تاثیر تیمارهای مختلف بیوچار بر مشخصه‌های رطوبت خاک در کم‌آبیاری گیاه ذرت

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا

2 مهندسی آب دانشگاه علوم کشاورزی ساری

3 ساری گروه مهندسی آب

4 دانشگاه آزاد کرج

5 بخش تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان همدان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی،

چکیده

هدف اصلی آبیاری جبران کمبود آب قابل استفاده برای گیاه و هدف کم‌آبیاری، صرفه‌جویی در مصرف آب است. وضعیت خاک که امکان رشد ریشه گیاه را فراهم می‌کند نیز بر جذب آب تاثیر دارد. یکی از افزودنی‌های خاک با هدف بهبود حاصلخیزی آن، بیوچار است. این تحقیق، به منظور مقایسه تاثیر کم‌آبیاری بخشی ریشه گیاه ذرت در شرایط افزودن 6 و 12 تن در هکتار بیوچار باگاس نیشکر و بدون بیوچار بر مشخصه‌های رطوبتی خاک با بافت لومی انجام شد. این طرح در قالب بلوک‌های کامل تصادفی به‌صورت کرت‌های خرد شده با سه تکرار در مزرعه تحقیقاتی بنیاد شهید و امور ایثارگران واقع در احمدآباد مستوفی تهران انجام شد. نتایج نشان داد تیمار آبیاری کامل دارای بیشترین مقدار رطوبت اشباع خاک و آب در دسترس بود که اختلاف معنی‌داری با مقدار آن در تیمارهای کم‌آبیاری 55 و 65 درصد داشت. از طرف دیگر، در خاک مربوط به تیمارهای کم-آبیاری، در مکش‌های کم و نزدیک نقطه اشباع، بیشترین میزان رطوبت حجمی خاک مربوط به تیمار مصرف 12 تن در هکتار بیوچار بود. همچنین، تیمار مصرف 12 تن در هکتار بیوچار، دارای بیشترین مقدار آب قابل جذب و آب در دسترس بود که به‌ترتیب 24 و 15 درصد و 6/18 و 8/9 درصد از مقادیر آن‌ها در تیمارهای بدون مصرف بیوچار و 6 تن در هکتار بیوچار بیشتر بود. بنابراین، بیوچار می‌تواند به نحو موثری توانایی خاک در نگهداری آب را بهبود بخشد. این شرایط باعث بهبود عملکرد دانه محصول ذرت و کاهش اثرات خشکی در کم‌آبیاری شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of Different Rates of Biochar on Soil Moisture Characteristics under partial root zone drying of maize

نویسندگان [English]

  • Maryam Dehghani 1
  • Ali Shahnazari 2
  • M Z Ahmadi 3
  • mohamad Ardakani 4
  • ali ghadami firouzabadi 5
1 sanru
2 Sanru
3 Sanru
4 Azad
5 Department of Agricultural Engineering Research, Hamedan Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization,
چکیده [English]

