Effect of soybean and sesame intercropping on grain yield and yield components under the low-nitrogen condition

مقدمه

اثرات زیست محیطی کشاورزی صنعتی از جمله انتشار قابل توجه گازهای گلخانه­ای، کاهش تنوع زیستی، حاصلخیزی و تخریب خاک، آلودگی گسترده ناشی از کاربرد کود­های شیمیایی و آفت‌کش­ها و خطرات آن برای سلامت بشر، باعث توجه بیشتر به طراحی مجدد سامانه­ها و مدیریت کشاورزی بر طبق اصول زیست محیطی شده است. نخستین گام در اجرای چنین سیستمی، کاهش وابستگی به نهاده­های ورودی است (Delong et al., 2016). در این میان، کشت مخلوط؛ راهبرد مناسبی برای افزایش بهره­وری زراعت در واحد سطح است، زیرا بر اساس جذب منابع مبتنی بر ساز­و­کارهای زیست محیطی قرار دارد (Yu et al., 2015). مزیت استفاده از کشت مخلوط این است که رقابت دو گونه در کشت مخلوط به‌دلیل ایجاد آشیان­های اکولوژیک متفاوت، برای یک منبع تقلیل می­یابد و از این رو گونه­ها تمایل دارند که از منابع به روش مکملی استفاده کنند (Bedoussac & Justec, 2011). از نظر اکولوژیک، استفاده مکملی از منابع به معنی کاهش همپوشانی آشیان­های اکولوژیک و رقابت بین گونه­ها در کشت مخلوط است که اجازه می­دهد گونه­ها در کشت مخلوط ،دارای محدوده وسیع­تر و مقدار بیشتری از منابع در مقایسه با کشت خالص باشند (Stomph et al., 2020). این گونه روابط معمولا به دلیل تفاوت در ویژگی­های ریخت­شناسی گونه­ها (از قبیل ارتفاع بوته، سطح برگ، شاخه­های فرعی و ساختمان ریشه) و یا طول دوره رشد متفاوت ایجاد می­شود (Bedoussac & Justec, 2011).

در این رابطه برخی از پژوهشگران، ضمن مطالعه کشت مخلوط آفتابگردان (Helianthus annus L.)، لوبیا قرمز (Phaseolus calcaratus L.) و کنجد (Sesamum indicum L.) در شهر مشهد بیان داشتند که برخلاف گیاه آفتابگردان، بیشترین میانگین ویژگی­های رویشی، اجزای عملکرد و عملکرد دانه، متعلق به کشت خالص کنجد و لوبیا قرمز است؛ آن‌ها دلیل این امر را به کانوپی غالب آفتابگردان و سایه­اندازی آن بر دیگر گونه­ها در الگوی کشت مخلوط نسبت دادند (Koocheki et al., 2016). همچنین نتایج مطالعه کشت مخلوط کنجد و نخود
(Cicer aritinum L.) به‌صورت جایگزینی در شهر مشهد نشان داد که کنجد در نسبت کشت 50:50، دارای بیشترین میانگین تعداد شاخه­های فرعی، و کپسول در بوته و وزن هزار دانه است (Pouramir et al., 2011). در این زمینه، سایر پژوهشگران نیز ضمن بررسی کشت مخلوط لوبیا (Phaseolus vulgaris L.) و کنجد در شهر مشهد بیان داشتند که کنجد در نسبت کشت 25:75 دارای بیشترین میانگین وزن هزار دانه و تعداد دانه در کپسول و کپسول در بوته است (Ghale Noyee et al., 2017). همچنین در بررسی نسبت­های گوناگون کشت مخلوط سویا (Glycine max L.) و ارزن (Panicum miliaceum L.) به‌صورت جایگزینی در شهر همدان مشخص شد که بیشترین تعداد غلاف و دانه در بوته سویا در نسبت کشت 50:50 مشاهده شد (Ahmadvand & Hajinia, 2016). در همین راستا و بر اساس مطالعات انجام شده در کشور بنگلادش، با افزایش تعداد ردیف­های کشت کنجد در کشت مخلوط، تعداد کپسول در بوته کاهش و صفات ارتفاع ساقه، تعداد شاخه­های فرعی، وزن هزار دانه، تعداد کپسول در بوته و عملکرد دانه افزایش یافت (Islam et al., 2012). برخی از پژوهشگران نیز ضمن بررسی کشت مخلوط سویا و آفتابگردان در شهر مراغه دریافتند که نسبت کشت 75:25 دارای بیشترین نسبت برابری زمین (67/1) بود؛ همچنین مشاهده شد که شاخص رقابت آفتابگردان در کشت مخلوط بیشتر از سویا است (Javanmard et al., 2018). نتایج مطالعه نسبت­های مختلف کشت مخلوط ردیفی لوبیا و کنجد در شهر مشهد نیز نشان داد که بیشترین میزان شاخص نسبت برابری زمین (59/1) به نسبت کشت 50:50 تعلق داشت (Nurbaksh et al., 2016). در نهایت کشت مخلوط گیاه بقوله و غیر بقوله به‌صورت جایگزینی می­تواند از طریق ایجاد رابطه مکملی مثبت، باعث افزایش عملکرد، اجزای عملکرد و شاخص­های سودمندی در کشت مخلوط شود (Namdari & Mahmoodi, 2013).

