120 کیلوگرم در هکتار، شاخص برداشت را کاهش داد (جدول 4). به‌نظر می­رسد که افزایش کاربرد نیتروژن از 60 به 120 کیلوگرم در هکتار در شرایط کم آبیاری، سبب کاهش کارایی توزیع مواد فتوسنتزی نسبت به اندام­های زایشی در گیاه شده است. به عبارت دیگر، هنگامی‌که آب به اندازه کافی در اختیار گیاه نمی­باشد، فراهی زیاد نیتروژن ممکن است توازن بین رشد رویشی و زایشی گیاه را مختل کند که این فرآیند با کاهش شاخص برداشت، بر عملکرد دانه اثر منفی دارد. در هر دو سال آزمایش، همبستگی مثبت و مستقیمی بین عملکرد دانه و شاخص برداشت وجود داشت (r _{first year} = 0.87**; r _{second year} = 0.73**). بنا بر نظر Dipenbrock   (2000)برای یک سطح مشخص عملکرد ماده خشک، شاخص برداشت بزرگتر، عملکرد دانه بیشتری تولید می­کند.

جدول 4- مقایسه میانگین اثرات متقابل بر شاخص برداشت

Table 4. Mean comparison the of interaction effects of treatments on harvest index (HI)

میانگین‌های دارای حروف مشابه در هر ستون و در هر رژیم آبیاری، اختلاف معنی داری در سطح آماری پنج درصد ندارند..

Means with the same letter in the same column are not significantly different (p ≤0.05).

کارایی مصرف آب

اثر متقابل سه جانبه رژیم آبیاری × رقم × نیتروژن بر کارایی مصرف آب کنجد معنی­دار بود (جدول 3). در شرایط آبیاری کامل و در شرایط عدم مصرف کود نیتروژن، بین ارقام از نظر کارایی مصرف آب تفاوت معنی­داری مشاهده نشد (شکل 3). با افزایش نیتروژن مصرفی به 60 و 120 کیلوگرم در هکتار، رقم اولتان بیشترین و رقم ناز تک شاخه کمترین کارایی مصرف آب را نشان دادند (شکل 3). در شرایط کم آبیاری و در تمامی سطوح کودی، رقم دشتستان 2 بیشترین کارایی مصرف آب را نشان داد (شکل 3).

شکل 3- اثر متقابل آبیاری در نیتروژن در رقم بر کارایی مصرف آب کنجد، برش­دهی شده در تیمار آبیاری کامل (A) و کم آبیاری (B). برای هر تیمار کودی، میانگین‌های دارای حروف مشابه، اختلاف معنی­داری در سطح آماری پنج درصد ندارند. داده­ها میانگین دو سال آزمایش است (1396 و 1397).

Figure 3. Interaction effect of irrigation regimes × N rates × sesame cultivars on water use efficiency (WUE) sliced in full irrigation regime (A) and under deficit irrigation regime (B). For each N treatment, means with the same letter are not significantly different (p ≤0.05). The results are average of 2 years (2016 and 2017).

بیشترین مقدار کارایی مصرف آب در تیمار آبیاری کامل از رقم اولتان با مصرف 120 کیلوگرم نیتروژن در هکتار به‌دست آمد، به­طوری‌که این رقم به ازای مصرف هر یک مترمکعب آب، 37/0 کیلوگرم دانه تولید کرد. در مقابل در تیمار کم آبیاری، رقم دشتستان 2 با دریافت 120 کیلوگرم نیتروژن در هکتار، حداکثر کارایی مصرف آب را نشان داد و به ازای مصرف هر یک مترمکعب آب، 26/0 کیلوگرم دانه تولید کرد. نتایج نشان داد که رژیم کم آبیاری در مقایسه با آبیاری کامل، باعث کاهش کارایی مصرف آب شد. در مورد اثر مقدار آب مصرفی بر کارایی مصرف آب، نتایج متفاوتی گزارش شده است. برخی از پژوهشگران که شرایط تنش کم آبی شدید را بر گیاه اعمال کرده­اند به این نتیجه رسیدند که تیمار تنش شدید خشکی، باعث کاهش معنی­دار کارایی مصرف آب می­شود (Katerji et al., 2009). در مقابل، در آزمایش­هایی که اثر تنش­های ملایم کم آبی بر کارایی مصرف آب گیاهان زراعی مورد ارزیابی قرار گرفته است، تیمارهای تنش باعث افزایش کارایی مصرف آب شده است (Norwood & Dumler, 2002). گزارش شده است که در شرایط کم آبی شدید، تلفات آب بر اثر تعرق، کمتر از فتوسنتز گیاه کاهش می‌یابد که نتیجه آن، کاهش کارایی مصرف آب می­باشد (Katerji et al., 2009). از طرف دیگر، در هر سه رقم و در هر دو رژیم آبیاری، افزایش نیتروژن مصرفی با افزایش کارائی مصرف آب همراه بود. افزایش وزن خشک، تراکم و گسترش ریشه گیاهان زراعی از جمله کنجد در اثر مصرف نیتروژن گزارش شده است (Ghasemi Hamedani et al., 2020). بنابراین می­توان انتظار داشت که به دلیل اثر مثبت نیتروژن بر ویژگی­های ریشه، توانائی گیاه برای جذب آب و عناصر غذائی افزایش یابد که افزایش کارائی مصرف آب را در پی دارد.

