The Effects of Different Rotations under the Conservation and Conventional Tillage Conditions on Soil Physicochemical Properties and Crop Yield of Wheat and Barley

. مقدمه

پایداری تولید در گیاهان زراعی به دلیل لزوم حفظ امنیت غذایی جامعه، یکی از مهم‌ترین مسائل روز کشاورزی جهان محسوب می‌شود. امروزه با توجه به مشکلات و محدودیت‌های عدیده در منابع تولید، راهی جز اصلاح بسیاری از شیوه‌های کشاورزی باقی نمانده است. از طرفی حفاظت از منابع خاک و آب، به شیوه گسترش سیستم‌های خاک‌ورزی حفاظتی بیش ‌از پیش حائز اهمیت است (Qahdarijani et al., 2013). خاک‌ورزی مرسوم می‌تواند به تخریب خاک منجر شود و اثرات منفی بر ویژگی‌های شیمیایی و زیستی آن داشته باشد؛ درحالی‌که سامانه‌ بدون خاک‌ورزی ساختار و پایداری خاک را تقویت می‌کند (Nunes et al., 2020). خاک‌ورزی مرسوم باعث کاهش عملکرد گیاهان زراعی و بهره‌وری تولید شده است و کشاورزان، دانشمندان و سیاست‌گذاران را برای یافتن روش‌های جایگزین که با محیط ‌زیست سازگار باشند، ترغیب کرده است (Jat et al., 2014; Rehman et al., 2022).

چالش دیگر برای کشاورزی مرسوم، خطرات زیست‌­محیطی است که می‌تواند به تغییرات اقلیمی منجر شود. حدود 30 درصد از کل گازهای گلخانه‌ای را دی­‌اکسید کربن، دی­اکسید نیتروژن و متان تشکیل می‌دهند که به‌صورت مستقیم باعث تغییرات آب و هوایی می‌شوند (FAO, 2014). به همین دلیل در الگوی جدیدی که فائو برای پایداری تولید تنظیم کرده است، نیاز جهان به یک کشاورزی مولد و پر درآمد که هم‌زمان با افزایش تولید، محیط ‌زیست را حفظ کند، مورد توجه قرار گرفته است. از طرفی پایداری تولید باید از طریق افزایش تنوع زیستی در سیستم‌های تولیدی گیاهان زراعی، بهره‌وری از لایه‌های رویی و زیرین خاک را افزایش دهد. در این راستا رعایت مجموعه‌ای از عوامل مدیریتی از جمله تناوب زراعی، تغذیه گیاهی و کشاورزی حفاظتی، اهداف مورد نظر را محقق می‌سازد (Kassam et al., 2014; Jat et al., 2014; Rehman et al., 2022).

رعایت تناوب زراعی در سیستم‌های تولیدی از طریق ایجاد تنوع در کاشت محصولات، موجب بهبود حاصلخیزی خاک و پتانسیل تولید در اراضی شده و توانایی بازسازی خاک بعد از تخریب را افزایش می‌دهد (Kochaki et al., 2005). در این راستا، کشاورزی حفاظتی توسط سازمان‌های بین‌المللی و غیر دولتی در جهت تحقق اهداف یاد شده و مقابله با تغییرات اقلیمی در دنیا در حال گسترش است (Corbeels et al., 2014). این نوع کشاورزی مبتنی بر سه اصل حداقل خاک‌ورزی، پوشش سالانه سطح زمین از بقایای گیاهی و تناوب گیاهان زراعی می‌باشد (Bot & Benites, 2001) و بسیاری از ملزومات بهبود پایدار تولیدات کشاورزی از جمله کاهش تبخیر رطوبت، به­حداقل­رساندن علف‌های هرز، بهبود چرخه عناصر غذایی و حاصلخیزی خاک، حفظ موجودات زیستی خاک، کاهش فرسایش و افزایش سرعت تجزیه کربن خاک را در برمی‌گیرد (Kassam et al., 2009;
Palm et al., 2013). این در حالی است که وجود بقایای گیاهی در سطح خاک، در طولانی­مدت اثرات قابل ملاحظه‌ای بر حاصلخیزی خاک دارد؛ ولی کشاورزان اغلب تولید محصول را در کوتاه­مدت ترجیح می‌دهند (Bezner-Kerr et al., 2007). از­این­رو ترویج تناوب‌های زراعی برای این کشاورزان، نیازمند گنجاندن محصولات غذایی مورد علاقه آن‌ها در گردش تناوبی است
 (Brouder & Gomez-Macpherson, 2013; Wall et al., 2017). از طرفی در حال حاضر بیشتر از 72 درصد از اراضی کشاورزی جهان با کمبود منابع آب آبیاری مواجه هستند (Alves, 2015).

به گزارش Dixon et al. (2006)، غلات نسبت به حبوبات یا دانه‌های روغنی از منابع تولید استفاده بیشتری می­کنند. از طرفی بهره‌وری زراعی و سودمندی اقتصادی در آن دسته از الگوهای تناوبی که غلات در ترکیب آن‌ها وجود دارند بیشتر خواهد بود. Janzen et al. (2003) نیز معتقدند که ورود دانه‌های روغنی مانند کلزا در تناوب گندم می‌تواند اثر مثبت و مفیدی بر عملکرد گندم داشته باشد. López-Bellido & López-Bellido (2001) و Sartori et al.  (2005)نیز اعلام کردند عملکرد گندم در کشت مداوم زمستانه حدود 7/30 درصد کاهش یافت. در مطالعه دیگری افزایش عملکرد و وزن خشک اندام­های هوایی گندم پس از کاشت کلزا به دلیل افزایش معنی‌دار تعداد پنجه بارور در واحد سطح گزارش شد (Chandra, 2002).