کنجد گیاهی دانه ­روغنی و مقاوم به گرما است که به دلیل اهمیت میزان عملکرد دانه و کیفیت روغن، مورد توجه بیشتر پژوهشگران و کشاورزان قرار گرفته است (Uzun & Cagirgan, 2006) و به­دلیل ساختار ریشه، ارتفاع بوته و قابلیت شاخه­دهی متفاوت (Koocheki et al., 2016)، توانایی رقابت با بقولات گرمسیری را در الگوی کشت مخلوط دارد. همچنین در بین بقولات زراعی یک­ساله، سویا دارای بیشترین سطح زیر کشت ارگانیک در جهان است (Willer & Lernoud, 2017). با وجود مناسب بودن شرایط آب و هوایی و خاک برای رشد سویا در استان مازندران، میانگین عملکرد محصول سویا 30 درصد کمتر از متوسط جهانی است (Akbari Nodehi, 2012). با توجه به اهمیت تولید و نقش گیاه همراه در ایجاد رابطه مکملی و افزایش کارایی در سیستم کشت مخلوط، تحقیق حاضر با هدف ارزیابی تاثیر رقابت سویا و کنجد در نسبت­های اختلاط به‌صورت جایگزینی بر عملکرد، اجزای عملکرد و شاخص­های سودمندی کشت مخلوط انجام شد.

مواد و روش­ها

این پژوهش در طی دو سال زراعی (1396-98) در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری با عرض جغرافیایی 36 درجه و 23 دقیقه شمالی و طول جغرافیایی 53 درجه و سه دقیقه شرقی و ارتفاع 43 متر از سطح دریا انجام شد. آزمایش به‌صورت طرح بلوک­های کامل تصادفی در پنج تیمار و چهار تکرار انجام شد. تیمارهای آزمایش شامل نسبت­های اختلاط کنجد:سویا به روش جایگزینی شامل 25:75، 50:50، 75:25 و تک­کشتی هر یک از آن­ها بود. ترکیب­های صفر: 100 و 100: صفر به‌ترتیب کشت خالص کنجد و سویا را تشکیل دادند. در ترکیب­های 25:75 و 75:25 نیز به‌ترتیب سه ردیف کنجد - یک ردیف سویا و یک ردیف کنجد - سه ردیف سویا در نظر گرفته شد. ترکیب 50:50 نیز شامل کشت متوالی دو ردیف کنجد و سویا بود. بذر سویا رقم ساری از مرکز تحقیقات شرکت توسعه کشت دانه­های روغنی ساری و بذر کنجد رقم ناز چند شاخه از موسسه تحقیقات اصلاح نهال و بذر شهرستان کرج تهیه شد. عملیات کشت در 15 اردیبهشت به­صورت هیرم­کاری و به روش دستی و تلقیح بذر­های سویا پیش از کشت با باکتری رایزوبیوم ژاپونیکوم (با تراکم سلولی 10⁷×2) انجام شد. تعداد خط­های کشت در هر کرت 12، فاصله بین خط­ها 35 سانتیمتر، طول خط­ها چهار متر و تراکم نهایی بوته برای هر دو گیاه به­صورت ثابت 28 بوته در مترمربع بود. پیش از کشت و با توجه به نتایج آزمایش خاک (جدول 1)، مقدار کود توصیه شده در محدوده مورد نیاز گیاه سویا و کنجد با تخمین متوسط عملکرد دانه گیاهان مورد مطالعه و نوع آزمایش عناصر غذایی (به‌طور مثال، فسفر به روش اولسن) از طریق روابط و ضرایب موجود در راهنمای توصیه کاربرد کود شیمیایی
(Gerwing & Gelderman, 2019) محاسبه و تامین شد.