کارایی مصرف نیتروژن

علاوه بر اثر اصلی تیمارهای آزمایشی، برهمکنش دو جانبه رژیم آبیاری × نیتروژن، رژیم آبیاری × رقم و رقم × نیتروژن بر کارایی مصرف نیتروژن معنی­دار بود (جدول 3). نتایج نشان داد که در هر دو رژیم آبیاری، کارایی مصرف نیتروژن با افزایش نیتروژن مصرفی کاهش یافت (جدول 5). کاهش کارایی مصرف نیتروژن در اثر افزایش نیتروژن به‌کار برده شده توسط Gholamhoseini et al.  (2013)  در گیاه ذرت وHocking et al.  (2002) در گیاه کلزا نیز گزارش شده است. پژوهشگرانی مانندLeghari et al.  (2019)، یکی از دلایل اصلی کاهش کارایی مصرف نیتروژن در اثر افزایش مصرف کود را با هدرروی نیتروژن به ویژه از طریق آبشوئی مرتبط می­دانند. نتایج نشان داد که در تیمار مصرف 60 کیلوگرم نیتروژن در هکتار، هر یک کیلوگرم نیتروژن به‌کاربرده شده، باعث تولید 7/19 و 70/6 کیلوگرم دانه در هکتار به­ترتیب در تیمارهای آبیاری کامل و کم آبیاری شد. در مقابل با افزایش نیتروژن مصرفی به 120 کیلوگرم در هکتار، تفاوت دو رژیم آبیاری کاهش یافت و به­ترتیب در تیمارهای آبیاری کامل و کم آبیاری هر یک کیلوگرم نیتروژن به‌کاربرده شده، موجب تولید 1/11 و 53/3 کیلوگرم دانه در هکتار شد. به عبارت دیگر، اثر منفی کم آبی بر کارایی مصرف نیتروژن در مقادیر پائین نیتروژن مصرفی شدید و با افزایش نیتروژن مصرفی تخفیف می­یابد. در شرایط کم آبی، جریان توده­ای برای دسترسی ریشه­ها به نیتروژن کاهش می­یابد که باعث کاهش جذب نیتروژن و در نهایت کاهش کارایی مصرف نیتروژن می­شود. در برهمکنش رژیم آبیاری × رقم نیز مشاهده شد که در تیمار آبیاری کامل، رقم اولتان و در تیمار کم آبیاری، رقم دشتستان 2 بیشترین کارایی مصرف نیتروژن را نشان دادند (جدول 5). در هر دو تیمار آبیاری، حداقل کارایی مصرف نیتروژن از رقم ناز تک شاخه به‌دست آمد (جدول 5). همچنین نتایج نشان داد که با افزایش نیتروژن مصرفی، کارایی مصرف نیتروژن در هر سه رقم کاهش یافت. با این حال ارقام اولتان و دشتستان 2 در مقایسه با رقم ناز تک شاخه، کارایی مصرف نیتروژن بیشتری را در هر سطح از نیتروژن مصرفی داشتند (جدول 5).

