Study of radiation use efficiency and seed yield in millet and soybean intercropped under low nitrogen conditions

مقدمه

یکی از چالش­های پیش روی جهان برای جمعیت در حال رشد، مطابقت تولید با شیب افزایش سریع تقاضا برای غذا در شرایط محدودیت اراضی زراعی به کمک روش­های کشاورزی سازگار با محیط زیست است؛ لذا تقویت وضعیت پایداری در سیستم­های کشاورزی یکی از راه­های مقابله با این چالش است
(Stomph et al., 2020). در این بین استفاده از سیستم کشت مخلوط می­تواند به تقویت پایداری در سیستم­های تحت کشاورزی مدرن کمک شایانی کند (Neamatollahi et al., 2013). در این سیستم کشت، انتخاب گیاهان زراعی با قابلیت متفاوت در جذب منابع در طول زمان و مکان برای کاهش رقابت و ایجاد رابطه مکملی امری ضروری به نظر می­رسد. بر اساس نتایج به‌دست‌آمده، کشت مخلوط گیاهان سه­کربنه مانند گیاهان لگوم و برخی غلات چهارکربنه می­تواند از طریق ایجاد رابطه مکملی باعث افزایش بهره­وری در تولید دانه شود (Stomph et al., 2020). به‌طور کلی در بین گیاهان با مسیر فتوسنتزی سه­کربنه، سویا بخش مهمی از رژیم­های غذایی انسان­ها و حیوانات اهلی را به خود اختصاص داده است (Hangria & Mendes, 2015). ارزن نیز یک گیاه زراعی چهار­کربنه­ی زودرس و مناسب برای کشت در خاک­های فقیر و کم­بازده است (Mehrani et al., 2013). بنابراین ارزیابی اثرات گیاه مکمل با خصوصیات مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی متفاوت در کشت مخلوط با گیاه لگوم می­تواند به انتخاب گیاه مطلوب در این زمینه کمک شایانی کند. دراین‌خصوص نتایج بررسی کشت مخلوط لوبیا-ارزن نشان داد نسبت­های مختلف کشت اثر معنی­داری بر عملکرد و اجزای عملکرد دانه ارزن داشت و نسبت کاشت 2:1 دارای بالاترین شاخص نسبت برابری زمین (84/1) بود (Bitew et al., 2019). برخی دیگر از پژوهشگران نیز ضمن مطالعه کشت مخلوط ماش و ارزن بیان داشتند کشت مخلوط ضمن کاهش رقابت بین گونه­ای باعث افزایش 4/23 درصدی میزان تشعشع فعال فتوسنتزی عبور­یافته از قسمت بالای کانوپی و کارایی مصرف نور در مقایسه با کشت خالص ارزن شد (Gong et al., 2020). در ادامه و بر اساس مطالعات انجام­شده در کشت مخلوط لوبیا و ارزن بیشترین عملکرد دانه و عملکرد بیولوژیکی مربوط به تیمار کشت خالص لوبیا و ارزن (به ترتیب با میانگین 58/545 و 60/2515 کیلوگرم در هکتار) بود و نسبت کشت 25:75 (لوبیا-ارزن) بیشترین شاخص برابری زمین را با میانگین 69/1 در اختیار داشت
(Ehsanifar et al., 2015). سایر پژوهشگران نیز افزایش نسبت برابری زمین (50/1) و نسبت رقابت (14/4) را در کشت مخلوط ارزن با گیاه سویا گزارش کردند
(Layek et al., 2014). نتایج برخی مطالعات نیز نشان داد میزان کلروفیل برگ سویا در کشت مخلوط و در تیمار محدودیت کود نیتروژن افزایش یافت
(Zhang et al., 2013). در ادامه سایر محققان نیز بیان داشتند نسبت کلروفیل a/b در کشت مخلوط سویا-ذرت با بهبود نفوذ نور به درون تاج­پوشش، افزایش می­یابد (Yao et al., 2017). به‌طور کلی کشت مخلوط گیاه بقولات و غیر بقولات به­صورت جایگزینی می­تواند از طریق ایجاد رابطه مکملی باعث افزایش عملکرد، اجزای عملکرد و شاخص­های سودمندی در کشت مخلوط شود (Namdari & Mahmoodi, 2013). لذا باتوجه‌به اهمیت کشت مخلوط به‌عنوان یک عملیات زراعی سازگار با محیط زیست و همچنین لزوم انتخاب گیاهان زراعی با قابلیت متفاوت در جذب منابع محیطی از قبیل نور خورشید در این سیستم کشت، این پژوهش باهدف تعیین اثرات نسبت­های مختلف کشت مخلوط به­صورت جایگزینی بر کارایی استفاده از نور و نوع رابطه رقابتی گیاه سویا و ارزن تحت شرایط آب و هوایی شهرستان ساری اجرا شد.