جدول 1- نتایج تجزیه فیزیکی و شیمیایی خاک محل آزمایش

Table 1. The chemical and physical properties of the experimental soil

بدین ترتیب در سال زراعی 97-1396، میزان 90 کیلوگرم فسفر و 66 کیلوگرم پتاس و در سال زراعی 98-1397 نیز مقدار 33 کیلوگرم فسفر استفاده شد. منابع مورد استفاده برای تامین عناصر فسفر و پتاس مورد نیاز به‌ترتیب سوپرفسفات تریپل و سولفات پتاسیم بود. قابل ذکر است که آزمایش در سال زراعی دوم نیز در زمین کشت شده در سال اول انجام شد. با توجه به اهمیت قابلیت تثبیت زیستی سویا در این پژوهش، از کود نیتروژن­دار به دلیل اثر منفی بر فرآیند مذکور استفاده نشد. آبیاری گیاهان به‌صورت قطره­ای و با اندازه­گیری پتانسیل ماتریک توسط دستگاه تانسیومتر در 4/0 – بار و عملیات وجین به­صورت دستی در چهار مرحله و با فاصله زمانی 14 روز انجام شد. عملیات برداشت کنجد و سویا به‌ترتیب در تاریخ 12 مهر و پنج آبان ماه با رعایت اثرات حاشیه (5/0 متر از دو طرف هر کرت) با دست و به‌وسیله قیچی باغبانی از چهار ردیف میانی به تفکیک گیاه مورد نظر و نسبت اختلاط صورت گرفت. همزمان با عملیات برداشت، پنج بوته از هر یک از گیاهان به­صورت تصادفی انتخاب و برای تعیین اجزای عملکرد و اندازه­گیری ویژگی­های مورفولوژیکی گیاه برداشت شد. همچنین برای تعیین وزن خشک نهایی ساقه نیز ابتدا پس از جداسازی اندام­های زایشی از ساقه و قرار دادن آن‌ها بدر پاکت­های ویژه جداگانه، نمونه­ها به مدت 48 ساعت در آون الکتریکی تهویه­دار با دمای 70 درجه­سانتیگراد قرار خشک شدند و سپس بلافاصله پس از خروج از آون، با ترازوی دیجیتال با دقت یک­هزارم، وزن خشک آن‌ها اندازه‌گیری شد. محاسبه نسبت برابری زمین (Mead & Willey, 1980)، نسبت رقابت (Willey & Rao, 1980) و اثرات خالص، مکملی و انتخابی (Loreau & Hector, 2001) به‌ترتیب از طریق روابط زیر اندازه­گیری شد.

رابطه­ (1)

رابطه­ (2)

رابطه­ (3) NE=CE + SE= (N× ΔR̄Y× M̄) + (N× cov (ΔRY, M))                                                          

که در آن‌ها، Yi_a و Yi_b: عملکرد گیاه a و b در کشت مخلوط، Ym_a و Ym_b: عملکرد گیاه a و b در کشت خالص، LER_a و LER_b: نسبت برابری زمین گیاه a و b، Zi_a و Zi_b: سهم گیاه a و b در کشت مخلوط، NE: اثر خالص، CE: اثر مکملی، SE: اثر انتخابی، N: تعداد گونه در کشت مخلوط، ΔR̄Y: میانگین عملکرد نسبی دو گونه،M̄ : میانگین عملکرد گیاهان در کشت خالص و cov(ΔRY,M): کوواریانس بین عملکرد نسبی به‌دست آمده در کشت مخلوط و خالص می­باشد.

در نهایت و به‌منظور تجزیه‌ آماری داده­‌ها و مقایسه میانگین­‌ها، از نرم افزار سیستم آنالیز آماری (1/9) SAS استفاده شد. مقایسه­های میانگین داده­‌ها با آزمون کم­ترین تفاوت معنی­دار (LSD) در سطح پنج درصد و رسم نمودار­ها به­کمک نرم‌افزار (2019) Excel و (14) Sigma Plot انجام شد.

نتایج و بحث

نسبت­های اختلاط، اثر معنی­داری بر میانگین ارتفاع نهایی ساقه سویا و کنجد داشتند (جدول 2، 3). در مورد سویا، کشت خالص (صفر:100) و نسبت اختلاط 50:50 به‌ترتیب با میانگین 37/65 و 92/49 سانتیمتر دارای بیشترین و کمترین ارتفاع ساقه بودند.

جدول 2- تجزیه واریانس مرکب (میانگین مربعات) صفات مورفولوژیک، عملکرد و اجزای عملکرد کنجد تحت تاثیر نسبت­های اختلاط با سویا

Table 1. Variance analysis (mean squares) of different soybean and sesame intercropping ratio effects on on morphological traits, yield and yield components of sesame

ns، * و ** به‌ترتیب غیر معنی­دار و معنی­دار در سطوح احتمال پنج و یک درصد

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

نسبت اختلاط 75:25 (کنجد-سویا) نیز از لحاظ آماری تفاوت معنی­داری با کشت خالص سویا نداشت (جدول 4). در بین نسبت­های اختلاط، با کاهش سهم ردیف کشت سویا،‌ میزان ارتفاع ساقه سویا به‌طور ثابت افزایش پیدا نکرد، به شکلی که ارتفاع ساقه سویا در نسبت اختلاط 25:75 (کنجد-سویا) در مقایسه با نسبت اختلاط 50:50 به‌طور میانگین 92/10 درصد بیشتر بود. به‌نظر می­رسد که سویا در نسبت اختلاط 25:75 (کنجد-سویا)، بیشتر تحت تاثیر تاج­پوشش کنجد قرار گرفته است. همچنین با کاهش تعداد ردیف کشت کنجد در نسبت­های اختلاط، میزان ارتفاع ساقه کنجد نیز افزایش یافت. بیشترین ارتفاع ساقه کنجد (37/152 سانتی­متر) به نسبت اختلاط 75:25 (کنجد-سویا) تعلق داشت.

