اثرات شوری و نسبت کلسیم به منیزیم آب آبیاری بر فسفر نهال‌های پسته در شرایط گلخانه‌ای
منبع: S. Saadat, F. Dehghany, H. Rezaei, L. Esmaeelnejad, P. Maleki. «Effects of salinity and Ca:Mg ratio of irrigation water on pistachio seedlings phosphorus planted under greenhouse conditions». Desert، ایران، 2020. doi.org/10.22059/jdesert.2020.78161
این متن ترجمه‌ی فارسی کامل این مقاله است که با مجوز Creative Commons Attribution (CC BY) منتشر شده است. ترجمه با کمک هوش مصنوعی انجام و ویرایش شده؛ فهرست منابع حذف شده و شکل‌ها و جدول‌های کامل در مقالهی اصلی در دسترس‌اند. در صورت هرگونه اختلاف، متن انگلیسی ملاک است. تصویر شاخص: شکلی از همین مقاله (CC BY).
چکیده
فسفر (Phosphorus: P) عنصری کلیدی در بسیاری از فرآیندهای زیستی گیاهان و جانوران است. هدف ما بررسی اثر سطوح مختلف شوری و نسبت‌های کلسیم به منیزیم (Ca:Mg) آب آبیاری اراضی خشک بر فسفر قابل استفاده خاک، فسفر محلول و فسفر جذب‌شده توسط گیاه پسته بود. بدین منظور، یک آزمایش گلخانه‌ای با کاشت بذور پسته در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی به صورت فاکتوریل با چهار سطح شوری خاک شامل S1 (شوری آب آبیاری ۶ دسی‌زیمنس بر متر، کسر آبشویی (leaching fraction: LF) برابر با ۵۰)، S2، S3 و S4 (شوری آب آبیاری ۹ دسی‌زیمنس بر متر، LF به ترتیب ۵۰، ۳۰ و ۲۰) و سه نسبت کلسیم به منیزیم شامل M1، M2 و M3 (به ترتیب برابر با ۱، ۰/۵ و ۰/۲۵) انجام شد. پس از برداشت گیاهان، مقدار فسفر قابل استفاده خاک (Po)، فسفر محلول در آب (Pw) و فسفر کل (Pt) در اعماق ۰–۵، ۵–۲۵، ۲۵–۵۰ و ۵۰–۷۵ سانتی‌متری خاک و غلظت فسفر در برگ‌های نهال‌های پسته اندازه‌گیری شد. نتایج نشان داد که شوری عصاره اشباع خاک (soil saturated extract) اثر معنی‌داری بر Po، Pw و Pt نداشت. کاهش نسبت Ca:Mg باعث افزایش Po و Pw در سطح خاک شد، اما تاثیری بر Pt نگذاشت. افزایش شوری از S1 به S2 جذب فسفر توسط گیاه را تقویت کرد، اما در سطوح شوری بالاتر، جذب فسفر کاهش یافت. کاهش نسبت Ca:Mg اثر معنی‌داری بر محتوای فسفر گیاه نداشت.
واژگان کلیدی: اراضی خشک؛ کسر آبشویی؛ گیاه؛ شوری؛ غلظت محلول خاک
1. مقدمه
فسفر (P) جزء مهمی در بسیاری از فرآیندهای زیستی گیاهان و جانوران است. گیاهان فسفر مورد نیاز خود را از فاز محلول خاک جذب می‌کنند که خود تابعی از واکنش‌های جذب سطحی (surface adsorption) و رهایش (release) با ذرات کلوئیدی خاک و نیز واکنش‌های انحلال (dissolution) و رسوب‌گذاری (sedimentation) است.
افزایش جذب سطحی یا رسوب فسفر (P precipitation)، دسترسی‌پذیری آن را برای گیاهان کاهش می‌دهد؛ بنابراین، افزودن سالانه کودها به خاک برای تأمین فسفر مورد نیاز گیاهان ضروری است. از آنجا که منابع معدنی برای تهیه کودهای فسفره محدود و تجدیدناپذیر هستند، مدیریت صحیح کاربرد آن‌ها در مقایسه با بسیاری از انواع دیگر عناصر غذایی اهمیت بیشتری دارد.
