Modelling the effects of drought stress and weeds competition on quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) yield

مقدمه

پیش­بینی­ها برای تأثیر تغییرات اقلیم بر کشاورزی ایران در سال 2050 میلادی (1430 شمسی) نشان می­دهد که میانگین دمای سالانه مناطق مختلف کشور، 5/3 تا 5/4 درجه سانتیگراد افزایش و بارش سالانه هفت تا 14 درصد کاهش می­یاید (Koocheki et al., 2016). تغییرات اقلیمی با تأثیر بر بارش و دما، رشد و نمو گیاهان زراعی را تحت تأثیر قرار می­دهند. در اثر پیامدهای تغییر اقلیم در بعضی محصولات مهم زراعی از جمله گندم، برنج، ذرت، نخود و چغندرقند تا سال 2050، افت شدید عملکرد پیش­بینی شده است (Kang et al., 2003; Koocheki & Nassiri Mahallati, 2016). همچنین نتایج بسیاری از تحقیقات نشان داده است که تغییرات اقلیمی، مراحل نموی را در بسیاری از گیاهان زراعی مانند گندم، چعندرقند و ذرت را کوتاه­تر خواهد کرد (Tao et al., 2009; Koocheki & Nassiri Mahallati, 2016).

با توجه به جدی بودن موضوع تغییر اقلیم و بحران آب در کشور، کشت گیاهان زراعیِ متداول، اقتصادی نیست و باید گیاهان با نیاز آبی کمتر، سازگار با شرایط خشکی و کم­آبی، متحمل به تنش‌های محیطی و... را معرفی و جایگزین نمود؛ یکی از این گیاهان، شبه­غله کینوا (Chenopodium quinoa Willd.) است. کینوا ارزش غذایی بالایی دارد و از 5000 سال پیش، بخش مهمی از غذای مردم منطقه آند در آمریکای جنوبی را تشکیل می­دهد (Bazile et al, 2015). این گیاه به همان شیوه غلات استفاده می­شود، اما بر خلاف گندم و برنج، حاوی مجموعه­ای متعادل از انواع اسیدهای آمینه ضروری و فاقد گلوتن است؛ بنابراین برای بیماران دیابتی و مبتلایان به سلیاک، دانه آن جایگزین خوبی برای غلات محسوب می­شود (Jacobsen et al, 2010). کینوا در ایران، گیاهی جدید به شمار می­رود و امکان کشت و تولید محصول مناسب آن در استان­های کرمان، خوزستان، سیستان و بلوچستان، یزد و البرز گزارش شده است (Sepahvand et al., 2011). تولید آن به­ویژه در مناطق خشک و نیمه­خشک، موجب تنوع در محصولات زراعی، تولید پایدار و امنیت غذایی می­شود (Jamali et al., 2016)، چرا که این گیاه در برابر خشکی، سرما و شوری، مقاومت بالایی دارد و نیاز آن به نهاده­ها مانند آب و مواد مغذی کم است (Jacobsen et al., 2005; Garcia et al., 2007).

نتایج مطالعه­ای که به‌منظور بررسی اثر تنش­های آبی دوره­ای بر عملکرد و اجزای عملکرد ارقام کینوا در مشهد انجام شد نشان داد که با توجه به کمبود منابع آبی در اکثر نقاط کشور، اعمال تنش آبی در مرحله دانه بستن برای آبیاری گیاه کینوا مناسب است.

بررسی اثر کم­آبیاری بر عملکرد دانه در منطقه گرگان نشان داد که بین تیمارهای 100 و 75 درصد نیاز آبی گیاه در صفت عملکرد دانه تفاوت معنی­داری مشاهده نشد؛ بنابراین می­توان این گیاه را با 75 درصد نیاز آبی گیاه در گرگان کاشت (Jamali, 2016). همچنین نتایج پژوهش دیگری نشان داد که بین تیمارهای بدون تنش، تنش در مرحله دو تا شش و شش تا 12 برگی، در سطح احتمال پنج درصد تفاوت معنی­داری وجود ندارد. اعمال تنش در مرحله سفت شدن دانه نیز نسبت به شاهد، تفاوت معنی­داری ایجاد نکرد (Geerts et al., 2006).

کینوا گیاهی گرمادوست است که ضمن سازگاری با شرایط نامساعد محیطی، از پتانسیل رشد بالایی برخوردار است و در قیاس با سایر محصولات، کاهش عملکرد ناشی از تنش در کینوا کمتر است. از طرفی، اغلب علف­های‌هرز تابستانه C₄ هستند و مقاومت خوبی به خشکی و گرما دارند؛ به این ترتیب علف‌هرز می­تواند عامل محدودکننده­ای در کشت و زراعت کینوا باشد. علف‌هرز مستقیماً بر عملکرد اثر می­گذارد، زیرا بر سر عواملی مانند آب، نور و مواد معدنی با گیاه زراعی رقابت می­کند که این رقابت پایدار، معمولاً منجر به کاهش کمیت و کیفیت محصول می­شود (Guglielmini et al., 2017; Lowry & Smith, 2018). در مطالعه­ای روی رقابت علف‌هرز با گیاه زراعی در کشت مخلوط کینوا و سیب­زمینی، مبارزه با ‌هرزعلف‌های‌هرز در کشت مخلوط کینوا و سیب زمینی، باعث کاهش شدت رقابت بین کینوا و علف­های‌هرز در جذب منابع موجود شد و در نتیجه بوته­های کینوا به دلیل جذب مواد غذایی موجود در ریزوسفر، رطوبت، فضا و نور کافی، از رشد مطلوبی برخوردار شدند که موجب افزایش تعداد و شاخص سطح برگ در تیمارهای کنترل علف‌هرز در مقایسه با تیمار شاهد شد (Jalali et al., 2021). حضور و رقابت علف­های‌هرز در مزرعه کینوا باعث شد تا تعداد دانه در بوته از 4312 به 162 کاهش یابد؛ درحالی‌که در تیمار کنترل علف­های‌هرز، تعداد دانه در بوته از 181 به 5110 افزایش یافت. همچنین محتوای پلی­فنول کل، تحت تأثیر تنش حاصل از رقابت علف­های‌هرز افزایش و در تیمارهای کنترل علف­های‌هرز کاهش یافت (Merino et al., 2019).