جدول 3- تجزیه واریانس مرکب (میانگین مربعات) صفات مورفولوژیک، عملکرد و اجزای عملکرد سویا تحت تاثیر نسبت­های اختلاط با کنجد

Table 2. Variance analysis (mean squares) of different soybean and sesame intercropping ratio effects on on morphological traits, yield and yield components of soybean

ns، * و ** به‌ترتیب غیر معنی­دار و معنی­دار در سطوح احتمال پنج و یک درصد

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

ارتفاع ساقه کنجد در نسبت­های اختلاط 50:50 و 25:75 (کنجد-سویا) نیز به‌ترتیب 42/24 و 26/12 درصد بیشتر از کشت خالص (:100: صفر) بود (جدول 4). به‌طورکلی، کاهش میزان تابش دریافتی توسط تاج­پوشش در الگوی کشت مخلوط و کاهش نسبت نور قرمز به قرمز دور، نقش مهمی در افزایش ارتفاع ساقه دارد (Yang et al., 2014; Stomph et al., 2020).

جدول 4- مقایسه میانگین­های صفات مورفولوژیک و اجزای عملکرد در نسبت­های اختلاط کنجد-سویا

Table 3. Mean comparisons of morphological traits and yield components in different soybean-sesame intercropping ratios

* و ** :به‌ترتیب معنی­دار در سطوح احتمال پنج و یک درصد. در هر ستون، میانگین­های دارای حروف مشترک، بر اساس آزمون حداقل تفاوت معنی­دار و در سطح احتمال پنج درصد، تفاوت معنی­داری با هم ندارند.  اعداد پس از میانگین، نشان دهنده انحراف استاندارد است

* and **: Significant at 5% and 1% of probability levels, respectively. Means followed by the same latter(s) in the same column are not significantly different (LSD 5%). Values are means±standard deviation (X̄±SD)

نسبت­های اختلاط، اثر معنی­داری بر میانگین تعداد شاخه ­فرعی سویا و کنجد داشتند (جدول 2، 3). سویا در نسبت اختلاط 50:50 و 25:75 (کنجد-سویا) به‌ترتیب با میانگین 54/4 و 92/1، دارای بیشترین و کمترین تعداد شاخه­فرعی بود؛ هر چند از لحاظ آماری نسبت­های 75:25 (کنجد-سویا) و کشت خالص سویا (صفر: 100) تفاوت معنی­داری با نسبت اختلاط 25:75 (کنجد-سویا) نداشتند (جدول 4). همچنین کشت خالص کنجد (100: صفر) در بین نسبت­های اختلاط، دارای بیشترین تعداد شاخه فرعی (62/3) بود. کاهش تعداد ردیف کشت کنجد در نسبت­های اختلاط و افزایش رقابت با سویا، باعث کاهش معنی­دار تعداد شاخه­های فرعی کنجد شد. میزان این کاهش در نسبت­های اختلاط 25:75، 50:50 و 75:25 (کنجد-سویا) در مقایسه با کشت خالص به‌ترتیب 56/8، 34/48 و 40/67 درصد بود (جدول 4). به‌طورکلی، ساز و کار جبرانی در گیاه سویا، با نسبت نور قرمز به قرمز دور در پوشش گیاهی در طول مراحل ابتدایی رشد فعال می‌شود و تخصیص ماده خشک به شاخه­های فرعی را افزایش می­دهد (Luca et al., 2014; Corassa et al., 2018). بنابراین به‌نظر می­رسد که سازوکار خودتنظیمی گیاه سویا در نسبت­های 50:50 و 75:25 (کنجد-سویا)، نقش مهمی در افزایش کارایی استفاده از عوامل محیطی و همچنین توسعه شاخه­های فرعی داشته است؛ هر چند کنجد نیز در کشت مخلوط می­تواند اثرات تراکم بوته را با افزایش شاخه­دهی جبران نماید (Pour Amir et al., 2011; Mohamadian et al., 2013)، اما به دلیل تاج­پوشش سنگین گیاه سویا در الگوی کشت مخلوط، کنجد قادر به افزایش تعداد شاخه­های فرعی نبود. این موضوع یکی از مهم‌ترین دلایل کاهش تعداد شاخه­های فرعی کنجد، به‌ویژه در نسبت اختلاط 75:25 (کنجد-سویا) است.

میانگین تعداد غلاف در سویا نیز تحت تاثیر نسبت­های اختلاط قرار گرفت (جدول 3). بیشترین تعداد غلاف در بوته، به نسبت اختلاط 50:50 تعلق داشت؛ هر چند سایر نسبت­های اختلاط از لحاظ آماری تفاوت معنی­داری با یکدیگر نداشتند (جدول 4). همان‌طور که اشاره شد، سازوکار جبرانی در گیاه سویا، نقش مهمی در تخصیص ماده خشک به شاخه­های فرعی و تعداد غلاف­ها در بوته دارد (Corassa et al., 2018)؛ بنابراین افزایش تعداد غلاف­ها در بوته می­تواند ناشی از در اختیار داشتن فضای مناسب گیاه سویا در الگوی کشت مذکور باشد؛ این نتایج در مورد نسبت اختلاط 75:25 (کنجد-سویا) نیز صادق بود. مقدار افزایش تعداد غلاف در بوته سویا در نسبت­های اختلاط 75:25، 50:50 و 25:75 (کنجد-سویا) به‌ترتیب 87/19، 77/85 و 94/4 درصد در مقایسه با کشت خالص سویا (صفر : 100) بود. افزایش رقابت و ارتفاع تاج­پوشش کنجد در نسبت اختلاط 25:75 (کنجد-سویا)، باعث تولید تعداد غلاف کمتر شد. به‌طورکلی، آستانه تحمل سایه­دهی در سویا در الگوی کشت مخلوط، 20 تا 30 درصد می­باشد (Khalid et al., 2018)؛ بنابراین به‌نظر می­رسد که افزایش سایه­دهی توسط گیاه کنجد به­ویژه در مرحله رشد زایشی گیاه سویا، نقش مهمی در کاهش تعداد غلاف در بوته داشته است.