فراهمی فسفر در خاک و کارایی جذب آن توسط گیاهان تحت تأثیر مجموعه‌ای از عوامل مربوط به خصوصیات خاک، نظیر پی‌اچ (pH)، بافت خاک (soil texture)، نوع و مقدار کانی‌ها، شوری و ترکیب یونی فاز محلول خاک، و همچنین ویژگی‌های فیزیولوژیکی و ریخت‌شناسی ریشه (root morphology) گیاه قرار دارد.
به منظور افزایش کارایی کاربرد کود فسفره، بررسی اثر هر دو گروه پیش‌گفته ضروری است. ویژگی‌های ذاتی خاک، نظیر pH و نوع کانی‌های فاز جامد، بر واکنش‌های جذب سطحی و رهایش به همراه واکنش‌های انحلال و رسوب فسفر اثر می‌گذارند. در هنگام مطالعه نمونه‌های خاک، به دلیل برهم‌کنش‌های متقابل میان این عوامل، تفکیک اثر هر عامل بر قابلیت استفاده فسفر بسیار دشوار است. استفاده از محلول ۰/۵ مولار بی‌کربنات سدیم برای عصاره‌گیری از نمونه‌های خاک و برآورد مقدار فسفر قابل استفاده گیاه (Olsen et al., 1954) یکی از راهکارهایی است که می‌تواند اثرات ترکیبی ویژگی‌های خاک را بر وضعیت فسفر نشان دهد. در این روش، از غلظت نسبتاً بالای یون بی‌کربنات برای رهاسازی بخش جذب سطحی‌شده فسفر استفاده می‌شود. بخش دیگر فسفر عصاره‌گیری‌شده ناشی از انحلال رسوبات فسفری مشخص است.
مطالعات مختلف نشان داده‌اند که مقدار فسفر عصاره‌گیری‌شده با این روش، برآورد مناسبی از فراهمی فسفر برای گیاهان ارائه می‌دهد.
یکی از عوامل مؤثر بر فراهمی فسفر در خاک، مقدار کل مواد حل‌شده و ترکیب یونی فاز محلول است. مطالعه خانلری و جلالی (Khanlari and Jalali, 2011) نشان داد که بیشترین و کمترین مقدار فسفر عصاره‌گیری‌شده از خاک به ترتیب در نسبت جذب سدیم (sodium adsorption ratio: SAR) برابر با ۰/۴۹ با نسبت Ca:Mg معادل ۰/۳۳، و SAR برابر با ۱۵ با Ca:Mg معادل ۳ به دست آمد. یکی از دلایل اثرات منیزیم بر مقدار فسفر قابل استفاده، تمایل کمتر فسفات به واکنش با منیزیم در مقایسه با کلسیم است. به عبارت دیگر، فراهمی فسفر به نسبت فسفر به منیزیم بستگی دارد. اگر این نسبت برابر یا کمتر از ۲:۱ باشد، جذب سطحی فسفر روی کلسیت کاهش یافته و دسترسی به آن در خاک‌های آهکی (calcareous soils) افزایش می‌یابد (Khanlari and Jalali, 2011).
غفور و همکاران (Ghafour et al., 2011) نیز گزارش کردند که نسبت Ca:Mg نقش مهمی در فراهمی فسفر برای گیاه ایفا می‌کند. علاوه بر این، وادو و همکاران (Wadu et al., 2013) نشان دادند که افزایش منیزیم تبادلی (exchangeable Mg) تشکیل رسوبات کلسیم-فسفر (Ca-P) را کاهش داده و بر قابلیت دسترسی فسفر در خاک‌هایی با اشباع Ca:Mg پایین اثر مثبت می‌گذارد.
به عنوان مثال، نشان داده شده است که تأثیر کود فسفره بر گندم (Triticum aestivum) از طریق ترکیب سولفات منیزیم با دی‌کلسیم فسفات (dicalcium phosphate) و اکتاکلسیم فسفات (octacalcium phosphate) که منجر به کاهش نسبت کلسیم به منیزیم می‌شود، افزایش می‌یابد.