در یک مطالعه عملکرد گندم بعد از کشت نخود حدود ۴۳ درصد افزایش یافت (Stevenson & Van Kessel, 1996). امروزه کشت مستقیم علی­رغم ایجاد برخی اثرات منفی بر پاره‌ای از خصوصیات خاک، به یک سیستم مدیریت معمول در حفاظت خاک و آب جهت پایداری بهره­وری از خاک در اراضی دیم تبدیل شده است (Zhang et al., 2017). در مطالعه‌ای تناوب زراعی و مدیریت آب موجود در خاک تحت کشاورزی مرسوم و حفاظتی نشان داد که تناوب در شرایط کشاورزی حفاظتی باعث ذخیره‌سازی حدود ۲۰ میلی‌متر از آب باران در داخل خاک نسبت به حالت کشاورزی مرسوم شد (Stroosnijder, 2009). در بررسی دیگری شرایط کشت حفاظتی ضمن افزایش عملکرد محصول، موجب افزایش 10 درصدی کربن آلی خاک شد (Zhao et al., 2017). پژوهشگران دیگری نیز کربن آلی خاک را در تناوب محصولات مختلف تحت شرایط کشاورزی حفاظتی بررسی و اعلام کردند که فقدان پوشش گیاهی باعث کاهش کربن آلی خاک می‌شود و گیاهان خانواده لگومینوزه مهمترین گیاهان برای افزایش میزان کربن آلی خاک در مناطق گرمسیری هستند (Raphael et al., 2016).

مطالعه‌ تراکم خاک و عملکرد گیاهان زراعی تحت شرایط کشاورزی حفاظتی نشان داد که استفاده از گاوآهن قلمی در کوتاه­مدت باعث افزایش درصد تخلخل خاک می‌شود (Calonego et al., 2017). در سازگاری محصولات تناوبی دیم با سیستم کشت مستقیم وجود بقایای گیاهی در طولانی­مدت موجب افزایش قدرت نگهداری آب باران در خاک، افزایش بهره­وری و بهبود خصوصیات خاک می‌شود (Hansen et al., 2012). در همین راستا گزارش­هایی در خصوص وجود رواناب‌های زیاد ناشی از بارندگی، نفوذپذیری کم اراضی و تبخیر زیاد رطوبت از سطح خاک نیز در نتیجه پایین­بودن کارایی مصرف آب در حدود 30-15 درصد منتشر شده است (Rockström et al., 2009; Stroosnijder, 2009).

کشاورزی حفاظتی با ذخیره آب در خاک و مقابله با تغییرات اقلیمی و متغیر­بودن بارش برای کشاورزان خرد بازدهی سریعی دارد (Pittelkow et al., 2014; Rockström et al., 2009). تناوب‌های اجرا شده در مزارع کشورهای درحال توسعه عموما شامل لگوم‌ها، محصولات پوششی سبز یا سایر محصولات معمول منطقه است (Thierfelder et al., 2022). کاشت این محصولات باعث افزایش نیتروژن خاک، راندمان مصرف کود، افزایش بهره‌وری و پروتئین محصول می‌شود (Snapp et al., 2010; Franke et al., 2014).

بررسی‌ها نشان می‌دهد که افزایش بهره‌وری در بخش کشاورزی به همراه کاهش هزینه تولید، باعث گسترش سازگاری کشاورزی حفاظتی در مزارع وسیع و مکانیزه شمال و جنوب آمریکا و استرالیا شده است (Kassam et al., 2009). هرچند عملکرد نسبی گیاهان زراعی در سیستم کشاورزی حفاظتی نسبت به سیستم مرسوم پایین‌تر است؛ اما این سیستم در مناطق خشک با رعایت اصول کشاورزی حفاظتی قابل اجرا است (Pittelkow et al., 2014; Rusinamhodzi et al., 2013). این در حالی است که معایب موجود در این سیستم از جمله کاهش عملکرد در اولین سال‌های سازگاری، تقاضای کارگر زیادتر برای وجین علف‌های هرز، افزایش هزینه تهیه نهاده‌ها، رقابت مصرف بقایای گیاهی توسط دام‌های اهلی و ماندن روی سطح زمین و ترویج آن به صورت یک شکل واحد برای همه مزارع وجود دارد ((Brouder & Gomez-Macpherson, 2013; Baudron et al., 2012;
(Corbeels et al., 2013.

بنابراین، هدف اصلی این مطالعه ارزیابی و مقایسه اثرات مدیریت بقایای گیاهی روی خصوصیات فیزیکی خاک و عملکرد محصولات تناوبی در شرایط دیم کشاورزی حفاظتی و کشت مرسوم بود. همچنین هدف دیگر این مطالعه بهبود رطوبت خاک و تولید محصول با در نظر گرفتن کشت مداوم گندم و جو به عنوان شاهد و همچنین کشت آن‌ها در قالب سیستم‌های تناوبی محصولات کلزا، نخود و علوفه می‌باشد.