مواد و روش­ها

این پژوهش در طی دو سال زراعی (1396-1397 و 1398-1397) در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری با عرض جغرافیایی ʹ33، ˚36 شمالی و طول جغرافیایی ʹ03، ˚53 شرقی و ارتفاع 43 متر از سطح دریا در قالب طرح بلوک­های کامل تصادفی با پنج تیمار و چهار تکرار انجام شد. تیمارهای آزمایش شامل نسبت­های مختلف کشت به روش جایگزینی بر اساس درصد شامل 0:100، 25:75، 50:50، 75:25 و 100:0 (به ترتیب ارزن-سویا) بودند. ترکیب‌های 0:100 و 100:0 به ترتیب کشت خالص گیاه ارزن و سویا را تشکیل دادند. در ترکیب‌های 25:75 و 75:25 به ترتیب سه ردیف گیاه ارزن و یک ردیف سویا، یک ردیف گیاه ارزن و سه ردیف سویا منظور شد. ترکیب 50:50 نیز به­ترتیب شامل کشت متوالی دو ردیف از گیاه ارزن و سویا بود. تعداد خطوط کشت در هر کرت 12، فاصله بین خطوط 35 سانتیمتر، طول خطوط چهار متر و تراکم نهایی برای هر دو گیاه به­طور ثابت 28 بوته در متر مربع بود (Mehrani, 2011; Carciochi et al., 2019). بذر سویا رقم ساری (JK.695) از مرکز تحقیقات شرکت توسعه کشت دانه­های روغنی شهرستان ساری و بذر گیاه ارزن رقم پیشاهنگ (اولین رقم اصلاح­شده ارزن معمولی) از موسسه تحقیقات اصلاح نهال و بذر شهرستان کرج تهیه شد. عملیات کشت در تاریخ 15 اردیبهشت به­صورت هیرم‌کاری و به طریقه دستی انجام شد. بذور سویا پیش از کشت با باکتری رایزوبیوم ژاپونیکوم (با تراکم سلولی 10⁷×2) تلقیح شد. باتوجه‌به نتایج آزمایش خاک (جدول 1)، پیش از عملیات کشت مقدار کود توصیه­شده در محدوده مورد نیاز گیاه سویا و ارزن با تخمین متوسط عملکرد دانه گیاهان مورد مطالعه و نوع آزمایش عناصر غذایی (به­طور مثال فسفر روش اولسن) از طریق روابط و ضرایب موجود در راهنمای توصیه کاربرد کود شیمیایی (Gerwing & Gelderman, 2019) محاسبه و تامین شد. بدین­ترتیب در سال زراعی اول میزان 90 کیلوگرم فسفر و 66 کیلوگرم پتاس و در سال زراعی دوم میزان 33 کیلوگرم فسفر به­ترتیب از منابع سوپرفسفات تریپل و سولفات پتاسیم استفاده شد. قابل ذکر است آزمایش در سال زراعی دوم نیز در زمین کشت­شده در سال اول انجام شد. در این پژوهش از کود نیتروژن­دار به دلیل ایجاد اثر منفی بر فرآیند قابلیت تثبیت بیولوژیک سویا استفاده نشد. آبیاری گیاهان به‌صورت قطره­ای و با اندازه­گیری پتانسیل ماتریک توسط تانسیومتر در 4/ – بار و عملیات وجین به­صورت دستی در چهار مرحله و پس از ظهور گیاهچه با فاصله زمانی 14 روز انجام شد.

جدول 1- مشخصات فیزیکی و شیمیایی خاک محل اجرای آزمایش

Table 1. Physical and chemical properties of soil in the experiment site

به‌منظور اندازه­گیری کسری از نور دریافت­شده توسط تاج­پوشش گیاهان در نسبت­های مختلف کشت از دستگاه تشعشع­سنج (LX 1108 light meter, LT Lutron) استفاده شد. بدین­منظور جهت ثبت میزان نور عبور­یافته در تیمارهای مورد مطالعه با رعایت اثر حاشیه، به فاصله هر 15 سانتیمتر در عرض ردیف کاشت، یک قرائت به کمک سنسور در بالا و پایین تاج­پوشش (سطح زمین) در روزهای آفتابی و در ظهر خورشیدی (ساعت 12:00 الی 14:00) انجام شد. بدین ترتیب در پایین تاج­پوشش در هر یک از کرت­های مورد مطالعه تعداد 63 رکورد نور (21×3) ثبت شد. عملیات مذکور طی پنج مرحله از 45 روز پس از کشت و با فاصله زمانی 15 روز انجام شد. همچنین عملیات برداشت نیز برای گیاه ارزن و سویا به ترتیب در تاریخ 22 مرداد و 5 آبان­ماه با رعایت اثرات حاشیه (5/0 متر از بالا و پایین هر کرت) با دست و به­وسیله قیچی باغبانی از چهار ردیف میانی و سطحی معادل 2/4 متر مربع به تفکیک گیاه مورد نظر و نسبت کشت انجام شد.

میزان تشعشع روزانه خورشیدی برای عرض جغرافیایی شهرستان ساری بر اساس تعداد ساعات آفتابی اخذ­شده از ایستگاه مرکزی هواشناسی شهرستان ساری (واقع در 5 کیلومتری محل انجام آزمایش) اندازه­گیری و از طریق معادله آنگستروم (رابطه­ی 1) تصحیح شد
(Ambas & Baltas, 2014).