جدول 5- مقایسه میانگین اثرات متقابل بر کارایی مصرف نیتروژن

Table 5. Mean comparison of the interaction effects of treatments on nitrogen use efficiency (NUE)

میانگین‌های دارای حروف مشابه در هر ستون و در هر رژیم آبیاری، اختلاف معنی داری در سطح آماری پنج درصد ندارند..

Means with the same letter in the same column are not significantly different (p ≤0.05).

درصد روغن دانه و عملکرد روغن

تنها اثر اصلی تیمارهای آزمایشی بر درصد روغن دانه معنی­دار بود و اثر متقابل معنی­داری در این صفت مشاهده نشد (جدول 3). درصد روغن دانه در شرایط کم آبیاری به‌طور معنی­داری کاهش یافت، به‌طوری‌که تیمار کم آبیاری در مقایسه با آبیاری کامل، باعث افت هشت درصدی روغن دانه کنجد شد (جدول 6).

جدول 6- مقایسه میانگین اثرات اصلی تیمارهای آزمایشی بر درصد روغن دانه

Table 6 - Mean comparison of the effect comparison of treatments on grain oil percentage

میانگین‌های دارای حروف مشابه در هر ستون و در هر رژیم آبیاری، اختلاف معنی داری در سطح آماری پنج درصد ندارند..

Means with the same letter in the same column are not significantly different (p ≤0.05).

اگرچه پژوهشگرانی مانند Ensiye & Khorshid  (2010) بیان کردند که درصد روغن دانه گیاهان زراعی در درجه اول تحت کنترل عوامل ژنتیکی می­باشد، اما Ebrahimian et al.  (2019)اظهار داشتند که درصورتی‌که گیاه در معرض تنش­های شدید محیطی باشد، مقدار روغن دانه به دلیل کاهش توانائی گیاه برای سنتز اسیدهای چرب (ناشی از کاهش توان فتوسنتزی گیاه) کاهش می­یابد. همانطور که انتظار می­رفت، درصد روغن دانه کنجد با افزایش نیتروژن مصرفی کاهش یافت (جدول 6). کمینه و بیشینه درصد روغن دانه به‌ترتیب از کاربرد صفر و 60 کیلوگرم نیتروژن در هکتار به‌دست آمد (جدول 6). بررسی نتایج ارائه شده توسط سایر پژوهشگران نیز موید این نکته است که مصرف نیتروژن، اغلب موجب کاهش مقدار روغن دانه گیاهان زراعی می­شود (Nouriyani, 2015; Li et al., 2017). محققین مختلف دلایل متعددی را برای تشریح اثر منفی نیتروژن بر درصد روغن دانه گیاهان روغنی گزارش کرده­اند. بنا بر نتایج Jackson (2000)، تاخیر در رسیدگی و طولانی شدن دوره رشدی گیاه ناشی از مصرف نیتروژن، به‌عنوان یک دلیل مهم برای کاهش درصد روغن دانه کلزا در واکنش به مصرف نیتروژن مطرح شده است. در مقابل Rathke et al. (2005) گزارش کردند که فراهمی بیشتر نیتروژن برای گیاه، باعث افزایش تشکیل پیش‌زمینه­های پروتئین­دار می­شود و رقابت مواد اولیه (کربوهیدرات­ها) را برای تشکیل مواد پروتئینی و یا اسیدهای چرب به سمت تشکیل مواد پروتئینی هدایت می­کند. در بین ارقام کنجد نیز از نظر درصد روغن دانه، اختلاف  معنی­داری مشاهده شد، به‌طوری‌که رقم دشتستان 2 بیشترین (51 درصد) و رقم ناز تک شاخه کمترین (47 درصد) درصد روغن دانه را تولید کردند (جدول 6). سایر محققان نیز به تفاوت درصد روغن دانه ارقام و ژنوتیپ­های مختلف کنجد اشاره داشته­اند
(Yol et al., 2015). همچنین نتایج نشان داد که در شرایط آبیاری کامل و در تیمارهای کاربرد کود نیتروژن، اگر چه رقم اولتان بیشترین عملکرد روغن را تولید کرد، با این حال تفاوت معنی­داری با رقم دشتستان 2 نداشت (شکل 4). در شرایط کم آبیاری و در تمامی سطوح کودی، برتری معنی­دار در عملکرد روغن، از آن رقم دشتستان 2 بود (شکل 4). از طرف دیگر در هر دو رژیم آبیاری و در تیمارهای مختلف کودی، رقم ناز در مقایسه با سایر ارقام، حداقل عملکرد روغن را تولید کرد (شکل 4). به دلیل ارتباط مستقیم بین عملکرد دانه با عملکرد روغن (r _{first year} = 0.90**; r _{second year} = 0.88**)، مجموعه عواملی که در تیمارهای مختلف منجر به کاهش یا افزایش عملکرد دانه می­شوند، در کاهش یا افزایش عملکرد روغن نیز نقش مستقیمی دارند. به‌عنوان مثال، همان‌طور که حداکثر عملکرد دانه در رژیم آبیاری کامل و کاربرد کود نیتروژن در هر سه رقم بیشتر از 60 کیلوگرم در هکتار بود، حداکثر عملکرد روغن نیز در شرایط مشابه به دست آمد.