The main purpose of irrigation and partial root zone drying is to overcome soil moisture deficit in root zone for plant use and water saving, respectively. In addition, one of the soil amendments to increase soil fertility is biochar, which affects the amount of water abstraction in the root zone. The aim of this study was to evaluate the effect of partial root zone irrigation of maize under different level of biochar (6 and 12 ton ha-1) on the moisture characteristics and soil water content of loamy texture. The project was done in Ahmadabad Mostofi research farm in Tehran. This project was complete block design under split plot with three replicates. The results showed that full irrigation treatment had the highest amount of soil saturation moisture and available water, which had a significant difference with partial root zone irrigation (PRD) treatments. On the other hand, in the soil of PRD, under low matric potential and near saturation level, the maximum of soil moisture content was related to 12 ton per ha treatment of biochar. In addition, this treatment had the highest amount of available water and water content that were 24 and 15 % and 18.6 and 9.8 %, respectively, higher than 0 and 6 ton ha-1 biochar treatments. Therefore, the biochar can effectively improve the soil ability to maintain water. This condition has improved the maize yield under partial root zone irrigation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Extractable water
  • Maize yield
  • Partial Root Zone Drying
  • Saturated water content
  • soil moisture retention curve
بهنام،ه.، فرخیان فیروزی،ا.، معزی،ع. 1395. تأثیر بیوچار و کمپوست باگاس نیشکر بر برخی ویژگی­های مکانیکی خاک. نشریه پژوهش­های حفاظت آب و خاک. 23. 4: 250-235.
خادم،ا.، رئیسی،ف و بشارتی،ح. 1396. مروری بر اثرات کاربرد بیوچار بر خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و زیستی خاک. نشریه علمی ترویجی مدیریت اراضی. 5. 1: 30-13.
خان­محمدی،ز.، افیونی،م و مصدقی،م.ر. 1394. اثر دمای پیرولیز بر ویژگی­های شیمیایی بیوچار حاصل از باگاس نیشکر و بقایای پسته. تحقیقات کاربردی خاک. 3. 1: 13-1.
داوری­نژاد،غ.، حق­نیا،غ و لکزیان،ا. 1383. تاثیر کودهای دامی و کمپوست غنی شده بر عملکرد گندم. مجله علوم و صنایع کشاورزی. 18. 1: 108-101.
رضایی­استخروییه،ع.، خوش­قدم،س.، ابراهیمی­سیریزی،م.، بادیه­نشین،ع. 1393. ارزیابی عملکرد گیاه آفتاب­گردان (رقم فرخ) تحت تأثیر کم­آبیاری سنتی و خشکی موضعی ریشه. نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی). 28 .5: 875-867.
رضایی استخروییه،ع.، هوشمند،ع.، برومندنسب،س.، خان­جانی،م. 1391. تأثیر کم­آبیاری و خشکی موضعی ریشه بر عملکرد، اجزای عملکرد و کارآیی مصرف آب گیاه ذرت دانه­ای هیبرید سینگل کراس 704. نشریه آب و خاک )علوم و صنایع کشاورزی). 26. 6: 1521-1514.
سرائی تبریزی،م.، بابازاده،ز.، پارسی­نژاد و مدرس ثانوی،س.ع.م. 1389. بهبود کارایی مصرف آب سویا با استفاده از آبیاری بخشی منطقه ریشه. مجله علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی). 14. 52: 13-1.
سی و سه مرده،ع.، فاتح،ح و بدخشان،ه. 1393. واکنش سرعت فتوسنتز، پایداری غشا و فعالیت آنزیم­های آنتی اکسیدانت به تنش خشکی و تحت شرایط کنترل شده کود ازته در دو رقم جو (Hordeum vulgare). نشریه پژوهش­های زراعی ایران. 12. 2: 228-215.
عباسی،ف.، عباسی،ن و توکلی،ع. 1396. بهره­وری آب در بخش کشاورزی؛ چالش­ها و چشم­اندازها. نشریه آب و توسعه پایدار. 4. 1: 144-141.
عظیم­زاده،ی.، نجفی،ن. 1395. اثر بیوچار بر ویژگی­های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی خاک. نشریه مدیریت اراضی. 4. 2: 173-161.
قدمی فیروز آبادی،ع.، رائینی،م.، شاه­نظری،ع و زارع ابیانه،ح. 1393. تغییرات شاخص کلروفیل، شاخص سطح برگ و پارامترهای ریشه گیاه آفتاب­گردان در کم­آبیاری تنظیم شده و کم­آبیاری خشکی ناحیه ریشه. فناوری تولیدات گیاهی. 14. 1: 79-69.