همچنین نسبت اختلاط، اثر معنی­داری بر میانگین تعداد کپسول در بوته کنجد داشت (جدول 2). کشت خالص کنجد (100: صفر) و نسبت اختلاط 75:25 (کنجد-سویا) به‌ترتیب با میانگین 63/96 و 25/32 دارای بیشترین و کمترین تعداد کپسول در بوته بودند (جدول 4). به‌طورکلی، با کاهش سهم کشت کنجد در کشت مخلوط، تعداد کپسول در بوته کاهش یافت و مقدار آن در نسبت 50:50 و 75:25 (کنجد-سویا) به‌ترتیب 95/27 و 62/66 درصد کمتر از کشت خالص (100: صفر) بود (جدول 4). به‌نظر می­رسد که کاهش تعداد شاخه­های فرعی کنجد در نسبت­های مذکور، نقش تاثیر­گزاری در این زمینه داشته است.

نسبت اختلاط اثر معنی­داری بر وزن هزار دانه سویا و کنجد داشتند (جدول 2، 3). نتایج نشان داد که سویا در نسبت اختلاط 75:25 (کنجد-سویا) با میانگین 15/213 گرم، دارای بالاترین وزن هزار دانه بود؛ این در حالی است که سایر نسبت­های اختلاط از لحاظ صفت مذکور، تفاوت معنی­داری با یکدیگر نداشتند. در مورد کنجد نیز کشت خالص (100: صفر) و نسبت 75:25 (کنجد-سویا) به‌ترتیب با میانگین 07/4 و 51/3 گرم، دارای بیشترین و کمترین وزن هزار دانه بودند (جدول 4). تنظیم دقیق سازوکارهای منبع-مخزن در مراحل گوناگون رشد، نقش مهمی در تامین مواد فتوسنتزی، سرعت رشد گیاه و تخصیص آن به اندام­های گوناگون گیاه دارد (Luca et al., 2014; Stomph et al., 2020). از این رو به‌نظر می­رسد که ایجاد رقابت بین­گونه­ای در الگوی کشت مخلوط، باعث اختصاص کمتر مواد فتوسنتزی به دانه­ها شده است. کاهش وزن هزار دانه گیاه زراعی در سیستم کشت مخلوط توسط سایر پژوهشگران نیز بیان شده است (Ehsanifar et al., 2015; Zhu et al., 2016). در این میان، برخی از پژوهشگران، افزایش وزن هزار دانه گیاه زراعی را در کشت مخلوط (Hanming et al., 2012) و تعدادی دیگر، عدم تاثیر نسبت­های مختلف کشت مخلوط را بر وزن هزار دانه گزارش کردند (Namdari et al., 2012; Nurbaksh et al., 2016). همان‌طور که اشاره شد، توان رقابتی گیاه در کشت مخلوط، تولید و اختصاص مواد فتوسنتزی به‌ویژه در مراحل رشد زایشی گیاه، نقش مهمی در تغییر میزان وزن هزار دانه گیاه زراعی دارد.

نسبت اختلاط، اثر معنی­داری بر عملکرد دانه سویا و کنجد داشتند (جدول 2، 3). بیشترین عملکرد دانه سویا (32/4368 کیلوگرم در هکتار) در کشت خالص (صفر: 100) بود و با کاهش سهم کشت گیاه سویا در نسبت­های اختلاط، مقدار عملکرد دانه کاهش یافت؛ هر چند عملکرد دانه سویا در نسبت 75:25 (کنجد-سویا) از لحاظ آماری تفاوت معنی­داری با کشت خالص سویا (صفر: 100) نداشت (جدول 5).

جدول 5- مقایسه میانگین­های عملکرد دانه در نسبت­های اختلاط کنجد-سویا

Table 4. Mean comparisons of grain yield in different soybean-sesame intercropping ratios

* و ** : به‌ترتیب معنی­دار در سطوح احتمال پنج و یک درصد. در هر ستون، میانگین­های دارای حروف مشترک، بر اساس آزمون حداقل تفاوت معنی­دار و در سطح احتمال پنج درصد، تفاوت معنی­داری با هم ندارند.