شکل 4- اثر متقابل آبیاری در نیتروژن در رقم بر عملکرد روغن کنجد برش­دهی شده در تیمار آبیاری کامل (A) و کم آبیاری (B). برای هر تیمار کودی، میانگین‌های دارای حروف مشابه، اختلاف معنی داری در سطح آماری پنج درصد ندارند. داده­ها میانگین دو سال آزمایش است (1396 و 1397).

Figure 4. Interaction effect of irrigation regimes × N rates × sesame cultivars on sesame oil yield sliced in full irrigation regime (A) and under deficit irrigation regime (B). For each N treatment, means with the same letter are not significantly different (p ≤0.05). The results are average of 2 years (2016 and 2017).

درصد پروتئین دانه

نتایج تجزیه واریانس داده­ها نشان داد که اثر متقابل سه جانبه رژیم آبیاری × رقم × نیتروژن بر درصد پروتئین دانه و عملکرد پروتئین کنجد معنی­دار بود (جدول 3). اگرچه فراهمی نیتروژن برای تمامی ارقام در تیمارهای مختلف آبیاری، باعث افزایش محتوی پروتئین دانه کنجد شد، اما بیشترین واکنش هنگامی مشاهده شد که ارقام در شرایط کم آبیاری قرار داشتند. به عبارت دیگر، افزایش فراهمی نیتروژن و کاهش فراهمی آب، موجب افزایش درصد پروتئین دانه شد (شکل 5). در شرایط آبیاری کامل، حداقل درصد پروتئین دانه به میزان 2/23 درصد، از رقم ناز تک شاخه در تیمار بدون مصرف نیتروژن و بیشترین آن با افزایشی 22 درصدی از رقم اولتان در تیمار کاربرد 120 کیلوگرم نیتروژن در هکتار به‌دست آمد (شکل 5). در تیمار کم آبیاری، حداکثر درصد پروتئین دانه از رقم ناز تک شاخه با مصرف 60 کیلوگرم نیتروژن در هکتار و حداقل آن از رقم اولتان در تیمار عدم مصرف نیتروژن به‌دست آمد (شکل 5). در این آزمایش، همبستگی منفی و معنی­داری بین درصد روغن و پروتئین دانه به‌ویژه در تیمارهای کاربرد نیتروژن مشاهده شد (r _{first year} = -0.61*; r _{second year} = -0.65*).  همبستگی منفی بین روغن و پروتئین دانه در سایر پژوهش­ها نیز به اثبات رسیده است (Rathke et al., 2005). دلیل فیزیولوژیک این همبستگی منفی به رقابت برای اسکلت­های کربنی در طی متابولیسم کربوهیدرات­ها مربوط می­باشد. سنتز اسیدهای چرب و آمینه (به‌ترتیب دو پیش ماده روغن و پروتئین) به اجزای کربنی که از تجزیه کربوهیدرات­ها حاصل می­شوند، احتیاج دارد. از آن‌جا­که محتوی کربوهیدراتی ترکیبات پروتئینی از ترکیبات روغنی کمتر است (Lambers & Poorter, 1992)، افزایش فراهمی نیتروژن، سنتز ترکیبات پروتئینی را در مقایسه و به هزینه سنتز اسیدهای چرب، بیشتر تحریک می­کند و نتیجه آن، کاهش درصد روغن دانه­ها با افزایش محتوی پروتئین آن‌ها می­باشد.