افزایش نسبت منیزیم به کلسیم تا ۱/۵ در محلول خاک و آب آبیاری، فراهمی فسفر در خاک و جذب آن توسط گیاه را افزایش می‌دهد. اگر این نسبت به بیش از ۱/۵ افزایش یابد، دسترسی به فسفر به دلیل تشکیل مقادیر زیاد دی‌منیزیم فسفات (MgHPO4) و تری‌منیزیم فسفات (Mg3(PO4)2) افزایش می‌یابد (Al-Khateeb et al., 1986).
استفاده از ترکیبات بازیافتی حاوی فسفر نیز نشان می‌دهد که اثر منیزیم فسفات مشابه مونوکلسیم فسفات (monocalcium phosphate) بوده و این ترکیبات حلالیت بیشتری نسبت به سایر ترکیبات دارند (Johnston et al., 2003).
اسیدهای آلی و یون‌های کربنات و منیزیم از طریق تشکیل کمپلکس روی سطوح تازه تشکیل‌شده، از رسوب فسفات‌های کلسیم جلوگیری نموده و تشکیل هسته‌های جدید را مختل می‌کنند.
بررسی اثرات جداگانه کربنات و منیزیم و برهم‌کنش آن‌ها بر رسوب فسفات کلسیم نشان داده است که منیزیم دارای اثر بازدارنده مشخصی بر رشد هیدروکسی‌آپاتیت بلوری (crystalline hydroxyl-apatite: HAP)، اثری جزئی بر اکتاکلسیم فسفات (octocalcium phosphate: OCP) و تقریباً بدون اثر بر رشد دی‌کلسیم فسفات (dicalcium phosphate: DCP) است. اثر منیزیم به جذب سطحی آن در جایگاه‌های فعال رشد (رقابت با کلسیم) نسبت داده می‌شود. رسوب‌گذاری هم‌زمان منیزیم و فسفات کلسیم، تشکیل فسفات کلسیم آمورف (amorphous calcium phosphate: ACP) را در مقایسه با HAP تسهیل می‌کند. کربنات‌ها نیز از طریق ممانعت از تشکیل هسته‌های فسفات یا با تولید رسوبات کلسیت، تأثیر منفی بر رسوب‌گذاری HAP می‌گذارند (Cao and Harris, 2008). با این حال، نتایج آزمایشی دیگر با گونه‌های ایزوتوپی فسفر بر روی اشکال مختلف فسفر نشان داد که مقدار منیزیم در محدوده آزمایش‌شده هیچ اثر قابل مشاهده‌ای بر تبادل فسفر نداشته و منیزیم مقدار فسفر قابل دسترس گیاه ناشی از کود مصرفی را در خاک‌های آهکی افزایش نداده است (Xiong and Zhou, 1995). مطالعات مربوط به جلوگیری از ورود فسفر محلول به اکوسیستم‌های آبی (aquatic ecosystems) نشان داده است که رسوب‌دهنده‌های حاوی منیزیم مانند دولومیت کمترین اثر و کلرید فریک بیشترین اثر را دارند (Ann et al., 1999).
علاوه بر این، ملکی و همکاران (Maleki et al., 2018) اثر سه نسبت مختلف Ca:Mg (۱، ۰/۵ و ۰/۲۵) را بر جذب فسفر توسط گیاه شورزیست کینوا (Chenopodium quinoa) در شرایط شور ارزیابی کردند. نتایج آن‌ها نشان داد که نسبت‌های گوناگون Ca:Mg اثر معنی‌داری بر جذب فسفر توسط کینوا نداشت. با این وجود، آزمایش مذکور در کشت بدون خاک (soilless culture) انجام شد و عدم وجود برهم‌کنش‌های خاک ممکن است دلیل این نتیجه باشد.