رابطه­ی (1)                           

دراین‌رابطه R_s، میزان شدت تابش روزانه باتوجه‌به ساعات آفتابی، R_a، تابش روزانه خارج از جو، N و n به ترتیب حداکثر ساعات آفتابی ممکن و واقعی در دوره زمانی و a_s و b_s ضرایب آنگستروم می­باشند. این ضرایب برای شهرستان ساری به ترتیب معادل 18/0 و 55/0 در نظر گرفته شد (Janbazghobadi, 2018). همچنین تشعشع فعال فتوسنتزی (PAR) از حاصل ضرب میزان شدت تابش روزانه در ضریب 50/0 به دست آمد
(Liu et al., 2017). میزان نور جذب­شده توسط هر یک از گیاهان در نسبت­های مختلف کشت مخلوط نیز از طریق مدل پیشنهادی (Wang et al., 2015) و به­کمک روابط زیر طی شش مرحله از 45 روز پس از کشت و با فاصله زمانی 15 روز محاسبه شد.

 رابطه­ی (2)                                      

  رابطه­ی (3)                    

             رابطه­ی (4)

 رابطه­ی (5)             

رابطه­ی (6)             

رابطه­ی (7)

                   رابطه­ی (8)

                   رابطه­ی (9)

                                 رابطه­ی (10)

رابطه­ی (11)               

                  رابطه­ی (12)

F_a(m)=F1+F2+F3+F4+F5+F9رابطه­ی (13)          

F_b(s)=F6+F7+F8                            رابطه­ی (14)

F_PAR = Fa+Fb                               رابطه­ی (15)

در این روابط m و s به ترتیب گیاه بلندتر و کوتاه­تر، h_m و h_s به ترتیب ارتفاع گیاه، L_m و L_s شاخص سطح برگ گیاه ، W_m و W_s عرض نوار کشت، K_m و K_s ضریب خاموشی گیاه، f_m و f_s نسبت مساحت نوار کشت گیاهان، F_a(m) و F_b(s) کسری از تشعشع فعال فتوسنتزی دریافت شده است.

ضریب خاموشی نور از طریق برازش رابطه 16 که برگرفته از مدل بیر - لامبرت است
(Lunagaria & Shekh, 2006) در کشت خالص گیاهان محاسبه و برای گیاه ارزن 54/0 و سویا 68/0 منظور شد. سطح برگ نیز در طی دوره رشد و از 45 روز پس از کشت با فاصله زمانی 15 روز طی شش مرحله به کمک نرم­افزار Digimizer (v.5.4) و پس از انجام کالیبراسیون ثبت و مقادیر شاخص سطح برگ روزانه در تیمارهای مختلف از طریق برازش رابطه 17 برآورد شد.

رابطه­ی (16)                                  

رابطه­ی (17)       

که در این روابط K ضریب خاموشی نور، I_t و I₀ به­ترتیب میزان نور دریافت­شده در پایین و بالای تاج­پوشش، LAI شاخص سطح برگ، a عرض از مبدا، b حداکثر شاخص سطح برگ، c زمان رسیدن به حداکثر شاخص سطح برگ و d نقطه عطف منحنی، x، زمان بر حسب روزهای پس از سبز­شدن است.

در نهایت تشعشع جذب­شده در هر مرحله از حاصل ضرب نور ورودی شبیه­سازی شده در درصد نور جذب­شده به­دست آمد و مقدار کل تشعشع جذب­شده به­صورت تجمعی از طریق حاصل ضرب نور ورودی شبیه­سازی­شده در انتگرال کسر تشعشع فعال فتوسنتزی جذب­شده نسبت به زمان محاسبه شد. کارایی مصرف نور از رابطه 18 محاسبه شد
(Tsubo & Walker, 2002).

 رابطه­ی (18)                                   

در این رابطه TDM مقدار کل ماده خشک گیاه (گرم در متر مربع)، I_PAR مقدار تشعشع فعال فتوسنتزی روزانه (مگاژول بر متر مربع)، F میزان کسری از نور دریافت­شده توسط گیاه در طی مراحل مختلف رشد است.

همچنین به­منظور تعیین نسبت کلروفیل a/b، میزان کلروفیل a و b در طی دوره رشد بر اساس روش استخراج با اتانول (اتیل­الکل) 95 درصد و اندازه­گیری طیف نور جذبی محلول حاصل با دستگاه اسپکتروفتومتر (Hanon, i3 UV-VIS) در طول موج 665 و 649 از طریق روابط زیر محاسبه شد (Lichtenthaler, 1987).

Ch a= (13.36 A₆₆₅ - 5.19 A₆₄₉) رابطه­ی (19)       

Ch b= (27.43 A₆₄₉ - 8.12 A₆₆₅) رابطه­ی (20)       

نمونه­برداری از تیمارهای کشت خالص و مخلوط از 45 روز پس از کاشت با فاصله زمانی 15 روز در گیاه سویا در مراحل انتهای رشد رویشی (V₁₂)، آغاز گلدهی (R₁)، پایان گلدهی (R₂)، آغاز غلاف­دهی (R₃) و پایان غلاف­دهی (R₄) و در گیاه ارزن پنجه­دهی (BBCH:20)، ظهور خوشه (BBCH:51)، گلدهی (BBCH:69)، آغاز رسیدگی (BBCH:80)، رسیدگی (BBCH:89) انجام شد (Fehr et al., 1971; Ventura et al., 2020).