با وجود اهمیت و تأثیر علف­های‌هرز بر عملکرد و رشد و نمو گیاه زراعی، تحقیقات درباره رقابت علف‌هرز با گیاه زراعی کینوا محدود است و به‌ویژه در سطح استان البرز، تحقیقی در این زمینه صورت نگرفته است. بنابراین آزمایش پیش­رو با هدف بررسی توان رقابتی کینوا با علف‌هرز در شرایط نرمال آبیاری و تنش آبی و تعیین زمان لازم برای کنترل علف­های‌هرز جهت جلوگیری از افت اقتصادی عملکرد کینوا در شرایط نرمال آبیاری و تنش آبی اجرا شد.

مواد و روش­ها

پژوهش حاضر در بهار و تابستان 1397 در مزرعه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه تهران واقع در کرج (50 درجه و 54 دقیقه طول شرقی و 35 درجه و 55 دقیقه عرض شمالی و ارتفاع 1312 متر از سطح دریا) اجرا شد. برخی از مشخصات خاک و پارامترهای اقلیمی منطقه آزمایش در طول فصل زراعی در  )جدول 1( و )نمودار 1) آمده است.

جدول 1- ویژگی­های فیزیکی و شیمیایی خاک مزرعه

Table 1.Physiochemical properties of field soil

آزمایش به صورت اسپلیت پلات با چهار تکرار اجرا شد. کرت­های اصلی شامل سه سطح آبیاری (آبیاری نرمال (آبیاری پس از 60 میلیمتر تبخیر)، تنش ملایم (آبیاری پس از 80 میلیمتر تبخیر) و تنش شدید (آبیاری پس از 100 میلیمتر تبخیر از تشتک تبخیر کلاس A)) و کرت­های فرعی شامل پنج سطح کنترل علف‌هرز (بدون کنترل، هفت، 14، 30 روز کنترل و کنترل در تمام فصل) بودند. عملیات تهیه زمین شامل شخم عمیق در پاییز و انجام شخم تکمیلی و دیسک و افزودن 75 کیلوگرم در هکتار از کودهای سوپرفسفات تریپل و سولفات پتاسیم در زمان تهیه زمین بودند. کود اوره به میزان 150 کیلوگرم در هکتار، 50 درصد زمان کاشت و 50 درصد به صورت سرک اضافه شد. جهت استحکام ساقه و پیشگیری از خوابیدگی، از کود پتاس قبل از گلدهی استفاده شد.

زمین طرح متشکل از 60 کرت به ابعاد 5/2 در سه متر و هر کرت شامل شش ردیف بود. فاصله بین ردیف­ها 50 سانتی­متر و فاصله بین بوته­ها روی هر ردیف 10 سانتی­متر بود و فاصله بین دو کرت، 5/1 متر و فاصله بین تکرارها 5/2 متر در نظر گرفته شد. بذر کینوا رقم تیتیکاکا از مؤسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر تهیه و در 21 خرداد به صورت دستی کشت شد. بذرها به‌صورت سطحی و در عمق یک سانتی­متری خاک کاشته و روی آن‌ها با لایه نازکی از ورمی­کمپوست پوشانده شد. آبیاری بلافاصله بعد از کاشت صورت گرفت و پس از استقرار بوته­ها و با درنظرگرفتن تراکم 25 بوته در متر‌مربع، بوته‌ها تنک شدند.

نمودار 1- داده­های هواشناسی منطقه در طول اجرای آزمایش

Figure 1. Meteorology data of the experimental area during the research

تیمارهای رطوبتی پس از اطمینان از استقرار گیاه تا زمان برداشت اعمال شدند. روزانه داده­های تبخیر از تشت تبخیر کلاس A مستقر در ایستگاه هواشناسی واقع در مزرعه یادداشت شد تا زمان رسیدن به تیمار دور آبیاری مشخص شود. برای آبیاری از روش قطره­ای استفاده شد. به‌منظور اطمینان از حجم آب ورودی به کرت­ها ،یک کنتور در ابتدای فلکه اصلی تعبیه شد. برای تعیین حجم آب در هر آبیاری، قبل از هر آبیاری از خاک هر کرت تا عمق توسعه ریشه نمونه­برداری شد. نمونه در آزمایشگاه وزن شد و پس از 24 ساعت قرار گرفتن در آون در دمای 80 درجه سانتیگراد، خشک و دوباره وزن شد تا بتوان درصد رطوبت وزنی را محاسبه کرد. سپس با استفاده از رابطه­های 1 و 2، حجم آب آبیاری تعیین شد:

رابطه 1)                   

رابطه 2)                             

که در آن‌ها، H: ارتفاع آب داخل کرت، F_c: رطوبت خاک در ظرفیت مزرعه، a_i: رطوبت خاک قبل از آبیاری، D: عمق توسعه ریشه، b: جرم مخصوص ظاهری خاک، V: حجم آب آبیاری در کرت و A: مساحت کرت است.

برای تیمارهای کنترل، از فلور طبیعی علف­های‌هرز در مزرعه استفاده شد. کرت­ها تا مراحل یادشده در هر تیمار ب‌ صورت دستی وجین شده و عاری از علف‌هرز بودن.، سپس به علف­های‌هرز اجازه رویش و رقابت با کینوا تا پایان فصل داده شد.