2. روش­شناسی پژوهش

این تحقیق به صورت اسپلیت­پلات در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با ۱۶ ترکیب تیماری در چهار تکرار طی سال‌های زراعی 1400-1397 به مدت سه سال (زمین قبل از شروع آزمایش­ها به­صورت آیش بود) به شرح زیر در ایستگاه تحقیقات کشاورزی دیم گچساران اجرا شد. کرت اصلی شامل روش خاک‌ورزی در دو سطح حفاظتی (کشت مستقیم) و مرسوم (گاوآهن برگردان­دار + هرس بشقابی) و کرت‌های فرعی شامل تناوب در هشت سطح شامل گندم – گندم (رقم کریم)، جو- جو (رقم خرم)، علوفه (ماشک گل­خوشه‌ای رقم طلوع) گندم، علوفه (ماشک گل­خوشه‌ای رقم طلوع) – جو ، کلزا (رقم هایولا 401) - گندم، کلزا - جو، نخود (رقم عادل) – گندم و نخود – جو بود. در طی اجرای آزمایش و مراحل مختلف رشد گیاه موارد زیر اندازه‌گیری شدند: 1) نمونه‌برداری کلی از خاک در عمق 30-0 سانتی‌متر قبل از شروع اجرای مطالعه به منظور تعیین ازت اولیه، pH، کربن آلی، فسفر و پتاس خاک و اندازه‌گیری آن‌ها (شکل 1 و جدول 2)، 2) اندازه‌گیری جرم مخصوص ظاهری خاک قبل از شروع و مقایسه آن با جرم مخصوص ظاهری در تیمارهای مختلف پس از اجرای مطالعه در اعماق 10- 0 و 20-10 سانتی‌متری خاک.

برای تعیین جرم مخصوص ظاهری نمونه‌های دست­نخورده خاک توسط استوانه‌هایی با حجم مشخص برداشت و بلافاصله وزن شدند. سپس به مدت 24 ساعت در 105 درجه سانتی‌گراد در آون گذاشته و مجددا توزین شدند و توسط معادله (1) مقدار عددی آن به­دست آمد:

(1)

که در این معادله bd= جرم مخصوص ظاهری خاک،

 (g.cm^-3) = ws جرم خاک خشک،

(g) = V حجم استوانه (حجم خاک) (cm ³) می‌باشند.

3) اندازه‌گیری درصد رطوبت وزنی خاک در عمق‌های 10 -0 و 20-10 سانتی‌متری در زمان رسیدن دانه گندم و جو.

برای تعیین درصد رطوبت وزنی خاک، نمونه‌ها پس از برداشت و توزین، به مدت 24 ساعت در دمای 105 درجه سانتی‌گراد در آون نگهـداری و مجدداً توزین شده و سپس محاسبات لازم با استفاده از فرمول (1) انجام شد:

(1)

در این فرمول =Mc درصد رطوبت وزنی خاک        = Ww وزن خاک مرطوب، (g) =Wdوزن خاک خشک  (g)هستند.

4) اندازه‌گیری صفات عملکرد دانه، عملکرد بیولوژیک و شاخص برداشت به شرح زیر انجام شد:

- پس از رسیدن کامل محصولات و حذف حاشیه‌ها، عملکرد دانه باقیمانده کرت به عنوان معیاری برای تولید در واحد سطح در نظر گرفته شد. در این راستا، برداشت محصول نخود و علوفه با دست و برداشت کلزا با کمباین انجام شد.

- برای اندازه‌گیری عملکرد زیست­توده نیز در پایان دوره رسیدگی گیاهان زراعی، یکی از ردیف‌های میانی کاشت به مساحت چهار متر مربع با رعایت فاصله نیم­متر از ابتدا و انتهای آن، از فاصله دو سانتی‌متری سطح زمین، کف­بر و توزین شد. سپس نمونه­های تصادفی 500 گرمی از محصول در ظرفی قرار داده و جهت خشک­شدن تدریجی و کامل به مدت 72 ساعت در دمای 65 درجه سانتی‌گراد در آون قرار داده شد. در پایان وزن نمونه خشک­شده اندازه‌گیری و عملکرد زیست­توده آن‌ها به تناسب سطح محاسبه شد.

- برای تعیین شاخص برداشت هر تیمار، وزن دانه‌های موجود در نمونه تصادفی انتخاب­شده برای عملکرد زیست­توده، توزین و با تقسیم بر وزن خشک کل نمونه ضربدر 100 اقدام شد.

محل اجرای این مطالعه شامل دو قطعه زمین مشابه از لحاظ خصوصیات فیزیکوشیمیایی بود. ابعاد هر کرت اصلی با توجه به عرض کار ماشین‌ها 20×5 متر، فاصله بین تکرارها هشت متر و فاصله بین کرت‌های فرعی 5/1 متر در نظر گرفته شد. در طول دوره تناوبی، تیمارهای کشت حفاظتی و مرسوم قبل از بارندگی موثر به تناسب اجرا شدند. از گندم رقم کریم، جو خرم، ماشک گل­خوشه‌ای طلوع، نخود عادل و کلزا هایولا ۴۰۱ استفاده شد و این محصولات در یک گردش تناوبی قرار گرفتند. میزان بذر هر محصول بر اساس وزن هزار دانه و تراکم کاشت دانه در متر مربع، مشخص شد. در این راستا، گندم با تراکم ۳۰۰، جو با تراکم 200، نخود با تراکم 30، علوفه با تراکم 150 دانه در متر مربع و لحاظ وزن هزار دانه آن­ها در عمق مناسب چهار تا شش سانتی‌متری خاک کاشته شده و کشت تیمارهای کلزا نیز بر مبنای هفت کیلوگرم در هکتار در عمق دو تا سه سانتی‌متری خاک انجام گرفت. در طول فصل رشد مراقبت‌های زراعی لازم به‌تناسب نوع محصول انجام و با علف‌های هرز گندم با سموم گرانستار و تاپیک به­ترتیب به میزان 25 گرم و یک لیتر در هکتار در مرحله سه تاپنج برگی مبارزه شد. در تیمارهای جو و کلزا نیز به­ترتیب از علف‌کش‌های گرانستار (25 گرم) و لونترال (8/0 لیتر در هکتار) استفاده و در محصولات نخود و علوفه نیز به روش وجین دستی اقدام شد. همچنین در جهت تعیین نیاز تغذیه‌ای گیاه، قبل از شروع اجرای پروژه از عمق 30-0 سانتی‌متری خاک، نمونه مرکبی برداشت و آنالیز شد و کودهای نیتروژن، فسفر و پتاسیم براساس نتایج تجزیه خاک، با در نظر گرفتن حدود بحرانی، کود نیتروژنه به میزان 80 کیلوگرم و فسفره 25 کیلوگرم در هکتار به‌ترتیب از منابع کودی سولفات آمونیم و سوپرفسفات تریپل تهیه و به صورت یکسان در کلیه پلات‌ها مصرف شدند. هر ساله قبل از اجرای آزمایش و در فرصت مناسب ماشین‌های کاشت مورد مطالعه (خطی‌کار مرسوم و کشت مستقیم) در حالت کارگاهی و مزرعه‌ای کالیبره شدند. جدول ۱ مشخصات ماشین‌های کاشت مورد استفاده را نشان می‌دهد.