در نهایت برای محاسبه نسبت برابری زمین
(Mead & Willey, 1980)، ضریب نسبی تراکم
(De Wit, 1964) و افت عملکرد واقعی
(Banik et al., 2000) نیز به ترتیب از روابط زیر استفاده شد.

LER = (LER a + LER b)             

 رابطه­ی (21) 

رابطه­ی (22) 

رابطه­ی (23)             

در روابط فوق به ترتیب Y_ia و Y_ib عملکرد گیاه a و b در کشت مخلوط، Y_ma و Y_mb عملکرد گیاه a و b در کشت خالص، Z_ia و Z_ib سهم گیاه a و b در کشت مخلوط، Z_ma و Z_mb نیز سهم گیاه a و b در کشت خالص است.

حالات مختلف تاثیر رقابت در کشت مخلوط به روش جایگزینی با استفاده از مدل هیل و شیماموتو
(Hill & Shimumoto, 1973) و با محاسبه مقدار پیش­بینی­شده صفات مورد مطالعه تعیین شد.

رابطه­ی (24)                  

جهت تجزیه آماری داده­‌ها، مقایسه میانگین­‌ها و تجزیه مرکب داده­ها از نرم­افزار سیستم آنالیز آماری (1/9) SAS استفاده شد. آزمون بارتلت برای بررسی همگنی واریانس خطاهای آزمایشی انجام شد و فرض صفر مبنی بر عدم وجود اختلاف معنی­دار بین واریانس خطاها مورد بررسی قرار گرفت. مقایسه 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 مختلف کشت اثر معنی­داری بر کارایی مصرف نور داشتند (جدول 2). نتایج مقایسه میانگین نشان داد بیشترین میزان کارایی مصرف نور در طی مراحل مختلف رشد مربوط به نسبت کاشت 75:25 (ارزن-سویا) و کشت خالص سویا (100:0) بود و با کاهش تعداد ردیف کشت سویا در نسبت­های مختلف کشت، درصد کارایی استفاده از نور کاهش یافت
(جدول 2). در مقابل، کشت خالص ارزن (0:100) نیز در طی مراحل مختلف رشد کمترین میزان کارایی مصرف نور را در اختیار داشت (جدول 2). علاوه بر آن کارایی مصرف نور در نسبت­های مختلف کشت مخلوط بیشتر از کشت خالص ارزن (0:100) بود. اما نتایج بررسی تاثیر رقابت بر کارایی مصرف نور ارزن و سویا در کشت مخلوط به کمک مدل هیل و شیماموتو
(Hill & Shimumoto, 1973) نشان داد، کارایی مصرف نور در کشت مخلوط بیشتر از مقادیر قابل انتظار بود (شکل 1). براین‌اساس گیاه سویا در مراحل مختلف رشد کارایی مصرف نور بیشتری در مقایسه با مقادیر قابل انتظار داشت. به­نحوی­که در مرحله 90 روز پس از کاشت (آغاز غلاف­دهی) کارایی مصرف نور سویا در سال