قدمی فیروزآبادی،ع.، شاه­نظری،ع.، رائینی سرجاز،م و زارع ابیانه،ح. 1394. اثر کم­آبیاری تنظیم شده و کم­آبیاری ناقص ریشه بر عملکرد فلورسانس کلروفیل و پارامترهای رشد آفتاب­گردان. نشریه پژوهش آب در کشاورزی. 29. 2: 167-157.
گویلی،ا.، موسوی،س.ع.ا.، کامکارحقیقی،ع.ا. 1395. اثر بیوچار کود گاوی و تنش رطوبتی بر ویژگی­های رشد و کارایی مصرف اسفناج در شرایط گلخانه­ای. پژوهش آب در کشاورزی. 30. 2: 259-243.
نادری،ن.، فضل­اولی،ر.، ضیاتبار احمدی،م.خ.، شاه­نظری،ع و خاوری­خراسانی،س. 1394. بررسی اثر روش­های مختلف کم­آبیاری بر عملکرد و کارآیی مصرف آب ذرت علوفه­ای. نشریه آبیاری و زهکشی ایران. 3. 6: 531-523.
نورزاد،س.، احمدیان،ا، مقدم،م. 1394. بررسی میزان پرولین، شاخص کلروفیل، کلروفیل کل، کربوهیدرات و مقدار جذب عناصر غذایی در گیاه دارویی گشنیز (Coriandrum sativum L) تحت تأثیر تنش خشکی و تیمار کودی. پژوهش­های زراعی ایران. 13. 1: 139-131.
نوروزی،م.، طباطبایی،س.ح.، نوری،م.ر و متقیان،ح.ر. 1395. اثرات کوتاه­مدت بیوچار حاصل از برگ خرما بر حفظ رطوبت در خاک لوم­شنی. نشریه حفاظت منابع آب و خاک. 6. 2: 150-137.
Andrenelli,M.C., Maienza,A., Genesio,L., Miglietta,F., Pellegrini,S., Vaccari,F.P and Vignozzi,N. 2016. Field application of pelletized biochar: Short-term effect on the hydrological properties of a silty clay loam soil. Agricultural Water Management. 163.1: 190-196.
Buss,W., Kammann,C and Koyro,H.W. 2012. Biochar reduces copper toxicity in Chenopodium quinoa Willd in a sandy soil. Journal of Environmental Quality. 40: 1157-1165
Chen,Y., Shinogi,Y and Taira,M. 2010. Influence of biochar use on sugarcane growth, soil parameters, and ground water quality. Australian Journal of Soil Research. 48: 526–530.
Cornelissen,G., Martinsen,V., Shitumbanuma,V., Alling,V., Breedveld,G., Rutherford,D., Sparrevik,M., Hale,S., Obia,A and Mulder,J. 2013. Biochar effect on maize yield and soil characteristics in five conservation-farming sites in Zambia. Agronomy. 3: 256–274.
De Melo Carvalho,M.T., De Holanda Nunes Maia,A., Madari,B.E., Bastiaans,L., Van Oort,P.A.J., Heinemann,A.B., Soler da Silva,M.A., Petter,F.A., Marimon,J.B.H and Meinke,H. 2014. Biochar increases plant-available water in a sandy loam soil under an aerobic rice crop system. Solid earth. 5: 939–952.
Downie,A., Crosky,A and Munroe,P. 2009. Physical properties of biochar. In: Biochar for Environmental Management, Science and Technology. Lehmann JL and Joseph JS, (Eds.). Earth scan Publishers Ltd., London: 13-32.
Du,T., Kang,S., Sun,J., Zhang,X and Zhang,J. 2010. An improved water use efficiency of cereals under temporal and spatial deficit irrigation in north China. Agricultural Water Management. 97(1):66-74.
GaoLu,S., Fang,S.F and Tong,Z.Y. 2014. Effect of rice husk biochar and charcoal fly ash on some physical properties of expansive clayey soil (Vertisol). Catena. 114: 37-44.
Glaser,B and Birk,J.J. 2012. State of the scientific knowledge on properties and genesis of Anthropogenic Dark Earths in Central Amazonia (terra preta de Índio). Geochimica et Cosmochimica Acta. 82: 39-51.
Herath,H., Camps-Arbestain,M and Hedley,M. 2013. Effect of Biochar on Soil Physical Properties in Two Contrasting Soils: An Alfisol and an Andisol. Geoderma. 209-210: 188-197.
Hu,T., Kang,S., Li,F and Zhang,J. 2009. Effects of partial root-zone irrigation on the nitrogen absorption and utilization of maize. Agricultural Water Management. 96: 208–214.
Jill,E.C., Ciro,S and Mateo,V. 2012. Dissecting maize productivity, ideo types associated with grain yield under drought stress and well watered conditions. Journal of Integrative Plant Biology. 54.12: 1007–1020.
Jovanovic,Z., Stikic,R., Vucelic-Radovic,B., Paukovic,M., Brocic,Z., Matovic,G.S., Rovcanin,S and Mojevic,M. 2010. Partial root-zone drying increases WUE, N and antioxidant content in field potatoes. European Journal of Agronomy. 33: 124-131.