نتایج اندازه‌گیری جرم مخصوص ظاهری خاک در اعماق 10-0 و 20-10 سانتی‌متری قبل از اجرای پروژه نشان داد مقادیر آن‌ها به­ترتیب 28/1 و 44/1 گرم بر سانتی­متر مکعب می‌باشند. نتایج آزمون خاک محل اجرای آزمایش در جدول 2 آمده است. نتایج سالانه با نرم‌افزار Mstatc تجزیه آماری و میانگین تیمارها با آزمون LSD مقایسه شدند. برای آزمون یکنواختی خطاهای آزمایشی، آزمون بارتلت انجام شد، سپس تجزیه واریانس مرکب انجام و تیمار برتر انتخاب شد.

3. نتایج پژوهش و بحث

3-1. بررسی برخی عوامل اقلیمی موثر بر اندازه‌گیری متغیرها

شکل 1 عوامل اقلیمی دما و بارش در طول سال‌های ارزیابی مطالعه را توصیف می‌کند. در سال زراعی پایانی علی‌رغم بارش بسیار زیاد اول فصل رشد در آذرماه به میزان 5/140 میلی‌متر، تمام تیمارها در انتهای فصل دچار تنش خشکی شدند؛ در عین حال به دلیل اجرای تیمارها قبل از بارندگی‌های مؤثر پاییزه که همانند آبیاری تکمیلی زمان کاشت عمل کرده است، به علت طولانی­تر شدن فصل رشد و استفاده مؤثر از نزولات آسمانی ابتدای فصل رشد، عملکرد تیمارها در حد قابل قبولی بوده است. این وضعیت فواید کاشت قبل از بارندگی‌های مؤثر پاییزه و آبیاری تکمیلی زمان کاشت را در تولید گندم دیم نشان می‌دهد. همچنین در هر سه سال زراعی متوسط دما در ماه‌های اسفند، فروردین و اردیبهشت به دلیل متغیر­بودن متوسط حداقل‌ها و حداکثرهای دما، متفاوت بود. ولی در مجموع سال‌های ارزیابی از نظر دمایی شرایط تقریباً مشابهی با هم داشتند.

3-2. عملکرد دانه، زیست­توده گیاهی و شاخص برداشت

جدول 3 نتایج تجزیه واریانس صفات مورد مطالعه را نشان می‌دهد. بر اساس مندرجات این جدول، عملکرد دانه، زیست­توده گیاهی و شاخص برداشت تیمارها در نتیجه اثر عوامل "سال و اثر متقابل سال × روش خاک‌ورزی، تناوب و اثر متقابل سال × تناوب"، اختلاف معنی‌داری از خود نشان دادند. در همین راستا، مقایسه میانگین داده‌ها نشان داد که در سال اول اجرای آزمایش عملکرد دانه گندم و زیست­توده گیاهی آن نسبت به سال سوم، به­ترتیب 19/1 و 9/1 برابر بوده است (جدول 4).

بر اساس مقایسه‌ میانگین داده‌ها کاشت گندم دیم در روش کشت حفاظتی همزمان با افزایش عملکرد دانه، موجب افزایش در میزان زیست­توده گیاهی و شاخص برداشت شد (جدول 4). Jalali & Esfandiari, (2016) اعلام کردند که کشت مرسوم از شاخص برداشت بالاتری نسبت به کشت حفاظتی برخوردار بود. به‌نظر می‌رسد دلیل این مغایرت به­واسطه نوع گونه گیاهی، منطقه آزمایش و نوع تناوب بوده است. همچنین گزینه‌های تناوبی حاوی گندم و جو شامل علوفه، کلزا و نخود از شرایط بسیار مطلوبی نسبت به گزینه کشت مداوم گندم و کشت ممتد جو برخوردار بود. به­نحوی­که میزان افزایش عملکرد آن‌ها در گندم به­ترتیب 3/19، 2/18، و 7/20 درصد و در جو 2/18، 6/18، و 2/10 درصد بود. همین روند در خصوص صفات زیست­توده گیاهی و شاخص برداشت وجود داشت (جدول 5). بیشترین میزان زیست­توده گیاهی در تیمارهای گندم به میزان 9352 کیلوگرم در هکتار از گزینه تناوبی علوفه – گندم و بالاترین میزان شاخص برداشت دانه با مقدار 6/36 درصد از گزینه تناوبی کلزا – گندم به­دست آمد که می‌تواند به دلیل بهبود خواص فیزیکی خاک، افزایش ماده آلی و استفاده از مواد غذایی در عمق‌های مختلف خاک باشد. همچنین در تیمارهای حاوی محصول جو، بیشترین مقادیر زیست­توده گیاهی و شاخص برداشت به­ترتیب از گزینه‌های تناوبی علوفه – جو و کلزا – جو، حاصل شد (جدول 4).