شکل 5- اثر متقابل آبیاری در نیتروژن در رقم بر درصد پروتئین دانه کنجد برش­دهی شده در تیمار آبیاری کامل (A) و کم آبیاری (B). برای هر تیمار کودی، میانگین‌های دارای حروف مشابه، اختلاف معنی داری در سطح آماری پنج درصد ندارند. داده­ها میانگین دو سال آزمایش است (1396 و 1397).

Figure 5. Interaction effects of irrigation regimes × N rates × sesame cultivars on percentage of sesame grain protein sliced n full irrigation regime (A) and under deficit irrigation regime (B). For each N treatment, means with the same letter are not significantly different (p ≤0.05). The results are average of 2 years (2016 and 2017).

نتیجه­گیری‌کلی

در شرایط کم آبیاری برای دستیابی به حداکثر عملکرد دانه (375 کیلوگرم در هکتار)، کشت رقم دشتستان 2 و کاربرد کود نیتروژن تا مرز 86 کیلوگرم در هکتار قابل توصیه است، حال آن‌که در صورت فراهمی آب، عملکرد دانه­ای بیشتر از یک تن در هکتار از رقم اولتان و با مصرف 115 کیلوگرم نیتروژن در هکتار قابل حصول است. علاوه بر این حداکثر عملکرد روغن در رژیم آبیاری کامل به مقدار 571 کیلوگرم در هکتار از رقم اولتان و با مصرف 120 کیلوگرم نیتروژن در هکتار و در رژیم کم آبیاری به مقدار 182 کیلوگرم در هکتار از رقم دشتستان 2 و با کاربرد 60 کیلوگرم نیتروژن در هکتار به‌دست آمد. همچنین رقم اولتان در تیمار آبیاری کامل و مصرف 60 تا 120 کیلوگرم نیتروژن در هکتار و رقم دشتستان 2 در شرایط کم آبیاری و در هر سه سطح کودی از نظر کارایی مصرف آب برتر بودند. به عباری دیگر، رقم دشتستان 2 مناسب برای شرایط کم آبیاری و رقم اولتان مطلوب برای شرایط آبیاری کامل می­باشد.