در پایان فصل رشد و پس از­­ حذف 5/0 متر از ابتدا و انتهای ردیف­ها و دو ردیف کناری هر کرت به عنوان اثر حاشیه، کوادراتی به مساحت 5/0 متر‌مربع به‌طور تصادفی در هر کرت قرار داده شد و تمام بوته­های گیاه زراعی و علف­های‌هرز کف­بر و به تفکیک در پاکت­های کاغذی به آزمایشگاه منتقل شد. نمونه­ها پس از شناسایی و شمارش، جهت تعیین وزن خشک به مدت ٤٨ ساعت در دمای 75 درجه سانتیگراد در آون قرار گرفتند و سپس وزن شدند. برداشت کینوا در بیست­وپنجم شهریورماه انجام شد. همچنین در همان تاریخ و پس از حذف 5/0 متر از هر طرف کرت به­عنوان اثر حاشیه، سطح باقیمانده در هر کرت به مقدار سه متر‌مربع جهت تعیین عملکرد دانه برداشت شد.

برای محاسبه درجه روز-رشد از رابطه زیر استفاده شد:

رابطه 3)                     

که در آن، GDD: واحدهای دمایی تجمع یافته در درجه روزها، n: تعداد روز اندازه­گیری دما، T_ave: میانگین دما و T_b: دمای پایه جوانه­زنی کینوا و معادل یک درجه سانتیگراد است (Bois et al., 2006).

برای پیش­­­بینی وزن خشک علف­های‌هرز در سطوح مختلف کنترل، از رابطه لجستیک سه پارامتره و برای پیش­­­بینی عملکرد دانه و زیستی کینوا در سطوح مختلف کنترل، از رابطه لجستیک چهار پارامتره استفاده شد:

رابطه 4)                                 y

رابطه 5)                          y

که در آن‌ها، y در رابطه سه پارامتره: وزن خشک علف­های‌هرز، y در رابطه چهار پارامتره: عملکرد دانه و عملکرد زیستی کینوا، y_0­: حد پایین، a: مجانب بالا، b: شیب منحنی و GDD₅₀: مقداری از درجه-روز رشد است که در آن وزن خشک یا عملکرد به %50 مقدار نهایی خود می­رسد.

برازش مدل­ها با شاخص میانگین مربعات ریشه خطا (RMSE) و ضریب دقت اندازه­گیری (R²_adj) ارزیابی شد:

رابطه 6)                       

رابطه 7)                          R²_adj

که در این دو معادله، O­i، P­i­ و Ō به‌ترتیب مقادیر اندازه­گیری­شده، پیش­بینی­شده و میانگین مشاهدات است. هر چه RMSE که اختلاف نسبی بین مشاهدات و مقادیر پیش­بینی­شده را نشان می­دهد کوچک­تر باشد، مطلوب­تر است. R²_adj، توصیفی از قابلیت پیش­بینی مدل را ارائه می­کند و هر چه به یک نزدیک­تر باشد، بیانگر برازش بهتر مدل به داده­هاست.

با توجه به نرمال بودن داده­ها، تبدیل داده‌ها صورت نگرفت. برای برازش مدل­ها و رسم گراف­ها از نرم افزار سیگماپلات استفاده شد و تجزیه واریانس داده­ها با نرم­افزار R انجام شد.

نتایج و بحث

ترکیب گونه­های علف‌هرز در مزرعه به تفکیک گونه و خانواده در (جدول 2) آمده است. تاج­خروس ریشه­ قرمز، قیاق، سلمه­تره و خرفه گونه­های غالب بودند و تراکم سایر علف­های‌هرز، کمتر از سه بوته در متر‌مربع بود. نتایج تجزیه واریاس در جدول 3 آمده است.

جدول 2- تراکم گونه­های غالب علف‌هرز در مزرعه به تفکیک گونه و خانواده

Table 2. Density of dominant weeds in the field based on familyand species

زیست توده علف­های‌هرز

زیست توده علف­های‌هرز با طول دوره کنترل رابطه معکوسی داشت و با افزایش دوره کنترل، زیست توده علف­های‌هرز نیز سیر نزولی داشت و نهایتاً در کنترل کامل به صفر رسید. در تیمار بدون کنترل (رقابت در طول فصل)، بیشترین مقدار زیست توده علف‌هرز به میزان 3/610 گرم در متر‌مربع مشاهده شد. پس از آن، بیشترین مقادیر زیست توده علف‌هرز به‌ترتیب در تیمارهای هفت، 14 و 30 روز کنترل به­ترتیب به میزان  569، 5/380 و 7/129 گرم در متر‌مربع به‌دست آمد. با توجه به مقادیر مشاهده ­شده، با یک ماه کنترل علف‌های‌هرز در مزرعه کینوا، زیست توده علف‌های‌هرز به‌شدت کاهش یافت و تقریباً به یک­ ششم تیمار رقابت کامل رسید. بنابراین بین زیست توده علف­های‌هرز و طول دوره کنترل، ارتباط معکوس وجود داشت (جدول 4، شکل 2)؛ این موضوع در سایر تحقیقات نیز اثبات شده است.

جدول 3- تجزیۀ واریانس تأثیر سطوح آبیاری و دوره­های کنترل علف­های‌هرز بر عملکرد دانه و  زیستی کینوا و  زیست توده علف­های‌هرز

Table 3. Variance analysis of the quinoa grain and biological yields and weed biomass affected by irrigation levels and weed control periods.

ns، * و **: غیرمعنی­دار و معنی­دار در سطح احتمال پنج و یک درصد.

ns, * and **: not significant and  significant at 5% and 1% of probability levels, respectively.