^* ﺣﺮوف ﻣﺸﺎﺑﻪ در ﻫﺮ ﺳﺘﻮن ﻧﺸﺎن­دﻫﻨﺪه ﻋﺪم وﺟﻮد اﺧﺘﻼف معنی‌دار در سطح پنج درصد ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ.

همچنین در این مطالعه، اثرات متقابل عوامل تاثیرگذار بر عملکرد دانه گندم، زیست­توده گیاهی و شاخص برداشت مورد بررسی قرار گرفت. در این میان نتایج نشان داد که در اثر عوامل ترکیبی " سال × روش خاک‌ورزی"، صفات زراعی یاد شده در سال اول زراعی از بالاترین مقادیر برخوردار بودند (جدول 5)؛ به­طوری­که عملکرد دانه در شرایط کشت حفاظتی و مرسوم در سال اول، به­ترتیب با 4520 و 4498 کیلوگرم در هکتار، افزایش بسیار خوبی داشته‌اند. همین شرایط برای زیست­توده گیاهی نیز وجود داشت؛ ولی در مورد شاخص برداشت، نتایج کمی متفاوت بود. بالاترین مقدار شاخص برداشت به میزان 4/37 درصد، در سال دوم از روش کشت حفاظتی و کمترین مقدار آن (9/31 درصد) در سال سوم از روش مرسوم، به­دست آمد.

نتایج نشان داد اثر متقابل "سال × تناوب" روی عملکرد دانه گندم، زیست­توده و شاخص برداشت معنی‌دار بود؛ به­نحوی­که بالاترین مقادیر در هر سه صفت یاد شده در سال اول از تیمارهای تناوبی علوفه – گندم و علوفه – جو به­دست آمد (جدول 6). این وضعیت در حالی بود که در سال‌های دوم و سوم با میزان بارندگی کمتر، بالاترین مقادیر از گزینه‌های تناوبی کلزا – گندم و کلزا – جو، حاصل شد. این روند برای هر دو صفت عملکرد دانه و زیست­توده گیاهی گندم مشابه بود. در همین رابطه مندرجات جدول 6 نشان داد که کاشت گندم و جو دیم در شرایط کشت ممتد و مداوم موجب شدکه عملکرد دانه و زیست­توده گیاهی نسبت به سایر گزینه‌های تناوبی، کاهش محسوسی داشته باشند. به­عبارتی، تناوب‌های مختلف زراعی، در هر شرایطی (کشت حفاظتی و مرسوم)، نسبت به عدم رعایت تناوب، عملکرد مطلوب‌تری خواهند داشت. بنابراین، با استناد به این نتایج و در راستای رسیدن به حداکثر عملکرد و پایداری آن، لازم است کشت گندم دیم را به سمت کشت حفاظتی (مستقیم) و در قالب اجرای تناوب‌های زراعی، هدایت کرد.Rockström et al.  (2009) در یک بررسی به این نتیجه رسیدند که افزایش عملکردهای مختلفی بین 120-20 درصد از سیستم کشاورزی حفاظتی نسبت به خاک‌ورزی مرسوم مشاهده شده است. مطالعه‌ دیگری نیز نشان داد در شرایط کاهش خاک‌ورزی عملکرد دانه گندم و زیست‌توده کل 18 و 15 درصد در مقایسه با خاک‌ورزی مرسوم افزایش یافت (Hofmeijer et al., 2019). Stevenson & Van Kessel   (1996)نیز بیان کردند عملکرد گندم در کشت بعد از نخود نسبت به کشت مداوم گندم، مقدار 43 درصد افزایش یافت.

3-3. خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک

1-3-3. کربن آلی خاک

اثر فاکتورهای مورد مطالعه بر درصد کربن آلی خاک معنی‌دار نشد (جدول 7)؛ با این حال هم روش‌های خاک‌ورزی و کاشت و هم تناوب‌های مختلف، نسبت به قبل از اجرای پروژه، مقدار درصد کربن آلی خاک را افزایش دادند. در این میان بالاترین مقدار متعلق به گزینه تناوبی کلزا با 105/1 درصد بود که نسبت به کشت ممتد گندم و جو به­ترتیب 13/0 و 155/0 درصد افزایش نشان داد (شکل 2).Madejón et al.  (2009) وGarcıa-Orenes et al.  (2009) گزارش کردند که استفاده از روش حفاظتی و حفظ بقایای گیاهی در سطح خاک موجب افزایش ماده آلی خاک می‌شود. همچنین در شرایط بدون خاک‌ورزی در کشت گندم درصد کربن آلی خاک 8/2 درصد بالاتر بود که این امر می‌تواند در افزایش عملکرد دانه گندم اثرگذار باشد (Nadeem et al., 2019).