1397 در نسبت­های کشت 25:75، 50:50 و 75:25 (ارزن-سویا) به ترتیب 77/50، 39/51 و 02/32 درصد و در سال 1398 نیز 76/59، 40/36 و 21/23 درصد در مقایسه با مقادیر قابل پیش­بینی افزایش یافت
(شکل 1). در این بین با افزایش تعداد ردیف کشت سویا در کشت مخلوط، کارایی مصرف نور گیاه ارزن در طی مراحل مختلف رشد نسبت به مقادیر قابل انتظار به­دلیل تسلط رقابتی و تاج­پوشش سویا کاهش یافت (شکل 1). به­طور مثال در مرحله 90 روز پس از کاشت (BBCH: 80 آغاز رسیدگی) کارایی مصرف نور ارزن در نسبت کشت 75:25، (ارزن-سویا) در دو سال مورد مطالعه به­ترتیب 33/54 و 25/28 درصد در مقایسه با مقادیر قابل انتظار کاهش یافت (شکل 1). به­عبارت دیگر از­آنجایی­که کارایی مصرف نور سویا بر خلاف ارزن در نسبت­های مختلف کشت مخلوط بیشتر از مقادیر قابل پیش­بینی بود، لذا افزایش کارایی مصرف نور در کشت مخلوط در مقایسه با کشت خالص ارزن (0:100) مربوط به افزایش سهم کارایی مصرف نور سویا در مخلوط است. به­طور کلی آرایش برگ­ها در تاج­پوشش عامل مهم و تاثیرگذار بر کارایی جذب نور است؛ لذا به نظر می­رسد گیاه سویا در مقایسه با گیاه ارزن در نسبت­های مختلف کشت از طریق توسعه بیشتر سطح تاج­پوشش و همچنین سازوکار حرکت دمبرگ، پدیده هیپوناستی
(Wu et al., 2017) در تولید مواد فتوسنتزی موفق­تر بوده است؛ لذا افزایش سایه­انداز تاج­پوشش سویا به­ویژه در نسبت کشت 75:25 (ارزن-سویا) نقش مهمی در تسریع فرآیند پیری و همچنین تخصیص بیشتر مواد فتوسنتزی به اندام زایشی در سازوکار فرار گیاه ارزن داشت. به­همین­دلیل با افزایش تعداد ردیف کاشت سویا در نسبت­های مختلف کشت مخلوط، کارایی مصرف نور ارزن نسبت به مقادیر قابل انتظار به‌شدت کاهش یافت. با توجه به مطالب مذکور از­آنجایی­که افزایش کارایی مصرف نور سویا در کشت مخلوط بیش از کاهش آن در گیاه ارزن است، تاثیر رقابت بر کارایی مصرف نور گیاه ارزن و سویا در نسبت­های مختلف کشت مخلوط بر اساس مدل مورد مطالعه از نوع مکملی مثبت است (شکل 1). در مجموع کشت مخلوط کارایی استفاده از نور بالاتری در مقایسه با کشت خالص دارد و این امر به­دلیل قرار­گرفتن گونه­ها با ساختار فضایی و طول دوره رشد متفاوت است (Bedoussac & Justec, 2011). نسبت­های مختلف کاشت اثر معنی­داری بر نسبت کلروفیل a/b سویا در مراحل 45 و 90 روز پس از کاشت در سال­های مورد مطالعه داشت (جدول 3). بر اساس نتایج مقایسه میانگین بیشترین نسبت کلروفیل a/b سویا مربوط به نسبت کاشت 50:50 و 25:75 (ارزن-سویا) در مراحل بود. کشت خالص سویا (100:0) و نسبت کاشت 75:25 (ارزن-سویا) نیز کمترین مقدار کلروفیل a/b را در اختیار داشتند. هر چند در سال دوم مقدار کلروفیل a/b سویا در کشت خالص (100:0) تفاوت معنی­داری با نسبت­های کاشت 50:50 و 25:75 (ارزن-سویا) نداشت (جدول 3). علاوه بر مطالب مذکور نسبت­های مختلف کاشت اثر معنی­داری بر نسبت کلروفیل ارزن در مرحله 90 روز پس از کاشت در سال اول و مرحله 60 و 90 روز پس از کاشت در سال دوم داشتند (جدول 4). نتایج مقایسه میانگین نشان داد در مرحله 90 روز پس از کاشت (BBCH: 80 آغاز رسیدگی) بیشترین و کمترین نسبت کلروفیل a/b ارزن متعلق به نسبت­های کاشت 25:75 و 75:25 (ارزن-سویا) به ترتیب با میانگین 47/0 و 35/0 در سال اول بودند (جدول 4).

جدول 2- مقایسه میانگین کارایی مصرف نور (g MJ.m^-2 d^-1) سویا و ارزن در نسبت­های مختلف کاشت

Table 2. The means comparison of radiation use efficiency (g MJ.m^-2 d^-1) of soybean and millet in different planting ratio

ns، * و ** به ترتیب غیر معنی­دار و معنی­دار در سطوح احتمال پنج و یک درصد. اعداد پس از میانگین نشان­دهنده انحراف استاندارد است.

                                  ns, * and **: Not significant and significant at 5% and 1% probability levels, respectively. The values are means ± standard deviation (X̄±SD).

جدول 3- مقایسه میانگین نسبت کلروفیل a/b سویا در نسبت­های مختلف کشت مخلوط با ارزن

Table 3. The means comparison of chlorophyll a/b ratio of soybean in different intercropping ratio with millet

، * و ** به ترتیب غیر معنی­دار و معنی­دار در سطوح احتمال پنج و یک درصد. اعداد پس از میانگین نشان­دهنده انحراف استاندارد است.

                                  ns, * and **: Not significant and significant at 5% and 1% probability levels, respectively. The values are means ± standard deviation (X̄±SD).

جدول 4- مقایسه میانگین نسبت کلروفیل a/b ارزن در نسبت­های مختلف کشت مخلوط با سویا

Table 4. The means comparison of chlorophyll a/b ratio of millet in different intercropping ratio with soybean

، * و ** به ترتیب غیر معنی­دار و معنی­دار در سطوح احتمال پنج و یک درصد. اعداد پس از میانگین نشان­دهنده انحراف استاندارد است.

                                  ns, * and **: Not significant and significant at 5% and 1% probability levels, respectively. The values are means ± standard deviation (X̄±SD).

شکل 1- تاثیر رقابت دو گیاه ارزن و سویا بر کارایی مصرف نور در نسبت­های مختلف کشت (  کارایی مصرف نور گیاه ارزن، کارایی مصرف نور گیاه سویا،    مجموع کارایی مصرف نور دو گیاه در کشت مخلوط،    مقدار پیش‌بینی‌شده گیاه ارزن،   مقدار پیش­بینی­شده گیاه سویا و اعداد داخل دایره در تصاویر، مربوط به تعداد روز پس از کشت است).