شوری و ترکیب یونی محلول خاک (که بخشی از آن تحت تأثیر شوری و ترکیب یونی آب آبیاری است) نقش‌های عمده‌ای در وضعیت فسفر خاک و جذب آن توسط گیاه ایفا می‌کنند. در همین راستا، پژوهش حاضر به منظور بررسی اثر سطوح مختلف شوری و نسبت‌های Ca:Mg آب آبیاری بر فسفر قابل استفاده و محلول در اعماق مختلف یک خاک آهکی به انجام رسید. همچنین اثر متغیرهای یادشده بر فسفر جذب‌شده توسط نهال‌های پسته ارزیابی شد. با توجه به گستردگی منابع آب و خاک شور و نسبت‌های گوناگون یونی در اراضی کشاورزی ایران و اهمیت فسفر برای رشد بهینه گیاه، امید است نتایج این تحقیق به بهبود مدیریت فسفر در خاک کمک نماید.
2. مواد و روش‌ها
2.1. ویژگی‌های آب
در راستای تحقق اهداف این پژوهش، آزمایشی در قالب طرح فاکتوریل کاملاً تصادفی در گلدان‌های آزمایشی به مرحله اجرا درآمد
...در داخل یک گلخانه انجام شد. به‌منظور آبیاری گلدان‌های آزمایشی، غلظت کل نمک و ترکیب یونی نمونه‌ای از آب آبیاری (تهیه‌شده از آب چاه در یزد) با استفاده از نمک‌های NaCl، CaCl2 و MgCl2 تنظیم شد. جدول ۱ ویژگی‌های عمومی و ترکیب یونی نمونه‌های اولیه و اصلاح‌شده‌ی آب آبیاری مورداستفاده را نشان می‌دهد. چهار سطح شوری خاک شامل S1 (آب با سطح شوری ۶ دسی‌زیمنس بر متر (dS.m-1) و درصد آبشویی (leaching percentage) ۵۰ درصد)، S2، S3 و S4 (آب با سطح شوری ۹ دسی‌زیمنس بر متر و درصدهای آبشویی ۵۰، ۳۰ و ۲۰) و سه نسبت Ca:Mg شامل M1، M2 و M3 (به‌ترتیب معادل نسبت‌های Ca:Mg برابر با ۱، ۰/۵ و ۰/۲۵) به‌عنوان تیمارهای آزمایشی (experimental treatments) انتخاب شدند (جدول ۱).
جدول ۱. ویژگی‌های عمومی و ترکیب یونی نمونه آب آبیاری پایه و نمونه‌های آب تنظیم‌شده با نمک‌های NaCl، CaCl2 و MgCl2 جهت اعمال تیمارهای آزمایشی
| تیمارها | EC (dS/m) | pH | K (meq/L) | Na (meq/L) | Ca (meq/L) | Mg (meq/L) | Ca:Mg | Cl (meq/L) | SO42- (meq/L) | SAR |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| نمونه پایه | 7.0 | 7.98 | 0.17 | 74.6 | 15.6 | 16.3 | 0.96 | 90.0 | 12.9 | 18.7 |
| S1M1 | 6.1 | 8.25 | 0.17 | 38.1 | 14.9 | 16.5 | 0.90 | 54.4 | 10.5 | 9.6 |
| S1M2 | 6.2 | 8.20 | 0.35 | 31.8 | 12.8 | 22.3 | 0.57 | 58.6 | 11.2 | 7.6 |
| S1M3 | 6.3 | 8.11 | 0.50 | 23.9 | 9.5 | 33.8 | 0.28 | 61.3 | 8.5 | 5.1 |
| S2,3,4M1 | 9.2 | 8.00 | 0.19 | 65.7 | 17.2 | 18.1 | 0.95 | 90.1 | 11.8 | 15.6 |
| S2,3,4M2 | 9.1 | 8.04 | 0.47 | 55.3 | 15.9 | 32.7 | 0.48 | 90.7 | 12.8 | 11.2 |