2-3-3. رطوبت وزنی خاک

رطوبت موجود در خاک، منبع تامین آب گیاه در شرایط دیم می‌باشد. از­این­رو، ذخیره باران‌های پاییزی و بهاری در خاک و کاهش تلفات تبخیر در این شرایط بسیار مهم بوده و در این آزمایش، مقادیر رطوبت موجود در خاک در لایه 20-0 سانتی‌متری خاک (عمق‌های 10-0 و 20-10 سانتی‌متر) اندازه‌گیری شد. نتایج تجزیه واریانس نشان داد که "اثرات سال و تناوب و اثر متقابل روش خاک‌ورزی × تناوب" بر درصد رطوبت وزنی خاک در هر دو عمق اندازه‌گیری­شده در سطح آماری یک درصد معنی‌دار شد (جدول 8). نوع روش خاک‌ورزی با توجه به برهم­زدن خاکدانه‌ها و لایه‌های رویی خاک موجب تغییر درصد رطوبت وزنی خاک شد. همچنین نوع تناوب گیاهی با تاثیر بر ماده آلی خاک روی درصد رطوبت وزنی خاک تاثیر گذاشت. 

ﺣﺮوف ﻣﺸﺎﺑﻪ در ﻫﺮ ﺳﺘﻮن ﻧﺸﺎن­دﻫﻨﺪه ﻋﺪم وﺟﻮد اﺧﺘﻼف معنی‌دار در سطح پنج درصد ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ.

از طرف دیگر، اثرات متقابل "روش خاک‌ورزی × تناوب" مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و مشخص شد که بالاترین مقادیر درصد رطوبت وزنی خاک در روش حفاظتی و از گزینه­های تناوبی کلزا – گندم و کلزا – جو به­دست آمد (جدول 10) که به نظر می‌رسد به دلیل وجود ریشه‌های نیمه­عمیق کلزا و نقش بقایای کلزا در بهبود تهویه و ساختمان خاک باشد.

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

3-3-3. جرم مخصوص ظاهری خاک

یکی از مناسب‌ترین روش‌های ارزیابی تراکم خاک، اندازه‌گیری جرم مخصوص ظاهری بوده که میزان کمتر آن در خاک‌های کشاورزی مفید است. این صفت در دو عمق 10-0 و 20-10 سانتی‌متری خاک قبل و بعد از اجرای مطالعه اندازه‌گیری شد. نتایج این اندازه‌گیری‌ها حاکی از وجود اختلاف معنی‌دار در نتیجه اثر تناوب و عدم وجود اختلاف معنی‌دار بین سایر عوامل در پایان اجرای مطالعه بود (جدول 11). نتیجه این اندازه‌گیری‌ها به­طور متوسط مقادیر 28/1 و 44/1 گرم بر سانتی‌متر مکعب به­ترتیب در عمق‌های 10-0 و 20-10 سانتی‌متری‌ خاک بود (شکل 1). بر همین اساس، کاهش مقدار جرم مخصوص ظاهری خاک در هر دو عمق نمونه‌برداری مشهود بود. با توجه به اینکه در اجرای این مطالعه تناوب‌های مختلف با گندم و جو رعایت شده است، این کاهش می‌تواند در نتیجه اثرات مثبت تناوب در خاک و افزایش حاصلخیزی آن باشد، زیرا با اعمال تناوب زراعی بقایای محصول، کودهای سبز و سایر بقایای گیاهی به خاک افزوده شده و موجب افزایش مواد آلی می‌شوند. از­آنجایی­که مواد آلی اضافه­شده به خاک با سرعت تخریب نمی‌شوند در صورت انجام تناوب زراعی، نیاز به خاک‌ورزی نیز کمتر شده و به­تدریج جرم مخصوص ظاهری خاک کاهش می‌یابد. از سوی دیگر، مشخص شد که در این پروژه، عمق نمونه‌برداری 20-10 سانتی‌متری خاک، بیشترین مقدار تراکم را داشته و مقدارآن به­طور متوسط 23/1 گرم بر سانتی‌متر مکعب بوده است (شکل 3). کاهش تراکم خاک در این پروژه احتمالا به دلیل افزایش نفوذپذیری آب در اثر حفظ بقایای گیاهی، سست و پوک­شدن خاک و افزایش تدریجی مواد آلی می‌باشد؛ به­طوری­که میانگین کلی آن‌ها در نیمرخ 20-0 سانتی‌متری خاک از مقادیر به­دست­آمده در قبل از اجرای آزمایش‌کمتر بوده ‌است (جدول 12). در این میان کشت گندم و جو در تناوب با کلزا به­ترتیب با 98/0 و 97/0 گرم بر سانتی‌متر مکعب، از کمترین مقدار برخوردار بود. Karoma et al., (2014) اعلام کردند تناوب زراعی در شرایط متفاوت خاک‌ورزی، تغییر معنی‌داری در مقدار جرم مخصوص ظاهری و تخلخل خاک نداشته است.

ﺣﺮوف ﻣﺸﺎﺑﻪ در ﻫﺮ ﺳﺘﻮن ﻧﺸﺎن­دﻫﻨﺪه ﻋﺪم وﺟﻮد اﺧﺘﻼف معنی‌دار ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ.