Katy,E., Brantley,K., Brye,R., Mary,C., Savin,D and Longer,E. 2015. Biochar source and application rate effects on soil water retention determined using wetting curves. Open Journal of Soil Science. 5: 1-10.
Kirda,C., Topcu,S., Cetin,M., Dasgan,H.Y., Kaman,H., Topaloglu,F., Derici,M.R and Ekici,B. 2007. Prospects of partial root zone drying for increasing water use efficiency of major crops in the Mediterranean region. Annuals of Applied Biology. 150: 281-291.
Laird,D.A., Fleming,P., Davis,D.D., Horton,R., Wang,B and Karlen,D.L. 2010. Impact of biochar amendments on the quality of a typical Midwestern agricultural soil. Geoderma. 158.3: 443–449.
Lehmann,J., Gaunt,J., Rondon,M. 2006. Bio-char sequestration in terrestrial ecosystems–a review. Mitigation and adaptation strategies for global change. 11: 395-419.
Lu,S.G., Sun,F.F and Zong,Y.T. 2014. Effect of rice husk biochar and coalfly ash on some physical properties of expansive clayey soil (Vertisol). Catena. 114: 37–44.
Ma,N., Zhang,L., Zhang,Y., Yang,L., Yu,C., Tin,G., Diane,T.A and Ma,X. 2016. Biochar Improves Soil Aggregate Stability and Water Availability in a Mollisol after Three Years of Field Application. PLOS One. 11.5: 1-10.
Ouyang,L., Wang,F., Tang,J., Yu,L and Zhang,R. 2013. Effects of biochar amendment on soil aggregates and hydraulic properties. Journal of Soil Science and Plant Nutrition. 13: 991–1002.
Peake,L., Reid,B.J and Tang,X. 2014. Quantifying the influence of biochar on the physical and hydrological properties of dissimilar soils. Geoderma. 235-236: 182-190.
Sepaskhah,A.R and Ahmadi,S.H. 2010. A review on partial root zone drying irrigation. International Journal of Plant Production. 4.4: 241-259.
Sohi,S., Krull,E., Lopez-Capel,E and Bol,R. 2010. A review of biochar and its use and function in soil. Advance agronomy. 105: 47-82.
Steiner,C., Das,K.C., Garcia,M., Forster,B and Zech,W. 2008. Charcoal and smoke extract stimulate the soil microbial community in a highly weathered xanthic ferralsol. Pedobiologia. 51: 359–366.
Uzoma,K., Inoue,M., Andry,H., Fujimaki,H., Zahoor,A and Nishihara,E. 2011. Effect of cow manure biochar on maize productivity under sandy soil condition. Soil Use Management. 27: 205-212.
Vaccaria,F.P., Barontia,S., Lugato,E., Genesio,L., Gastaldi,S., Fornasier,F and Migliettaa,F. 2011. Biochar as a strategy to sequester carbon and increase yield in durum wheat. European Journal of Agronomy. 34. 231-238
Van Genuchten,M.T. 1980. A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soils Science Society of America Journal. 44: 892-898
Van Zwieten,L., Kimber,S., Morris,S., Downie,A., Berger,E., Rust,J and Scheer,C. 2010. Influence of biochars on flux of N2O and CO2 from ferrosol. Australian Journal of Soil Research. 48: 555–568.
Woolf,D., Amonette,J.E., Street-Perrott,F.A., Lehmann,J and Joseph,S. 2010. Sustainable biochar to mitigate global climate change. Nature Communications. 1: 56-63.
Yactayo,W., Ramírez,D.A., Gutiérrez,R., Mares,V., Posadas,A and Quiroz,R. 2013. Effect of partial root-zone drying irrigation timing on potato tuber yield and water use efficiency. Agricultural Water Management. 123: 65– 70.
Yazar,A., Gokcel,F and Sezen,M.S. 2009. Corn yield response to partial root zone drying and deficit irrigation strategies applied with drip system. Plant and Soil Environment. 55.11: 494-503.
Yu,O.Y., Richle,B and Sink,S. 2013. Impact of biochar on water holding of loamy sand soil. International Journal of Environmental Engineering. 4:44-49.
Zhang,T., Gong,H., Wen,X and Lu,C. 2010. Salt stress induces a decrease in excitation energy transfer from phycobilisomes to photosystem II but an increase to photosystem I in the cyanobacterium Spirulina platensis. Journal of Plant Physiology. 167: 951-958.