Figure 1. The effect of millet and soybean crop competition on radiation use efficiency in different planting ratios (  actual radiation use efficiency of millet in intercropping,     actual radiation use efficiency of soybean in intercropping,   total actual yields of millet and soybean in intercropping, expected of radiation use efficiency in millet,   expected of radiation use efficiency in soybean and the numbers inside the circle in the pictures are related to the day after planting.

در سال دوم نیز در مرحله 90 روز پس از کاشت، افزایش نسبت کلروفیل a/b ارزن در نسبت کاشت 25:75 مشاهده شد؛ بنابراین با کاهش تعداد ردیف کاشت سویا، نسبت کلروفیل a/b در گیاهان مورد مطالعه افزایش یافت (جدول 4). اما در مقابل کاهش نفوذ نور و افزایش سایه­اندازی توسط تاج­پوشش سویا در الگوی کشت مخلوط 75:25 (ارزن-سویا) باعث کاهش معنی­دار نسبت کلروفیل a/b ارزن شد. به­طور کلی گیاهان تحت شرایط نور کم از طریق افزایش سطح برگ و میزان کلروفیل b انرژی خورشیدی بیشتری را ذخیره می­کنند. بنابراین نفوذ بیشتر نور به درون تاج­پوشش در کشت مخلوط می­تواند باعث افزایش نسبت کلروفیل a/b در گیاه مکمل شود (Yao et al., 2017).

همچنین نسبت­های مختلف کشت اثر معنی­داری بر عملکرد دانه داشتند (جدول 5). در خصوص سویا، بیشترین و کمترین عملکرد دانه به ترتیب مربوط به کشت خالص سویا و نسبت کاشت 25:75 (ارزن-سویا) با میانگین 16/4679 و 79/2249 کیلوگرم در هکتار بود (جدول 4). این نتایج در خصوص گیاه ارزن نیز صادق بود و کشت خالص ارزن (0:100) با میانگین 63/1273 کیلوگرم در هکتار بیشترین عملکرد دانه ارزن را در اختیار داشت. اما مقایسه مقادیر عملکرد واقعی دانه با مقادیر قابل پیش­بینی نشان داد با کاهش ردیف کشت سویا در نسبت­های مختلف، مقدار عملکرد دانه سویا در مقایسه با مقادیر مورد انتظار افزایش یافت (جدول 5). به­نحوی­که مقدار آن در نسبت­های کشت 25:75، 50:50 و 75:25 (ارزن-سویا) به­ترتیب 69/19، 67/54 و 32/92 درصد بیشتر از مقادیر قابل پیش­بینی بود. اما در گیاه ارزن با کاهش ردیف کشت گیاه مذکور در نسبت­های مختلف کشت مخلوط میزان عملکرد دانه در مقایسه با مقادیر مورد انتظار به شدت کاهش یافت. نسبت کشت 75:25 و 25:75 (ارزن-سویا) به­ترتیب با میانگین 46/78- و 44/0- درصد، دارای بیشترین و کمترین میزان کاهش بودند.

بررسی شاخص­های سودمندی کشت مخلوط نیز نشان داد در بین نسبت­های مختلف کشت مخلوط، نسبت کشت 25:75 (ارزن-سویا) و 50:50 به­ترتیب با میانگین 23/1 و 02/1 دارای نسبت برابری زمین بالاتر از یک بودند (جدول 6) و این موضوع نشان‌دهنده برتری نسبت­های کشت مذکور بر کشت خالص گیاهان مورد مطالعه است. نسبت کشت 75:25 (ارزن-سویا) نیز با نسبت برابری زمین 95/0 فاقد سودمندی لازم در مقایسه با کشت خالص گیاه ارزن و سویا بودند. یکی از دلایل مهم برتری نسبت کشت 25:75 (ارزن-سویا) در سیستم کشت مخلوط می­تواند استفاده بهتر از منابع به­ویژه دریافت نور توسط گیاه ارزن در طی دوره رشد باشد. این موضوع نقش مهمی در افزایش میزان مواد فتوسنتزی و در نتیجه مقدار عملکرد دانه در نسبت کشت مذکور داشته است. ضریب نسبی تراکم نیز در بین نسبت­های کشت 25:75 (ارزن-سویا) و 50:50 بیشتر از واحد بود (جدول 6). در بین نسبت­های مختلف کشت بیشترین ضریب نسبی تراکم متعلق به نسبت کشت 25:75 (ارزن-سویا) با میانگین 88/3 بود. علاوه­بر مطالب مذکور نسبت مختلف کاشت اثر معنی­داری بر شاخص افت عملکرد واقعی گیاه ارزن و سویا داشتند (جدول 6). بر­اساس نتایج مقایسه میانگین افت عملکرد واقعی جزئی ارزن تنها در نسبت کاشت 25:75 (ارزن-سویا) دارای مقدار مثبتی بود که این موضوع نشان می­دهد عملکرد دانه ارزن احتمالاً به دلیل تاثیر مثبت سویا در الگوی کشت مخلوط افزایش یافته است. این در حالی است که با کاهش تعداد ردیف کاشت ارزن در الگوی کشت مخلوط، مقدار شاخص مذکور به­شدت کاهش یافت و با منفی‌شدن مقدار شاخص افت عملکرد واقعی ارزن، قدرت رقابت سویا در الگوی کشت مخلوط بیشتر نمایان شد. همچنین بر اساس نتایج به‌دست‌آمده، میانگین شاخص افت عملکرد واقعی جزئی سویا در نسبت­های کاشت 50:50 و 75:25 (ارزن-سویا) مثبت بود (جدول 6). همچنین شاخص افت عملکرد واقعی سویا در نسبت کاشت 25:75 منفی (36/0–) بود؛ بنابراین می­توان بیان داشت مقدار عملکرد سویا در نسبت کاشت مذکور 36 درصد در مقایسه با کشت خالص سویا (100:0) کاهش یافت (جدول 5). اما در نهایت مقدار مثبت شاخص کل افت عملکرد واقعی در نسبت­های کاشت 50:50 و 25:75 (ارزن-سویا) نشان می­دهد افزایش عملکرد جزء مثبت در کشت مخلوط، قادر به جبران افت عملکرد گیاه مکمل شده است. این در حالی است که افزایش عملکرد سویا در نسبت کاشت 75:25 (ارزن-سویا) قادر به جبران کاهش شدید عملکرد ارزن در نسبت کاشت مذکور نبوده است. به­همین­دلیل مقدار شاخص کل افت عملکرد واقعی در نسبت کاشت 75:25 (ارزن-سویا) منفی است. همچنین باتوجه‌به افزایش شاخص افت عملکرد واقعی جزئی سویا در نسبت­های کاشت 50:50 و 75:25 (ارزن-سویا) نسبت به ارزن، می­توان به غالبیت بیشتر گیاه سویا در نسبت­های کاشت مذکور اذعان کرد. این در حالی است که در نسبت کاشت 25:75 (ارزن-سویا) شاخص افت عملکرد واقعی جزئی ارزن بیشتر از سویا بود. بنابراین گیاه ارزن فقط در نسبت کاشت 25:75 و با کاهش تعداد ردیف کاشت سویا،گونه غالب بود.