* and **: Significant at 5% and 1% probability levels, respectively. Means followed by the same latter(s) in the same column are not significantly different (LSD 5%). Values are means±standard deviation (X̄±SD)

این نتایج در مورد عملکرد دانه کنجد در نسبت­های اختلاط نیز صادق بود، به‌طوری‌که با کاهش سهم کنجد در الگوی کشت، مقدار عملکرد دانه به شدت کاهش یافت. بدین ترتیب نسبت 75:25 (کنجد-سویا) با میانگین 99/210 کیلوگرم در هکتار، بیشترین کاهش (37/59- درصد) را در مقایسه با مقادیر قابل انتظار نشان داد (جدول 5). با توجه به روند نزولی عملکرد دانه کنجد با کاهش سهم ردیف کشت در الگوهای کشت مخلوط نسبت به مقادیر قابل انتظار، می­توان بیان داشت که سویا در کشت مخلوط به دلیل نوع تاج­پوشش، از تسلط رقابتی بیشتری برخوردار بوده است. در مجموع بالاترین عملکرد دانه سویا و کنجد (31/4251 کیلوگرم در هکتار) در بین نسبت­های اختلاط، به نسبت 75:25 (کنجد-سویا) تعلق داشت؛ هر چند نسبت 50:50 نیز با میانگین تولید 04/4244 کیلوگرم در هکتار از لحاظ آماری، تفاوت معنی­داری با نسبت اختلاط مذکور نداشت (جدول 5). بررسی الگوی تاثیر رقابت بر عملکرد دانه کنجد و سویا نیز نشان داد که میزان عملکرد دانه سویا در نسبت­های اختلاط بر خلاف کنجد، در مقایسه با مقادیر قابل پیش­بینی افزایش یافت، به‌طوری‌که مقدار افزایش محصول سویا در نسبت­های اختلاط، بیش از کاهش محصول کنجد بود (شکل 1). با توجه به نتایج مذکور، تاثیر رقابت کنجد و سویا در کشت مخلوط، از نوع مکملی مثبت می­باشد. نزدیکی برآیند مجموع عملکرد دانه گیاهان در نسبت 25:75 (کنجد-سویا) به عملکرد آن‌ها در کشت خالص، نشان‌دهنده موقعیت جبرانی گیاهان در الگوی کشت مذکور است. بنابراین در نسبت اختلاط 25:75 (کنجد-سویا)، کنجد استفاده بیشتری از عوامل محیطی رشد کرده است.

علاوه بر آن و در بین نسبت­های اختلاط، نسبت کشت 50:50 و 75:25 (کنجد-سویا) به‌ترتیب با میانگین 17/1 و 01/1 دارای نسبت برابری زمین بالاتر از یک بودند (جدول 6) و این موضوع نشان دهنده برتری نسبت اختلاط مذکور بر کشت خالص گیاهان مورد مطالعه است. نسبت اختلاط 25:75 (کنجد-سویا) نیز با نسبت برابری زمین 95/0، فاقد سودمندی لازم در مقایسه با کشت خالص کنجد و سویا بود. علاوه بر آن، بررسی نسبت رقابت در کشت مخلوط نیز نشان داد با افزایش سهم کشت سویا در کشت مخلوط، قدرت رقابت گیاه در کشت مخلوط افزایش می­یابد (جدول 6).

شکل 1- تاثیر رقابت دو گیاه کنجد و سویا بر میانگین عملکردهای دانه گیاه در نسبت اختلاط و در دو سال زراعی (● : عملکرد دانه گیاه کنجد، ¡  : عملکرد دانه گیاه سویا، ▼: مجموع عملکرد دانه دو گیاه، ∆:  مقدار پیش بینی شده گیاه کنجد و   : مقدار پیش بینی شده گیاه سویا می­باشد)

Figure 1- Effect of Sesame and Soybean competition on the mean grain yields in different intercropping ratios in two years (●: Actual grain yield of sesame, ¡: Actual grain yield of soybean, ▼: Total actual yield of sesame and soybean in intercropping,∆  Expected of grain yield in sesame, n:  Expected of grain yield in soybean)