در بررسی دوره بحرانی تداخل علف‌هرز در کینوا، زیست توده علف­های‌هرز مستقیماً تحت تأثیر افزایش مدت دوره تداخل علف­های‌هرز قرار گرفت و تا زمان برداشت افزایش یافت که احتمالاً ناشی از سایه­اندازی علف­های‌هرز بلندتر روی گیاه زراعی (و ممانعت از رشد و توسعه گیاه اصلی) و نیز جوانه­زنی جمعیت­های جدید علف­های‌هرز در طول فصل بود (Merino et al, 2019). فعالان در حوزه کشت ارگانیک کینوا باور دارند که حضور علف­های‌هرز، مشکلی اساسی در مزرعه است، به‌خصوص اگر آلودگی سلمه­تره زیاد باشد، زیرا هم­خانواده کینوا است و کنترل را بسیار سخت­تر می­کند (Jacobsen et al., 2010). رابطه معکوس بین زیست توده علف‌هرز و طول دوره کنترل در مزارع ذرت، لوبیا، سویا و... نیز گزارش شده است. افزایش طول دوره عاری از علف‌هرز به دلیل کاهش وزن خشک علف­های‌هرز، باعث افزایش عملکرد سویا شد. در تیمارهایی که علف‌هرز بیشترین تجمع ماده خشک را داشت، عملکرد زیستی سویا حداقل بود (Van acker et al., 1993, Eftekhari et al., 2006). افزایش طول دوره کنترل، تراکم علف­های‌هرز در مزرعه ذرت را کاهش داد (Chitband et al., 2016). با افزایش طول دوره­های آلودگی علف‌هرز در مزرعه لوبیا، زیست توده علف‌هرز نیز افزایش یافت (Stagnari & Pisante, 2011).

جدول 4- پارامترهای مدل لجستیک سه پارامتره برای داده­های زیست توده نهایی علف­های‌هرز، تحت تأثیر تیمارهای کنترل علف­های‌هرز در سه سطح آبیاری

Table 4. Three parameters logistic model of final weed biomass affected by weed control treatments at three irrigation levels

اعداد داخل پرانتز، بیانگر خطای استاندارد است.  Numbers in parentheses are standard error.                                                                                                             

علف­های‌هرز از یک سو از طریق سایه­اندازی و کاهش میزان نور در دسترس گیاه زراعی و یا از طریق تولید برخی مواد شیمیایی آللوپاتیک رشد گیاه را تحت تأثیر قرار می دهند (Jabran and Chauhan, 2018) و از سوی دیگر رقابت بین علف­های‌هرز و گیاهان زراعی در استفاده از منابع غذایی موجود، منجر به کاهش منابع غذایی در دسترس گیاه و به تبع آن کاهش رشد و ارتفاع گیاه زراعی خواهد شد (Zimdahl, 2007). علاوه بر این، تنش­های غیرزیستی مانند خشکی و کم­آبی، نه فقط روی عملکرد محصول، بلکه بر زیست توده علف‌هرز نیز تأثیر دارد.

در این آزمایش، تنش ملایم و شدید خشکی در تیمار تداخل کامل (عدم کنترل)، زیست توده علف‌هرز را کاهش داد که به‌ترتیب برابر با 4/541 و 397 گرم در متر‌مربع بود. در تیمار کنترل علف‌هرز به مدت یک ماه همراه با آبیاری نرمال، زیست توده علف­های‌هرز به شدت کاهش یافت و به 75/129 گرم در متر‌مربع رسید که با تیمار کنترل کامل در طول فصل (عدم رقابت) اختلاف زیادی نداشت. این مقدار در تنش ملایم و شدید خشکی، کاهش بیشتری داشت و به‌ترتیب برابر با 3/105 و 12/82 گرم در متر‌مربع بود که با تیمار کنترل در تمام فصل در سطوح مشابه تنش خشکی اختلاف زیادی نداشت.

شکل 2- اثر دوره­های کنترل علف­های‌هرز بر زیست تودة نهایی علف­های هرز در سطوح مختلف آبیاری

Figure 2.Effect of weed control treatments on final weed biomass at different irrigation levels

عملکرد زیستی و عملکرد دانه کینوا

بیشترین عملکرد زیستی کینوا (1262 گرم در متر‌مربع) در آبیاری نرمال و کنترل کامل علف‌هرز بدست آمد. در اثر حضور علف­های‌هرز، عملکرد زیستی نیز کاهش یافت که در تیمارهای تداخل کامل (عدم کنترل)، هفت، 14 و 30 روز کنترل به‌ترتیب برابر با 7/1020، 1141، 5/1171 و 2/1241 گرم در متر‌مربع بود. عملکرد زیستی در تیمار کنترل علف‌هرز به مدت یک ماه نسبت به تیمار کنترل در تمام طول فصل کاهش کمی داشت و در واقع به کنترل در تمام طول فصل نزدیک بود. این تفاوت کم نشان می­دهد که برای دستیابی به عملکرد زیستی مطلوب کافی است یک ماه علف­های‌هرز در مزرعه کنترل شود. سرعت رشد کینوا بسته به مرحله رشدی متفاوت است؛ در ابتدای دوره، سرعت کمی دارد و سپس زیاد شده و در انتهای فصل مجدداً کاهش می­یابد. تحقیقات Jalali et al.  (, 2021) نیز این موضوع را تأیید می­کند. بنابر نتایج آزمایش آن‌ها، سرعت رشد کینوا تا 30 روز پس از ظهور (در مقایسه با سایر دوره­ها) بسیار کند و از روز 30 تا 90 دارای سرعت رشد بیشتر شد و سپس کاهش یافت (Jalali et al, 2021)،که این کاهش رشد (پس از 90 روز)، احتمالاً به دلیل شروع مرحله رشد زایشی گیاه است که موجب تخصیص بخش اعظم فتواسیمیلات­ها برای نمو و تجمع در بذر می­شود (de Oliveira Vergara et al., 2019).

ازاین­رو به نظر می­رسد که به دلیل کند بودن سرعت رشد کینوا در ابتدای فصل رشد، در شرایط عدم کنترل علف‌هرز )تیمار شاهد(، علف­های‌هرز در رقابت با کینوا موفق­تر عمل نموده و از طریق سایه­اندازی و استفاده بیشتر از منابع موجود )آب، مواد غذایی، نور، فضا و...(، موجب کاهش رشد و ارتفاع بوته­های کینوا می­شوند، درحال‌ که تیمارهای مبارزه با علف­های‌هرز، از طریق کاهش رقابت بین علف­های‌هرز و کینوا، به‌ویژه در ابتدای فصل رشد )در زمان رشد کند کینوا(، تأثیر منفی علف­های‌هرز بر رشد کینوا را کاهش داده­اند.