| S2,3,4M3 | 9.1 | 8.08 | 0.84 | 37.9 | 12.4 | 50.8 | 0.24 | 91.8 | 10.6 | 6.7 |
2.2. ویژگی‌های خاک
خاک مورد نیاز برای پر کردن گلدان‌های آزمایشی از اعماق ۰ تا ۵۰ سانتی‌متری یک باغ پسته (Pistacia vera) در یزد نمونه‌برداری شد. نمونه خاک الک شده (۸ میلی‌متر) و همگن گردید. هدایت الکتریکی (EC)، اسیدیته (pH) و غلظت کاتیون‌ها و آنیون‌های Ca2+، Mg2+، Na+ و Cl- در عصاره اشباع خاک (soil saturation extract) اندازه‌گیری شد. افزون بر این، میزان ماده آلی (organic matter) نمونه خاک با روش اکسایش (oxidation method)؛ معادل کربنات کلسیم (calcium carbonate equivalent - CCE)، ظرفیت تبادل کاتیونی (cation exchange capacity - CEC)، بافت خاک (soil texture)، فسفر قابل دسترس (available P) و پتاسیم به‌ترتیب با روش‌های تیتراسیون، استات آمونیوم، هیدرومتری، اولسن (Olsen) و استات آمونیوم ۱ نرمال اندازه‌گیری شدند. جدول ۲ نتایج ویژگی‌های فیزیکی-شیمیایی نمونه‌های خاک را نشان می‌دهد. بر اساس این داده‌ها، نمونه خاک کاملاً آهکی (CCE = 25%) با هدایت الکتریکی ۷/۳ دسی‌زیمنس بر متر (dS m-1) و pH برابر با ۷/۸ بود.
جدول ۲. نتایج اندازه‌گیری برخی ویژگی‌های فیزیکی-شیمیایی نمونه‌های خاک مورداستفاده در گلدان‌های آزمایشی
| EC (dS m-1) | pH | Ca2+ (meq L-1) | Mg2+ (meq L-1) | Na+ (meq L-1) | Cl- (meq L-1) | SO42- (meq L-1) | OC (g kg-1) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 7.3 | 7.78 | 26.6 | 15.7 | 42.4 | 45.2 | 31.3 | 1.1 |
| SP (%) | CCE (%) | CEC (cmolc kg-1) | رس (g kg-1) | سیلت (g kg-1) | شن (g kg-1) | پتاسیم قابل دسترس (mg kg-1) | فسفر قابل دسترس (mg kg-1) |
| 28.6 | 25.1 | 6.53 | 221.0 | 192.0 | 587.0 | 139.0 | 4.2 |
جدول ۳. مقایسه میانگین اثرات شوری، نسبت Ca:Mg و اثر متقابل آن‌ها بر شوری و کاتیون‌های اصلی محلول خاک
| تیمارها | EC (dS.m-1) | Ca2+ (cmolc L-1) | Mg2+ (cmolc L-1) | Ca/Mg |
|---|---|---|---|---|
| S1 | 5.80c | 15.14c | 17.87b | 0.97a |
| S2 | 8.70b | 19.97b | 27.83a | 0.86a |
| S3 | 9.60a | 22.53a | 27.25a | 1.10a |
| S4 | 10.40a | 24.63a | 29.56a | 0.99a |
| M1 | 8.10a | 17.89b | 12.58c | 1.45a |
| M2 | 9.00a | 22.80a | 24.39b | 0.96b |
| M3 | 8.90a | 21.00ab | 39.65a | 0.54c |
سی و شش گلدان آزمایشی (به قطر ۴۰ سانتی‌متر و ارتفاع ۱۰۰ سانتی‌متر) با کفی و زهکشی (drainage) مناسب طراحی شدند تا از هرگونه محدودیت در رشد ریشه‌های پسته در طول دوره آزمایش جلوگیری شود. ارتفاع نهایی خاک در گلدان‌ها ۷۵ سانتی‌متر بود.