REFERENCES

1. Dipenbrock, W. (2000). Yield analysis of the winter oilseed rape (Brassica napus L): A review. Field Crops Research 67, 35-49.
2. Ebrahimian, E., Seyyedi, S. M., Bybordi, A. & Damalas, C. A. (2019). Seed yield and oil quality of sunflower, safflower, and sesame under different levels of irrigation water availability. Agricultural Water Management 218, 149–157.
3. Ensiye, A. & Khorshid, R. (2010(. Effect of irrigation regimes on oil content and composition of safflower (Carthamus tinctorius) cultivars. Journal of the American Oil Chemists' Society 87, 499–506.
4. Food and Agriculture Organization. (2020). FAO Statistics. Retrieved February 23, 2020 from http://www.fao.org/faostat/en/#data/QC
5. Ghasemi Hamedani, N., Gholamhoseini, M., Bazrafshan, F., Amiri, B. & Habibzadeh, F. (2020). Variability of root traits in sesame genotypes under different irrigation regimes. Rhizosphere 13, 100190.
6. Gholamhoseini, M. (2020). Evaluation of sesame genotypes for agronomic traits and stress indices grown under different irrigation treatments. Agronomy Journal 112, 1794–1804.
7. Gholamhoseini, M., AghaAlikhani, M., Modarres Sanavy, S. A. M., Mirlatifi, S. M. & Zakikhani, H. (2013). Response of Corn and Redroot Pigweed to Nitrogen Fertilizer in Different Irrigation Regimes. Agronomy Journal 105, 1107–1118.
8. Hermanson, R. W., Pan, C., Perillo, R., Stevans, R. & Stockle, C. (2000). Nitrogen use by crop and the fate of nitrogen in the soil and vadose zone (1^th). Washington State University and Washington Department of Ecology PRESS. 248 Pages.
9. Hocking, P. , Kirkegard, J.  A., Angus, J.  F., Bernardi, A. & Mason, L. M. (2002). Comparison of canola, Indian mustard and linola in two contrasting environments III. Effect of nitrogen fertilizer on nitrogen uptake by plants and on soil nitrogen extraction. Field Crops Research 79, 153-172.
10. Hwang, L. S. (2005). Sesame oil. In: F. Shahidi, editor, Bailey’s industrial oil and fat products (6^th). John Wiley & Sons PRESS. 361 P.
11. Jackson, G. D. (2000). Effect of nitrogen and sulfur on canola yield and nutrient uptake. Agronomy Journal 92, 644-649.
12. Kassab, O., Noemani, E. & El-Zeiny, A. H. (2005). Influence of some irrigation system and water regimes on growth and yield of sesame plants. Journal of Agronomy 4, 220-224.
13. Katerji, N., Mastrorilli, M., van Hoorn, J. W., Lahmer, F. Z., Hamdy, A. & Oweis, T. (2009). Durum wheat and barley productivity in saline–drought environments. European Journal of Agronomy 31, 1–9.
14. Lambers, H. & Poorter, H. (1992). Inherent variation in growth rate between higher plants: a search for physiological causes and ecological consequences. Advances in Ecology Research 23, 187-261.
15. Leghari, S. J., Hu, K., Liang, H & Wei, Y. (2019). Modeling water and nitrogen balance of different cropping systems in the North China Plain. Agronomy 9, 696-715.
16. Li, W. P., Shi, H. B., Zhu, K., Zheng, Q. & Xu, Z. (2017). The quality of sunflower seed oil changes in response to nitrogen fertilizer. Agronomy Journal 109(6), 2499-2507.
17. Malik, M. A., Saleem, M. F., Cheema, M. A. & Ahmed, S. (2003). Influence of different nitrogen levels on productivity of sesame (Sesamum indicum) under varying planting patterns. International Journal of Agriculture and Biology 5(4), 490–492.
18. Mekonnen, S. B., Sharma, J. & Dechassa, N. (2016). Effects of nitrogen fertilizer rates on yield and yield components of sesame (Sesamum indicum) varieties under irrigation in Gode, South-Eastern Ethiopia. International Journal of Plant Breeding and Crop Science 3(1), 71–78.
19. Mensah, J. K., Obasami, B., Eruotor, P. & Onomerieguna, F. (2006). Simulated flooding and drought effects on germination, growth and yield parameters of sesame (Sesamum indicum). African Journal of Biotechnology 5, 1249-1253.
20. Norwood, C. A. & Dumler T. J. (2002). Transition to dryland agriculture: limited irrigation vs. dryland corn. Agronomy Journal 94, 310–320.
21. Nouriyani, H. (2015). Effect of different nitrogen levels on yield, yield components and some quality characteristics of two cultivars of rapeseed (Brassica napus). Journal of Crop Production and Processing 5(16), 233-241. (In Persian)
22. Patel, H. K., Patel, R. M., Desai, C. K. & Patel, H. B. (2014). Response of summer sesamum (Sesamum indicum) to different spacings and levels of nitrogen under north Gujarat condition. International Journal of Agricultural Science 10(1), 336–343.
23. Rathke, G. W., Christen, O. & Dipenbrock, W. (2005). Effect of nitrogen source and rate on productivity and quality of winter oilseed rape (Brassica napus) grown in different crop rotation. Field Crops Research 94, 103-113.
24. Sharma, P. B. (2005). Fertilizer management in sesame (Sesamum indicum) based intercropping system in Tawa command area. Journal Oilseeds Research 22, 63-65.
25. Shakeri, E., Amini Dehaghi, M., Tabatabaei, S. A. & Modares Sanavi, S. M. A. (2013). Effect of nitrogen and biological fertilizers on seed yield and fatty acid composition of sesame cultivars under Yazd conditions. Iranian Journal of Field Crops Research 10(4), 742-750. (In Persian)
26. Tandon, H. L. S. (2005). Methods of analysis of soils, plants, waters and fertilizers (2^th). Fertilizers Development and Consultation Organization PRESS, New Delhi, India. 483 P.
27. Yol, E., Toker, R., Golukcu, M. & Uzun, B. (2015). Oil content and fatty acid characteristics in Mediterranean sesame core collection. Crop Science 55, 2177–2185.