جدول 5- پارامترهای مدل لجستیک چهار پارامتره برای داده­های عملکرد زیستی کینوا تحت تأثیر تیمارهای کنترل علف­های‌هرز در سه سطح آبیاری

Table 5. Four parameters logistic model of quinoa biological yield data affected by weed control treatments at three irrigation levels

اعداد داخل پرانتز بیانگر خطای استاندارد است.  Numbers in parentheses are standard error.                                                                                                             

اعمال تیمار تنش ملایم خشکی نیز عملکرد زیستی را کمی کاهش داد (جدول 5، شکل 3). در تنش ملایم خشکی، بیشترین و کمترین عملکرد زیستی در تیمارهای کنترل و رقابت با علف­های‌هرز (7/1035 و 5/833 گرم) در طول فصل مشاهده شد. عملکرد زیستی در تیمار 30 روز کنترل به تیمار کنترل در تمام فصل نزدیک و 1008 گرم در متر‌مربع بود. کمترین مقادیر عملکرد زیستی در تنش شدید خشکی به‌دست آمد که در کنترل کامل و رقابت کامل علف­های‌هرز به­ترتیب 7/879 و 723 گرم در متر‌مربع بود. در سطح تنش شدید نیز تیمار 30 روز کنترل علف‌هرز، اختلاف زیادی با کنترل در تمام فصل نداشت و عملکرد زیستی به­دست­آمده 867 گرم در متر‌مربع بود.

شکل 3- اثر دوره­های کنترل علف­های‌هرز بر عملکرد زیستی کینوا در سطوح مختلف آبیاری

Figure 3.Effect of weed control treatments on quinoa biological yield at different irrigation levels

نتایج آزمایشی در تونس نشان داد که تنش ملایم و شدید، باعث کاهش عملکرد زیستی و عملکرد دانه گیاه کینوا می­شود. در شرایط آبیاری نرمال، عملکرد زیستی، بیشترین و برابر با 2953 کیلوگرم در هکتار بود. در اثر تنش شدید خشکی، وزن خشک تا 73% کاهش یافت. عملکرد دانه نیز در تیمار با آبیاری نرمال، اختلاف معنی­داری با تنش ملایم و تنش شدید داشت. مقدار عملکرد در شرایط بدون تنش در شش رقم مورد بررسی، بین 270 تا 2092 کیلوگرم در هکتار بود. در تنش ملایم، کاهش عملکرد بسته به رقم تا 27% و در تنش شدید، تا 74% شاهد رسید (Telahigue et al., 2017).

با کاهش مقدار آب، تجمع مواد فتوسنتزی و سرعت رشد نسبی کاهش می­یابد. افت قابل توجه سرعت رشد نسبی، بیانگر کاهش ماده خشک تولیدشده در اثر کاهش رشد شاخ و برگ در مرحله رشد سبزینه­ای است که می­تواند یکی از علل کاهش عملکرد زیستی و تولید دانه باشد (Molden et al., 2001). تحقیقات نشان داده است که گیاه کینوا جهت مقابله با خشکی و افزایش راندمان آب، روزنه­های برگ خود را می‌بندد که خود موجب حفظ پتانسیل برگ و سرعت فتوسنتز در طول خشک شدن خاک می­شود (Jacobsen et al., 2009).

حتی در برخی تحقیقات ثابت شده است که قرارگرفتن زودهنگام کینوا در معرض تنش، در مقاومت آن در مراحل بعدی رشد مؤثر است و اثر مثبتش بُروز می­یابد. بنابراین در اوایل رشد رویشی، سرعت رشد کمتر در پاسخ به تنش آبی، به کاهش تعرق کلی از سطح برگ کمک می‌کند و بدین ترتیب از اتلاف بیش از حد آب جلوگیری می­کند؛ هرچند که به نظر نمی­رسد که این استراتژی برای ارقامی با بلوغ زودرس جوابگو باشد. (Sun  et al., 2014). همان‌گونه که نتایج آزمایشی درباره دو رقم زودرس کینوا نشان داد که در اثر اعمال دوره­های تنش خشکی، رشد گیاه به طور معنی داری کاهش یافت و نرخ کاهش رشد بین 22 تا 26 درصد بود. (Oudou et al., 2019).

حداکثر عملکرد دانه کینوا (331 گرم در متر‌مربع)، در شرایط بدون علف‌هرز در آبیاری نرمال، به‌دست آمد. Razzaghi et al (2011) نیز عملکرد کینوا رقم تیتیکاکا را در شرایط بدون تنش، 33 گرم در متر‌مربع گزارش کردند که به نتایج این آزمایش در شرایط آبیاری نرمال نزدیک است. در اثر رقابت علف­های‌هرز، عملکرد دانه کاهش یافت که در تیمارهای تداخل کامل (عدم کنترل)، هفت، 14 و 30 روز کنترل به‌ترتیب برابر با 194، 227، 262 و 316 گرم در متر‌مربع بود. درصد کاهش محصول به نوع گیاه زراعی، تراکم، مرحله ظهور در طول رقابت با علف‌هرز و دوره­های رقابت و کنترل علف‌هرز بستگی دارد (Bosnic & Swanton, 1997; Knezevic et al., 1997). از طرفی بر اساس قانون ثبات نهایی عملکرد، افزایش تجمع ماده خشک در علف­های‌هرز، تلفات عملکرد در گیاه زراعی را در پی خواهد داشت (Zarghani et al., 2013). نتایج حاصل از این بررسی نیز ضمن تأیید این قانون نشان داد که رابطه غیرخطی و معکوسی بین وزن خشک علف­های‌هرز و عملکرد دانه کینوا وجود دارد، به طوری که به ازای افزایش 610 گرم در متر‌مربع وزن خشک علف­های‌هرز، عملکرد دانه کینوا، 137 گرم در متر‌مربع کاهش یافت. نتایج آزمایشی در مشهد که به بررسی اثر دوره­های مختلف کنترل علف‌هرز روی عملکرد کنجد پرداخته است، با نتایج این آزمایش هماهنگ بود. در نتایج آن تحقیق آمده است ه به ازای افزایش هر کیلوگرم وزن خشک علف­های‌هرز، عملکرد دانه کنجد 197 گرم در واحد سطح کاهش می­یابد (Zarghani et al., 2013).