4. نتیجه‌گیری

در طول اجرای این مطالعه محصولات گندم و جو تحت تناوب‌های مختلف زراعی در شرایط کشاورزی حفاظتی و مرسوم به مدت چهار سال زراعی مورد ارزیابی قرار گرفته و مشخص شد که کشت این گیاهان زراعی به صورت تناوبی نسبت به کشت مداوم آن‌ها در شرایط کشت حفاظتی از عملکرد بیشتری برخوردار است. در این میان اختلاف معنی‌داری بین تناوب محصولات علوفه، کلزا و نخود با محصولات گندم و جو، مشاهده نشد؛ ولی بیشترین میزان عملکرد دانه محصولات گندم و جو به­ترتیب از گزینه تناوبی نخود – گندم و کلزا – جو به­دست آمد. همچنین بیشترین میزان زیست­توده گیاهی محصولات یاد شده نیز به­ترتیب از تناوب‌های علوفه – گندم و علوفه – جو حاصل شد. همچنین روش کشت حفاظتی در گزینه تناوبی کلزا موجب افزایش میزان رطوبت موجود در خاک در زمان رسیدن دانه‌های گندم و جو شده و همزمان جرم مخصوص ظاهری خاک را نسبت به قبل از اجرای پروژه، بیشتر کاهش داد. در همین حال کمترین مقدار فسفر و بیشترین مقدار پتاسیم و درصد کربن آلی خاک، در همین گزینه تناوبی مشاهده شد. بنابراین، سیستم تک­کشتی از ساختار ضعیفی برخوردار بوده و نتیجه استمرار آن موجب ناپایداری عملکرد و مستعد­شدن آن برای غلبه علف‌های هرز، آفات و بیماری‌ها می‌شود. در عین حال، گزینه تناوبی نخود با محصولات یاد­شده نیز بهره‌وری بالایی به‌ویژه برای محصول گندم نشان داد. با این مفروضات به نظر می‌رسد گزینه تناوبی کلزا با محصولات گندم و جو در شرایط کشت حفاظتی از نظر خصوصیات زراعی، ویژگی‌های فیزیکو شیمیایی خاک، کارآیی تولید و بهره‌وری اقتصادی، مناسب‌ترین گزینه تناوبی در این مطالعه باشد. بدیهی است پذیرش این سیستم توسط کشاورزان مستلزم اجرای این پروژه در شرایط دیم زارعین بوده و در این راه، امکان حفظ اراضی زراعی نیز فراهم می‌شود.

5. منابع

Alves, R. (2015). Ana e EMBRAPA concluem levantamento sobre irrigação com pivôs centrais no Brasil. Available from: www2. ana. gov. br/Paginas/imprensa/noticia. aspx.

Baudron, F., Andersson, J.A., Corbeels, M., & Giller, K.E. (2012). Failing to yield? Ploughs, conservation agriculture and the problem of agricultural intensification: An example from the Zambezi Valley, Zimbabwe. Journal of Development Studies, 48(3), 393-412.

Bot, A., & Benites, J. (2001). Conservation Agriculture: Case studies in Latin America and Africa (No. 78). Food & Agriculture, Org.

Brouder, S.M., & Gomez-Macpherson, H. (2014). The impact of conservation agriculture on smallholder agricultural yields: A scoping review of the evidence. Agriculture, Ecosystems & Environment, 187, 11-32.

Calonego, J.C., Raphael, J.P., Rigon, J.P., de Oliveira Neto, L., & Rosolem, C.A. (2017). Soil compaction management and soybean yields with cover crops under no-till and occasional chiseling. European Journal of Agronomy, 85, 31-37.

Chandra, G., & Chandra, G. (2002). Fundamentals of Agronomy. Oxford and IBH Publishing Company Pvt. Limited.

Corbeels, M., De Graaff, J., Ndah, T.H., Penot, E., Baudron, F., Naudin, K., & Adolwa, I.S. (2014). Understanding the impact and adoption of conservation agriculture in Africa: A multi-scale analysis. Agriculture, Ecosystems & Environment, 187, 155-170.

Dixon, J., Nalley, L., Kosina, P., La Rovere, R., Hellin, J., & Aquino, P. (2006). Adoption and economic impact of improved wheat varieties in the developing world. The Journal of Agricultural Science, 144(6), 489-502.

FAO (2014). Food Productions [WWW Document]. URL http://faostat.fao.org/site/291/default.aspx (accessed 5.5.15.).

Franke, A.C., Van Den Brand, G.J., & Giller, K.E. (2014). Which farmers benefit most from grain legumes in Malawi? An ex-ante impact assessment based on farm characteristions and model explorations. European Journal of Agronomy, 58, 28-38.

García-Orenes, F., Cerdà, A., Mataix-Solera, J., Guerrero, C., Bodí, M.B., Arcenegui, V., & Sempere, J.G. (2009). Effects of agricultural management on surface soil properties and soil–water losses in eastern Spain. Soil and Tillage Research, 106(1), 117-123.

Hansen, N.C., Allen, B.L., Baumhardt, R.L., & Lyon, D.J. (2012). Research achievements and adoption of no-till, dryland cropping in the semi-arid US Great Plains. Field Crops Research, 132, 196-203.

Hofmeijer, M.A., Krauss, M., Berner, A., Peigné, J., Mäder, P., & Armengot, L. (2019). Effects of reduced tillage on weed pressure, nitrogen availability and winter wheat yields under organic management. Agronomy, 9(4), 180.

Janzen, H.H., Beauchemin, K.A., Bruinsma, Y., Campbell, C.A., Desjardins, R.L., Ellert, B.H., & Smith, E.G. (2003). The fate of nitrogen in agroecosystems: An illustration using Canadian estimates. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 67, 85-102.

Jalali, A.E., & Esfandiari, H. (2014). The effect of tillage systems and different crop rotations on wheat yield. Journal of Plant Production (Scientific Journal of Agriculture), 39(2), 43-56.