این در حالی است که نسبت رقابت کنجد تنها در نسبت 25:75 (کنجد-سویا) بیشتر از واحد بود؛ بنابراین توان رقابتی کنجد در کشت مخلوط با کاهش سهم ردیف کشت به شدت کاهش می­یابد. یکی از دلایل برتری نسبت 50:50 و 75:25 (کنجد-سویا) می­تواند ایجاد رابطه مکملی مثبت و افزایش بهره­برداری از عوامل محیطی به­ویژه توسط سویا در الگوی کشت مخلوط باشد. همچنین نتایج نشان داد که افزایش عملکرد در نسبت اختلاط 75:25 (کنجد-سویا) به‌علت افزایش اثر انتخابی و قابلیت تسلط رقابتی سویا در کشت مخلوط بوده است، به‌طوریکه در نسبت اختلاط مذکور، 73/76 درصد از سهم عملکرد دانه به علت تسلط رقابتی و مابقی (27/23 درصد) مربوط به اثر مکملی در رقابت می­باشد (جدول 6). این در حالی است که در نسبت اختلاط 50:50، نقش اثر مکملی و تعدیل رقابت در مقایسه با اثر انتخابی پر رنگ­تر بود. به‌طورکلی، عملکرد دانه به‌طور بالقوه تحت تاثیر ایجاد تعادل در رقابت بین­گونه­ای از طریق ایجاد رابطه مکملی و یا تسلط رقابت توسط گونه پر بازده است و تقویت رابطه مکملی، رابطه مستقیمی با افزایش کارایی استفاده از منابع دارد (Loreau & Hector, 2001). بر این اساس و در نسبت اختلاط 50:50، سهم اثر مکملی در افزایش عملکرد دانه کنجد و سویا 98/53 درصد بود (جدول 6). همانطور که اشاره شد، برتری سازوکار جبرانی سویا در مقایسه با کنجد، نقش مهمی در افزایش اثر مکملی و کاهش اثر غالبیت در سیستم رقابت در الگوی کشت مخلوط دارد.

جدول 6- اثر نسبت­های اختلاط بر کارایی کشت مخلوط کنجد-سویا

Table 5. Effect of intercropping ratios on the soybean - sesame intercropping efficiency

نتیجه­گیری کلی

نتایج این پژوهش نشان داد که تسهیل در نسبت اختلاط از طریق ایجاد رابطه مکملی مثبت، نقش مهمی در افزایش شاخص سودمندی، عملکرد و اجزای عملکرد کنجد و سویا دارد؛ در این بین، نقش تسلط رقابتی سویا در الگوی کشت مخلوط، بیشتر از کنجد بود. هر چند رقابت گیاه کنجد در نسبت 25:75 (کنجد-سویا) نیز مانع افزایش بیشتر عملکرد دانه سویا در مقایسه با مقادیر قابل انتظار شد، اما در نهایت بر خلاف کنجد، عملکرد دانه سویا در نسبت­های اختلاط بیشتر از مقادیر قابل انتظار بود. افزایش معنی­دار تعداد شاخه­های فرعی و تعداد غلاف در بوته گیاه سویا در الگوی کشت مخلوط، نقش مهمی در این زمینه داشت. علاوه بر مطالب گفته شده، بیشترین شاخص بهره­وری کشت مخلوط، به نسبت 50:50 با میانگین نسبت برابری زمین 17/1 تعلق داشت. بر این اساس، نسبت 50:50 با ایجاد تاج­پوشش مناسب و افزایش کارایی استفاده از عوامل محیطی، ضمن تولید مواد فتوسنتزی بیشتر و توسعه شاخه­های فرعی، در تولید عملکرد و اجزای عملکرد موفق­تر بوده است. این موضوع به دلیل ایجاد رابطه مکملی و کاهش میزان رقابت در مقایسه با سایر نسبت­های کشت مخلوط بود که در نهایت منجر به افزایش 17 درصدی بهره­وری عملکرد دانه شده است.

REFRENCES

Ahmadvand, G. & Hajinia, S. (2016). Ecological aspects of replacement intercropping patterns of soybean (Glycine max L.) and millet (Panicum miliaceum L.). Journal of Agroecology, 7(4), 485-498. (In Persian with English abstract)

Akbari Nodehi, E (2012). Assessing the relations between soybean yield and water consumption. Journal of Water and Soil Resources Conservation, 1(2), 51-59. (In Persian with English abstract)

Bedoussac, L. & Justec, E. (2011). A comparison of commonly used indices for evaluating species interactions and intercrop efficiency: Application to durum wheat–winter pea intercrops. Field Crop Research, 124, 25-36.

Corassa, G. M., Amado, T. J. C., Strieder, M. L., Schwalbert, R., Pires, J. L. F., Carter, P. R. & Ciampitti, I. A. (2018). Optimum soybean seeding rates by yield environment in southern brazil. Agronomy Journal, 110(6), 1-9.

Delong, M. S., Miles, A. & Carlisle, I. (2016). Investing in the transition to sustainable agriculture. Environmental Science and Policy, 55, 266-273.

Ehsanifar, A. R., Dahmardeh, M. & Khamari, I. (2015). Effect of different tillage systems on yield and yield components in cowpea-millet intercropping. Indian Journal of Science and Technology, 8(11), 1-8.

Gerwing, J. & Gelderman, R. (2019). Fertilizer recommendation guide. (Annual Report EC750). U.S. Department of Agriculture, South Dakota State University. 27.

Ghale Noyee, S., Koocheki, A., Naseri Poor Yazdi, M. T. & Jahan, M. (2017). Effect of different treatments of mixed and row intercropping on yield and yield components of sesame and bean. Iranian Journal of Field Crops Research, 15 (3), 588-602. (In Persian with English abstract)

Hanming, H. E., Lei, Y., Lihua, Z., Han, W., Liming, F., Yong, X., Youyong, Z. & Chengyun, L. (2012). The Temporal-Spatial Distribution of Light Intensity in Maize and Soybean Intercropping Systems. Journal of Resources and Ecology, 3(2), 169-173.