به هر حال با دقت در داده­های مذکور می­توان به راحتی تشخیص داد که بین عملکرد دانه در تیمار کنترل علف­های‌هرز به مدت یک ماه با کنترل کامل در طول فصل، اختلاف کمی (15/0 تن در هکتار) وجود دارد؛ بنابراین کنترل علف­های‌هرز مزرعه در یک ماه اول دوره رشد ضروری است.

در این آزمایش، اعمال تنش باعث افت عملکرد شد (جدول 6، شکل 4). تنش ملایم و شدید، عملکرد را نسبت به آبیاری نرمال به‌ترتیب 30 و 57 گرم در متر‌مربع کاهش داد که برابر با 301 و 274 گرم در متر‌مربع بود.

تحقیقات نشان می­دهد که با کاهش میزان آبیاری در حد 75% آبیاری نرمال، کشاورز فقط باپنج درصد افت عملکرد مواجه می­شود که این نسبت به میزان آبی که صرفه جویی می­شود مقدار ناچیزی است و صرفه اقتصادی دارد (Kaouter et al., 2017). در زراعت دیم کینوا در بولیوی در سال­های بسیار خشک، عملکرد افت زیادی داشت، اما نتایج نشان داد که در کم­آبیاری و در صورت برنامه­ریزی دقیق، تنها با نصف آب مورد نیاز گیاه در آبیاری نرمال، عملکردی بین 120 تا 200 گرم در متر‌مربع به‌دست می­آید (Geerts et al., 2007). بعضی کارشناسان معتقدند، هرچند میزان عملکرد در واحد سطح در اثر اعمال تنش آبی و یا کم­آبیاری کم می­شود، ولی با آب صرفه­جویی­شده می­توان اراضی بیشتری را زیر کشت برد؛ در نتیجه سود حاصل افزایش می­یابد (Yousefi & Bosh, 2015). به‌نظر می­رسد که افزایش مدت آبیاری با تسریع در پیر شدن برگ­ها، کاهش توسعه برگ­ها و افزایش ریزش برگ­های پایینی، باعث کاهش شاخص سطح برگ و در نتیجه کاهش جذب نور می­شود (Marashi et al., 2016). در آزمایشی روی ذرت، اثر سطوح مختلف آبیاری بر ماده خشک کل و عملکرد دانه معنی­دار بود و با افزایش مدت آبیاری، تمام این صفات کاهش یافت. همچنین نتایج نشان داد که سطوح آبیاری در مقایسه با رقابت علف­های‌هرز، عامل مؤثرتری بر شاخص­های رشد و عملکرد دانه ذرت بود (Marashi et al., 2016).

جدول 6- پارامترهای مدل لجستیک چهار پارامتره برای داده­های عملکرد دانه کینوا تحت تأثیر تیمارهای کنترل علف­های‌هرز در سه سطح آبیاری

Table 6. Four parameters logistic model of quinoa grain yield data affected by weed control treatments at three irrigation levels

اعداد داخل پرانتز بیانگر خطای استاندارد است.                                                                       Numbers in parentheses are standard error.

شکل 4- اثر دوره­های کنترل علف­های هرز بر عملکرد دانة کینوا در سطوح مختلف آبیاری

Figure 4. Effect of weed control treatments on quinoa grain yield at different irrigation levels

از طرفی، آزمایش­هایی نیز انجام شده است که خلاف نتایج بالا را نشان می‌دهند. بنابر داده­های حاصل از آن آزمایشات، تنش خشکی در گیاه کینوا، افت شدید عملکرد را در پی دارد. در آزمایشی که در اهواز انجام شد، دو تیمار شوری و حجم آب آبیاری، عملکرد دانه کینوا را به­طور معنی­داری کاهش داد، به­طوری­که بیشترین میزان عملکرد در آبیاری نرمال (530 گرم در متر‌مربع) و کمترین مقدار آن در تنش شدید،  50 درصد آبیاری نرمال (329 گرم در متر‌مربع) بود. اما بر خلاف عملکرد دانه، با کاهش حجم آب آبیاری، عملکرد زیستی گیاه (880 تا 1240 گرم در متر‌مربع) کاهش معنی­داری نشان نداد (Peyghan et al., 2020). در اثر اعمال تنش شدید روی گیاه کینوا، تنها 20 درصد عملکرد نسبت به تیمار شاهد (بدون تنش) به‌دست آمد و افت شدید عملکرد دانه رخ داد. همچنین کارایی مصرف آب (WUE) در تیمارهای تنش در مراحل گلدهی، به‌طور معنی­داری در مقایسه با تنش در سایر مراحل کاهش یافت (Geerts et al., 2007). در آزمایش دیگری در مراکش مشخص شد که عملکرد زیستی و عملکرد دانه کینوا در آبیاری کامل به طور معنی­داری بیش از آبیاری دیم و در آبیاری دیم بیش از کم­آبیاری است (Fghire et al., 2015).