نتیجه­گیری کلی

نتایج این پژوهش نشان داد باتوجه‌به تسلط رقابتی سویا، عملکرد دانه گیاه ارزن به‌عنوان گونه مغلوب به‌شدت تحت تاثیر الگوی کشت در نسبت 75:25 (ارزن-سویا) قرار گرفت. به همین دلیل شاخص سودمندی در نسبت کشت مذکور کمتر از سایر نسبت­های کشت مخلوط بود. این در حالی است که در بین نسبت­های مختلف کشت مخلوط، افزایش کارایی مصرف نور ارزن به‌عنوان گونه غالب در نسبت کاشت 25:75 به دلیل کاهش تسلط رقابتی سویا باعث افزایش 23 درصدی عملکرد دانه در سیستم کشت مخلوط شد. هر چند کشت مخلوط نقش مهمی در افزایش بهره­وری دارد؛ ولی انتخاب گونه همراه، قابلیت رقابت و الگوی مناسب کشت در این زمینه بسیار تاثیرگذار است؛ لذا به‌منظور افزایش بهره­وری در سیستم کشت مخلوط، نسبت کاشت گیاه ارزن رقم پیشاهنگ باید بیشتر از سویا باشد. به همین دلیل نسبت کاشت 25:75 (ارزن-سویا) دارای بیشترین شاخص سودمندی در سیستم کشت مخلوط بود.

جدول 5- میانگین عملکرد واقعی و مورد انتظار دانه گیاه ارزن و سویا در نسبت­های مختلف کشت مخلوط و در سال­های مورد مطالعه

Table 5. The average actual and expected seed yield of millet and soybean in different intercropping ratios and the studied years

ns، * و ** به ترتیب غیر معنی­دار و معنی­دار در سطوح احتمال پنج و یک درصد، اعداد پس از میانگین نشان‌دهنده انحراف استاندارد است

               ns, * and **: Not significant and significant at 5% and 1% probability levels, respectively. The values are means ± standard deviation (X̄±SD).