Islam, M. R., Mian, M. A. K. & Rahman, M. T. (2012). Suitability of intercropping sesame with mukhikachu. Bangladesh Journal Agricultural Research, 37(4), 625-634.

Javanmard, A., Amani Machiani, A., Ostadi, A., Seifi, A. & Khodayari, S. (2018). Evaluation of land productivity, competition and insect diversity in different intercropping patterns of sunflower (Helianthus annus L.) and soybean (Glycin max L.) under low input condition. Iran Agricultural Research, 37(2), 105-116.

Khalid, M. H. B., Reza, M. A., Yu, H. Q., Sum, F. A., Zhang, Y. Y., Lu, F. Z., Iqbal, N., Khan, I., Fu, F. L & Li, W. C. (2018). Effect of shade treatments on morphology, photosynthetic and chlorophyll flurescence characteristics of soybeans (Glycine max L. merr.). Applied Ecology and Environmental Research, 17(2), 2551-2569.

Koocheki, A., Zarghani, H. & Noroozian, A. (2016). Comparison of yield and yield components of sunflower (Helianthus annus L.), sesame (Sesamum indicum L.) and red bean (Phaseolus calcaratus L.) under different intercropping arrangements. Iranian Journal of Field Crop Research, 14(2), 226-243. (In Persian with English abstract)

Loreau, M. & Hector, A. (2001). Partitioning selection and complementarity in biodiversity experiments. Nature, 412, 72–76.

Luca, M. J. D. & Hungria, M. (2014). Plant densities and modulation of symbiotic nitrogen fixation in soybean. Scientia Agricola, 71(3), 181-187.

Mead, R. & Willey, R. W. (1980). The concept of a land equivalent ratio and advantages in yields for intercropping. Experimental Agriculture, 16, 217–228.

Mohamadian, M., Rezvani Moghaddam, P., Zarghani, H. & Yanegh, A. (2013). Study the Effect of Intercropping of three Sesame Genotypes on Morphological and Physiological Indice. Iranian Journal of Field Crops Research, 11(3), 421-429. (In Persian with English abstract)

Namdari, M. & Mahmoudi, S. (2013). Evaluation of yield and productivity indices in planting ratios of intercropping of Chickpea (Cicer arietinum L.) and Canola (Brassica napus L.). Iranian Journal of Crop Science, 14(4), 346-357. (In Persian with English abstract)

Namdari, M., Behdani, M. A. & Arab, G. H. (2012). Effect of yield, yield components and seed quality of intercropping soybean cultivars in Gaem Shahr weather conditions. The Plant Production, 34(2): 13-26. (In Persian with English abstract)

Nurbaksh. F., Koocheki, A. & Mahallati, M. N. (2016). Evaluation of yield, yield components and different intercropping indices in mixed and row intercropping of sesame (Sesamum indicum L.) and bean (Phaseolus vulgaris L.). Iranian Journal of Pulses Reseach, 6(2), 73-86. (In Persian with English abstract)

Pour Amir, F., Nassiri Mahallati, M., Koocheki, O. & Ghrbani, R. (2011). Evaluation the effect of different planting ratios on yield and yield components of intercropping sesame and chickpea in additive series. Iranian Journal of Field Crops Research, 8(3), 393-402. (In Persian with English abstract)

Stomph, T., Dordas, C., Baranger, A., de Rijk, J., Dong, B., Evers, J., Gu, C., Li, L., Simon, J., Jensen, E. S., Wang, Q., Wang, Y., Wang, Z., Xu, H., Zhang, C., Zhang, L., Zhang, W., Bedoussac, L. & Werf, W. V. (2020). Designing intercrops for high yield, yield stability and efficient use of resources: Are there principles? In: D.L. Sparks (Ed.), Advances in Agronomy. (pp. 1-50) Elsevier Inc.

Uzun, B. & Cagirgan, M. I. (2006). Comparison of determinate and indeterminate lines of sesame for agronomic traits. Field Crop Research, 96, 13-18.

Willer, H. & Lernoud, J. (2017). The world of organic agriculture. Statistics and emerging trends. (1th ed.) FiBL and IFOAM- Organic International.

Willey, R. W. & Rao, M. R. (1980). A competitive ratio for quantifying competition between intercrops. Experimental Agriculture, 16, 117-125.

Yang, F., Huang, S., Gao, R., Liu, W., Yong, T., Wang, X., Wu, X. & Yang, W. (2014). Growth of soybean seedlings in relay strip intercropping systems in relation to light quantity and red:far-red ratio. Field Crop Research, 155, 245-253.

Yu, Y., Stomph, T. J., Makowski, D. & Werf, W. V. (2015). Temporal niche differentiation increases the land equivalent ratio of annual intercrops: A meta-analysis. Field Crop Research, 184, 133-144.

Zhu, J., Werf, W., Vos, J., Anten, N. P. R., Putten, P. E. L. & Evers, J. B. (2016). High productivity of wheat intercropped with maize is associated with plant architectural responses. Annals of Applied Biology, 168, 357-372.