نتیجه‌گیری کلی

تغییر آب و هوای ایران به سمت گرم و خشک و شور شدن تدریجی خاک­های زراعی کشور از سویی و تحمل زیاد گیاه کینوا در مقابل خشکی، شوری و یخ­زدگی از سوی دیگر، به‌طور منطقی بیانگر این است که کینوا به‌عنوان گیاهی مناسب برای رسیدن به کشاورزی پایدار، تغذیه مناسب و تولید صنعتی جایگزین خوبی برای گیاهان با نیاز آبی بالا و حساس به تنش خشکی است. با اعمال تنش ملایم خشکی در کشت و زراعت کینوا، با حذف بخش کمی از آب آبیاری که تأثیر معنی­داری بر رشد و عملکرد گیاه ندارد، می­توان در مصرف آب صرفه­جویی کرد و بهره­وری اقتصادی را بالا برد، ضمن این‌که در شرایط تنش ملایم، کینوا در رقابت با علف­های‌هرز از مقاومت بهتر و توان رقابتی بیشتری برخوردار است. اما باید توجه داشت که این گیاه در اوایل دوره رشد، سرعت رشد کمتری دارد و در رقابت با علف­های‌هرز، ضعیف است؛ بنابراین تا یک ماه کنترل علف­های‌هرز در مزرعه ضروری به‌نظر می­رسد.

تنش شدید در این آزمایش، زیست توده علف‌هرز را 35 درصد، عملکرد زیستی کینوا را 30 درصد و عملکرد دانه را 17 درصد (نسبت به آبیاری نرمال) کاهش داد. می­توان نتیجه گرفت که علف­های‌هرز مزرعه در مقایسه با کینوا مقاومت کمتری در مقابل تنش خشکی دارند. عملکرد دانه کینوا در تنش ملایم، 91 درصد بود و حتی در تنش شدید، 83 درصد آبیاری نرمال تولید دانه داشت. بنابراین مشحص شد که با وجود قدرت رقابتی علف­های‌هرز تابستانه، کینوا در تنش خشکی توان رقابتی مناسبی دارد و درصورت یک ماه کنترل علف­های‌هرز، عملکردی نزدیک به کنترل کامل به‌دست می‌آید.