جدول 6- اثر نسبت­های مختلف کشت بر کارایی کشت مخلوط ارزن-سویا

Table 6. Effect of planting ratios on intercropping efficiency of soybean:millet

REFRENCES

1. Ambas, V. & Baltas, E. (2014). Spectral analysis of hourly solar radiation. Environmental Processes, 1: 251-263.
2. Banik, P., Sasmal, T., Ghosal, P.K. & Bagchi, D.K. (2000). Evaluation of mustard (Brassica campestris Toria) and legume intercropping under 1:1 and 2:1 row-replacement series systems. Agronomy and Crop Science, 185: 9–14.
3. 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 Crops Research, 124: 25-36.
4. Bitew, Y., Alemayehu, G. & Assefa, A. (2019). Boosting land use efficiency, profitability and productivity of finger millet by intercropping with grain legumes. Cogent Food and Agriculture, 5 (1): 1-22.
5. Carciochi, W.D., Schwalbert, R., Andrade, F.H., Corassa, G.M., Carter, P., Gasper, A.P., Schmidt, J. & Ciampitti, A. (2019). Soybean seed yield response to plant density by yield environmental in north America. Agronomy Journal, 111 (4): 1-10.
6. De Wit, C.T. (1964). On competition. 2nd Ed. Verslag Landbouw-Kundige Onderzoek, Wageningen. 87.
7. Ehsanifar, A.R., Dahmardeh, M. & Khammari, I. (2015). Effect of different tillage systems on yield and yield components in cowpea-millet intercropping. Science and Technology, 8 (11): 1-8.
8. Fehr, W.R., Caviness, C.E., Burmood, D.T. & Pennington, J.S. (1971). Stage of development descriptions for soybean, Glycine max Crop Science, 11(6): 929-931.
9. Gerwing, J. & Gelderman, R. (2019). Fertilizer recommendation guide. (Annual Report EC750). U.S. Department of Agriculture, South Dakota State University. 27.
10. Gong, X., Ferdinand, U., Dang, K., Li, J., Chen, G., Luo, Y., Yang, P. & Feng, B. (2020). Boosting proso millet yield by altering canopy light distribution in proso millet/mung bean intercropping systems. The Crop Journal, 8 (2): 365-377.
11. Hangria, M. & Mendes, I.C. (2015). Nitrogen fixation with soybean: the perfect symbiosis? In F.J. de Bruijn (Ed.), Biological Nitrogen Fixation. (pp. 1009-1023.) John Wiley and Sons press. New jersey.
12. Hill, J. & Shimamoto, Y. (1973). A method of analyzing competition with special reference to herbage plants. Agricultural Sciences, 81: 77-88.
13. Janbazghobadi, G. (2018). Calibration and validation of the estimate of the radiation rates of the sun and its zoning of meteorological station data of Mazandaran province. Geography, 8(1): 237-249. (In Farsi)
14. Layek, J., Shivakumar, B.G., Rana, D.S., Munda, S., Lakshman, K., Das, A., & Ramkrushna, G.I. (2014). Soybean–cereal intercropping systems as influenced by nitrogen nutrition. Agronomy Journal, 106(6): 1933-1946.
15. Lichtenthaler, H.K. (1987). Chlorophylls and carotenoids: Pigments of photosynthetic biomembranes. Methods in Enzymology, 148: 350–382.
16. Lunagaria, M.M. & Shekh, A.M. (2006). Radiation interception, light extinction coefficient and leaf area index of wheat (Triticum aestivum) crop as influenced by row orientation and row spacing. Agricultural Sciences, 2 (2): 43-54.
17. Mead, R. & Willey, R.W. (1980). The concept of a land equivalent ratio and advantages in yields for intercropping. Experimental Agriculture, 16: 217–228.
18. Mehrani, A. (2011). Instructions for planting, holding and harvesting forage of proso millet (Panicum miliaceum pishahang). Seed Breeding Research Institute, karaj, Iran. 6.
19. Mehrani, A., Mosavat, S.A., Shoushi, A.A., Tabatabaei, S.A., Ghasemi, A., Shoushi, A., Tabatabaei, S., Ghasemi, A., Abbasi, M.R., & Zamanian, M. (2013). Bastan the first cultivar of foxtail millet for emergency feed production. Research Achievement for Field and Horticulture Crops, 2 (2): 119-128. (In Farsi)
20. Namdari, M., Behdani, M.A. & Arab, G.H. (2012). Effect of yield, yield components and seed quality of intercropping soybean cultivars in Ghaemshahr weather conditions. The Plant Production, 34 (2): 13-26. (In Farsi)
21. Neamatollahi, E., Jahansuz, M.R., Mazaheri, D. & Bannayan, M. (2013). Intercropping. In E. Lichtfouse (Ed.), Sustainable Agriculture Reviews. (pp. 119-142.) Springer press, Dordrecht.
22. 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.
23. Tsubo, M. & Walker, S. (2002). A model of radiation interception and use by a maize-bean intercrop canopy. Agricultural and Forest Meteorology, 110: 203–215.
24. Ventura, F., Vignudelli, M., Poggi, G.M., Negri, L. & Dinelli, G. (2020). Phenological stages of proso millet (Panicum miliaceum) encoded in BBCH scale. Biometeorology, 64: 1167-1181.
25. Wang, Z., Zhao, X., Wu, P., He, J., Chen, X. & Gao, Y. (2015). Radiation interception and utilization by wheat/maize strip intercropping systems. Agricultural and Forest Meteorology, 204: 58-66.
26. Wu, Y., Gong, W. & Yang, W. (2017). Shade inhibits leaf size by controlling cell proliferation and enlargement in soybean. Scientific Reports, 7:9259: 1-10.
27. Yao, X., Zhou, H., Zhu, Q., Li, C., Zhang, H. & Xiu, F. (2017). Photosynthetic response of soybean leaf to wide light fluctuation in maize-soybean intercropping system. Frontiers in Plant Science, 28: 1-9.
28. Zhang, X., Huang, G., Bian, X. & Zhao, Q. (2013). Effects of root interaction and nitrogen fertilization on the chlorophyll content, root activity, photosynthetic characteristics of intercropped soybean and microbial quantity in the rhizosphere. Plant Soil and Environment, 59(2): 80-88.