Jat, R.A., Sahrawat, K.L., Kassam, A.H., & Friedrich, T. (2014). Conservation agriculture for sustainable and resilient agriculture: Global status, prospects and challenges. Conservation agriculture: Global Prospects and Challenges, 1-25.

Kassam, A., Friedrich, T., Shaxson, F., & Pretty, J. (2009). The spread of conservation agriculture: Justification, sustainability and uptake. International Journal of Agricultural Sustainability, 7(4), 292-320.

Kassam, A.H., Basch, G., Friedrich, T., Shaxson, F., Goddard, T., Amado, T.J., & Mkomwa, S. (2014). Sustainable soil management is more than what and how crops are grown. In Rolul Agriculturii în Acordarea Serviciilor Ecosistemice şi Sociale (pp. 230-270).

Kochaki, A., Nasiri Mahalati, M., Zare Faizabadi, A., & Jahan Bin, C. (2005). Evaluation of different periodic systems in Iran. Research and Construction, 63, 81-70.

López-Bellido, R.J., & López-Bellido, L. (2001). Efficiency of nitrogen in wheat under Mediterranean conditions: Effect of tillage, crop rotation and N fertilization. Field Crops Research, 71(1), 31-46.

Madejón, E., Murillo, J.M., Moreno, F., López, M.V., Arrúe, J.L., Álvaro-Fuentes, J., & Cantero, C. (2009). Effect of long-term conservation tillage on soil biochemical properties in Mediterranean Spanish areas. Soil and Tillage Research, 105(1), 55-62.

Nadeem, F., Farooq, M., Nawaz, A., & Ahmad, R. (2019). Boron improves productivity and profitability of bread wheat under zero and plough tillage on alkaline calcareous soil. Field Crops Research, 239, 1-9.

Nunes, M.R., Karlen, D.L., Veum, K.S., Moorman, T.B., & Cambardella, C.A. (2020). Biological soil health indicators respond to tillage intensity: A US meta-analysis. Geoderma, 369, 114335.

Palm, C., Blanco-Canqui, H., DeClerck, F., Gatere, L., & Grace, P. (2014). Conservation agriculture and ecosystem services: An overview. Agriculture, Ecosystems & Environment, 187, 87-105.

Pittelkow, C.M., Liang, X., Linquist, B.A., Van Groenigen, K.J., Lee, J., Lundy, M.E., & Van Kessel, C. (2015). Productivity limits and potentials of the principles of conservation agriculture. Nature, 517(7534), 365-368.

Qahdarijani, M., Almasi, M., Yousefi, R., & Emami, M. (2013). Investigating the problems, problems and limitations of conservation tillage in Iran. 7th National Congress of Agricultural Machines and Mechanization Engineering, Shiraz, Shiraz University.

Raphael, J.P., Calonego, J.C., Milori, D.M.B., & Rosolem, C.A. (2016). Soil organic matter in crop rotations under no-till. Soil and Tillage Research, 155, 45-53.

Rehman, A., Farooq, M., Lee, D.J., & Siddique, K.H. (2022). Sustainable agricultural practices for food security and ecosystem services. Environmental Science and Pollution Research, 29(56), 84076-84095.

Rockström, J., Kaumbutho, P., Mwalley, J., Nzabi, A.W., Temesgen, M., Mawenya, L., & Damgaard-Larsen, S. (2009). Conservation farming strategies in East and Southern Africa: Yields and rain water productivity from on-farm action research. Soil and Tillage Research, 103(1), 23-32.

Rusinamhodzi, L., Corbeels, M., Van Wijk, M.T., Rufino, M.C., Nyamangara, J., & Giller, K.E. (2011). A meta-analysis of long-term effects of conservation agriculture on maize grain yield under rain-fed conditions. Agronomy for Sustainable Development, 31, 657-673.

Sartori, L., Basso, B., Bertocco, M., & Oliviero, G. (2005). Energy use and economic evaluation of a three-year crop rotation for conservation and organic farming in NE Italy. Biosystems Engineering, 91(2), 245-256.

Snapp, S.S., Blackie, M.J., Gilbert, R.A., Bezner-Kerr, R., & Kanyama-Phiri, G.Y. (2010). Biodiversity can support a greener revolution in Africa. Proceedings of the National Academy of Sciences, 107(48), 20840-20845.

Stevenson, F.C., & Kessel, C.V. (1996). The nitrogen and non-nitrogen rotation benefits of pea to succeeding crops. Canadian Journal of Plant Science, 76(4), 735-745.

Stroosnijder, L. (2009). Modifying land management in order to improve efficiency of rainwater use in the African highlands. Soil and Tillage Research, 103(2), 247-256.

Thierfelder, C., & Mhlanga, B. (2022). Short-term yield gains or long-term sustainability? A synthesis of conservation agriculture long-term experiments in Southern Africa. Agriculture, Ecosystems & Environment, 326, 107812.

Wall, P.C. (2017). Conservation agriculture: Growing more with less-the future of sustainable intensification. In Conservation Agriculture for Africa: Building Resilient Farming Systems in a Changing Climate (pp. 30-40). Wallingford UK: CABI.

Zhang, Y., Wang, R., Wang, S., Wang, H., Xu, Z., Jia, G., & Li, J. (2017). Effects of different sub-soiling frequencies incorporated into no-tillage systems on soil properties and crop yield in dryland wheat-maize rotation system. Field Crops Research, 209, 151-158.

Zhao, X., Liu, S.L., Pu, C., Zhang, X.Q., Xue, J.F., Ren, Y.X., & Zhang, H.L. (2017). Crop yields under no-till farming in China: A meta-analysis. European Journal of Agronomy, 84, 67-75.