REFERENCES

1. Bazile, D., Bertero, D. & Nieto, C. (2015). State of the art report on quinoa around the world in 2013 (2nd Ed.). FAO & CIRAD, Rome.
2. Bois, J. , Winkel, T., Lhomme, J. P., Raffaillac, J. & Rocheteau, A. (2006). Response of some Andean cultivars of quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) to temperature: Effects on germination, phenology, growth and freezing. European Journal Agronomy, 25, 299–308.
3. Bosnic, A. C. & Swanton, C. J. (1997). Influence of barnyard grass (Echinochloa crus-galli) time of emergence and density on corn (Zea mays). Weed Science, 43, 276 – 282.
4. Chitband, A., Rashidi, O., Jahedipour, S., Mansouji, A. & Amini, I. (2016). The effect of weed control and interference periods on growth characteristics and yield of maize. Journal of Weed Ecology, 3(2), 127-142. (in Persian)
5. De Oliveira Vergara, R., Martins, A. B. N., Pedo, T., Radke, A. K., Gadotti, G. I., Villela, F. A., da Motta Xavier, F., Eberhardt, P. E. R., Cavalcante, J. A. & Meneguzzo, M. R. R. (2019). Plant growth and physiological quality of quinoa (Chenopodium quinoa ) seeds grown in Southern Rio Grande do Sul, Brazil. Australian Journal of Crop Science, 13(5), 597-678.
6. Eftekhari, A., Shriani Rad, A. H., Rezai, A. M., Salehian, H. & Ardakani, M. R. (2006). Determining of critical period of weeds control in Soybean (Glycine max ) in Sari region. Iranian Journal of Crop Science, 7(4), 33- 47. (in Persian)
7. Fghire, R., Wahbi, S., Anaya, F., Issa Ali, O., Benlhabib, O. & Ragab. R. (2015). Response of quinoa to different water management strategies: Field experiments and SALTMED model application results. Irrigation and Drainage, 64(1), 29–40. doi:10.1002/ird.1895.
8. Garcia, M., Raes, D., Jacobsen, S. & Michel, T. (2007). Agroclimatic constraints for rainfed agriculture in the Bolivian Altiplano. Journal of Arid Environments, 71, 109–121.
9. Geerts, S., Raes, D., Garcia, M., Vacher, J., Mamani, R., Huanca, R., Morales, B., Miranda, R., Cusicanqui, J. & Taboada, C. (2007). Introducing deficit irrigation to stabilize yields of quinoa (Chenopodium quinoa). European Journal of Agronomy, 28, 427–436.
10. Geerts, S., Mamani R. S., Garcia M & Raes, D. (2006). Response of quinoa (Chenopodium quinoa) to differential drought stress in the Bolivian Altiplano: Towards a deficit irrigation strategy within a water scarce region. First International Symposium on Land and Water Management for Sustainable Irrigated Agriculture. Adana, Turkey, 114-119.
11. Guglielmini, A. C., Verdú, A. C. & Satorre, E. H. (2017). Competitive ability of five common weed species in competition with soybean. International Journal of Pest Management, 63(1), 30-36.
12. Jabran, K. & Chauhan, B. S. (2018). Overview and Significance of Non-Chemical Weed Control. Non-Chemical Weed Control, 14, 1-8.
13. Jacobsen, S. , Jørgen, L. & Rasmussen, C. (2010). Weed harrowing and inter-row hoeing in organic grown quinoa (Chenopodium quinoa Willd.). Outlook on Agriculture. 39(3) 223–227.
14. Jacobsen, S. , Liu, F. & Jensen, C. R. (2009). Does root-sourced ABA play a role for regulation of stomata under drought in quinoa (Chenopodium quinoa Willd.). Scientia Horticulturae, 122, 281–287.
15. Jacobsen, S. E., Monteros, C., Christiansen, J. & Bravo, L. (2005). Plant responses of quinoa (Chenopodium quinoa ) to frost at various phenological stages European Journal of Agronomy, 22, 131–139.
16. Jalali, M., Eslami, S. V., Mahmoodi, S. & Aien, A. (2021). Effect of weeds control on crop growth and yield in additive quinoa (Chenopodium quinoa) and potato (Solanum tubersum L.) intercropping. Iranian Journal of Field Crops Research, 18(4), 451-464. (in Persian)
17. Jamali, S. (2016). Investigating the combined effect of different levels of salinity and irrigation on yield and yield components of quinoa. MSc. Thesis. Faculty of Soil and Water Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Iran. (in Persian)
18. Jamali, S., Sharifan, H., Hezarjaribi, A. & Sepahvand, N. A. (2016). The effect of different levels of salinity on germination and growth indices of two cultivars of quinoa. Journal of Soil and Water Conservation. 6, 98-110. (in Persian)
19. Kang, Y., Khan, S. & Ma, X. (2003). Climate change impacts on crop yield, crop water productivity and food security-A review. Agricultural and Forest Meteorology, 117, 97-122.
20. Kaoutar, F., Abdelaziz, B., Ouafae, C., Redouane, J. & Ragab, R. (2017). Yield and dry matter simulation using the saltmed model for five quinoas (Chenopodium quinoa) accessions under deficit irrigation in South Morocco. Irrigation and Drainage, 66(3), 340–50.
21. Knezevic, S. Z., Horak, M. J. & Vanderlip, R. L. (1997). Relative time of redroot pigweed (Amaranthus retroflexus) emergence is critical in pigweed sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench) competition. Weed Science, 45, 502–505.
22. Koocheki, A., Nassiri Mahallati, M. & Jafari, L. (2016). Evaluation of Climate Change Effect on Agricultural Production of Iran: I. Predicting the Future Agroclimatic Conditions. Iranian Journal of Field Crops Research, 13(4), 651-664. (in Persian)
23. Koocheki, A. & Nassiri Mahallati, M. (2016). Climate Change Effects on Agricultural Production of Iran: II. Predicting Productivity of Field Crops and Adaptation Strategies. Iranian Journal of Field Crops Research, 14(1), 1-20. (in Persian)
24. Lowry, C. J. & Smith, R. G. (2018). Weed control through crop plant manipulations (3th ed.). Academic Press: Cambridge, MA, USA.
25. Merino, J., Pedreros, A., Fischer, F. & López, M. (2019) Critical period of weed interference on total polyphenol content in quinoa. Chilean Journal of Agricultural Research, 79(3), 405-414.
26. Marashi, S. K., Behdarvand, P., Majdam, M. & Sakinejad, T. (2016). Investigate the effect of different levels of irrigation, nitrogen and weeds competition on growth indices and grain yield of maize (SC. 704 hybrid). Crop Physiology Journal, 8(31), 75-61. (in Persian)
27. Merino, J., Pedreros, A., Fischer, S. D. López, M. (2019). Critical period of weed interference on total polyphenol content in quinoa. Chilean Journal of Agricultural Research, 79(3), 42-53.
28. Molden, D., Murry-Rust, H., Sakthivandival, R. & Makin, I. (2001). A water productivity framework for understanding and action. Workshop on Water Productivity. Wadduwe, Sri Lanka, 12 -13.
29. Oudou, I. A., Fghire, F., Anaya, F., Benlhabib, O. & Wahbi, S. (2019). Physiological and morphological responses of two quinoa cultivars (Chenopodium quinoa) to drought stress. Gesunde Pflanzen, 71, 123–133.
30. Peyghan, K., Golabi, M. & Albaji, M. (2020). Simulation of quinoa (Chenopodium quinoa) yield and soil salinity under salinity and water stress using the SALTMED model. Communications in Soil Science and Plant Analysis. (Published online) https://doi.org/10.1080/00103624.2020.1836203
31. Razzaghi, F., Ahmadi, S. H. Adolf, V.I., Jensen, C. R., Jacobsen, S. E. & Andersen, M. (2011). Water relations and transpiration of quinoa (Chenopodium quinoa ) under salinity and soil drying. Journal of Agronomy and Crop Science, 197, 348-360.
32. Sepahvand, N. A., Tavazoa, M. & Kahbazi, M. (2011). Adaptation and evaluation of quinoa, a valuable new crop in Iran. in: Proceedings of 2nd International Symposium on Underutilized Plant Species. Kuala Lumpur, Malaysia, 135-141.
33. Stagnari, F & Pisante, M. (2011). The critical period for weed competition in French bean (Phaseolus vulgaris) in Mediterranean areas. Crop Protection, 30(2), 179-184.
34. Sun, Y., Liu, F., Bendevis, M., Shabala, S. & Jacobsen, S. E. (2014). Sensitivity of two Quinoa (Chenopodium quinoa) varieties to progressive drought stress. Journal of Agronomy and Crop Science, 200, 12–23.
35. Telahigue, D., Ben Yahia L., Aljane, F., Belhouchett K. & Toumi, L. (2017). Grain yield, biomass productivity and water use efficiency in quinoa (Chenopodium quinoa) under drought stress. Journal of Scientific Agriculture, 1, 222-232.
36. Tao, F., Yokozawa, M. & Zhang, Z. (2009). Modelling the impact of weather and climate variability on crop productivity over a large area: Anew process-based model development, optimization, and uncertainties analysis. Agricultural and Forest Meteorology, 149, 1266-1278.
37. Van acker C. R., Swanton, C. J. & Weise. S. F. (1993). The critical period of weed control in soybean (Glycine max), Weed Science, 41, 194-200.
38. yousefi, A. & Bosh, Z. (2015). Evaluation of sunflower response to weed interference in low irrigation conditions. Journal of Water Research in Agriculture, 28(2), 431-441. (in Persian)
39. Zarghani, H., Nezami, A., Khajeh-Hosseini, M. & Izadi, E. (2013). The effect of weeding time on yield and yield components of sesame (Sesamum indicum). Iranian Journal of Field Crop Research, 10(4), 690-698. (in Persian)
40. Zimdahl, R. L. (2007). Weed-crop competition, a review. International Plant Protection Center (2nd Ed.). Oregon State University, USA.