2.3. کاشت پسته
بذرهای پسته رقم بادامی زرند از مؤسسه تحقیقات پسته (رفسنجان) تهیه شد. پس از ضدعفونی با قارچ‌کش (fungicide)، بذرها به مدت ۳ روز در دمای ۲۵ درجه سلسیوس نگهداری شدند؛ سپس در گلدان‌های کوچک حاوی مخلوطی از پیت و ماسه کاشته شده و هر سه روز یک‌بار آبیاری شدند. آب مورداستفاده به‌تدریج شور شد به‌طوری که هنگام انتقال نهال‌ها به گلدان اصلی، شوری آب آبیاری معادل تیمار موردنظر بود. در طول دوره رشد پسته، حجم آب مورد نیاز در هر نوبت آبیاری بر اساس افت وزنی رطوبت خاک تا رسیدن به ظرفیت زراعی (field capacity) و همچنین درصد آبشویی مورد نظر تعیین گردید. نمونه‌های گیاهی ۲۵ هفته پس از انتقال نهال‌ها به گلدان‌های اصلی ارزیابی شدند (شکل ۱).
شکل ۱. نهال‌های پسته در طول دوره رشد، و آبیاری و آبشویی آن‌ها
به‌منظور تأمین نیازهای نهال، نیم لیتر محلول کودی حاوی ۲۰۰ میلی‌گرم در لیتر فسفر از منبع KH2PO4، ۴۰۰ میلی‌گرم در لیتر پتاسیم از منبع KNO3 و ۱/۷ درصد نیتروژن از منبع NH4NO3 مصرف شد. پس از برداشت نهال‌ها، نمونه‌های خاک از اعماق ۰-۵، ۵-۲۵، ۲۵-۵۰ و ۵۰-۷۵ سانتی‌متری گلدان جمع‌آوری شدند.
مقدار فسفر استخراج‌شده با روش اولسن (Po) به‌عنوان مرجع فسفر قابل دسترس گیاه در نظر گرفته شد. فسفر محلول در آب (Pw) و فسفر کل (Pt) نیز با روش‌های زیر اندازه‌گیری شدند:
2.4. فسفر کل خاک
فسفر کل با روش هضم با اسید پرکلریک (perchloric acid digestion) استخراج شد. بدین منظور، ۱۰ سانتی‌متر مکعب اسید پرکلریک ۶۰ درصد به ۱ گرم خاک الک‌شده افزوده شد و به مدت ۲۰ دقیقه تا دمای ۲۰۰ درجه سلسیوس حرارت داده شد. پس از جداسازی فاز مایع، مقدار فسفر با روش اسپکتروفتومتری (spectrophotometry) در طول موج ۴۷۰ نانومتر اندازه‌گیری گردید (Olsen et al., 1954).
2.5. فسفر محلول در آب
جهت اندازه‌گیری غلظت فسفر محلول در آب، ۵۰ میلی‌لیتر آب مقطر به ۵ گرم خاک هواخشک اضافه شد و به مدت ۵ دقیقه تکان داده شد. پس از سانتریفیوژ کردن، محلول زلال بالایی از کاغذ صافی (واتمن ۴۲) عبور داده شد. غلظت فسفر با اسپکتروفتومتری در طول موج ۷۲۰ نانومتر اندازه‌گیری شد (Olsen and Sommers, 1982).
2.6. فسفر گیاه
برای اندازه‌گیری غلظت فسفر در برگ‌های نهال‌های پسته، نمونه‌ای از نهال‌ها شسته شده و در دمای ۷۵ درجه سلسیوس خشک گردید. پس از آسیاب کردن و هضم خشک (dry digestion)، غلظت فسفر با روش اسپکتروفتومتری در طول موج ۴۷۰ نانومتر اندازه‌گیری شد (Chapman and Pratt, 1982).
3. نتایج و بحث
3.1. فسفر خاک
جدول ۳ نتایج برخی ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی نمونه‌های خاک مورداستفاده در گلدان‌های آزمایشی را پیش از اعمال تیمارها نشان می‌دهد. داده‌های این جدول نشان می‌دهد که غلظت فسفر قابل دسترس خاک بسیار پایین (۴/۲ میلی‌گرم بر کیلوگرم) بوده و از این رو مصرف کود فسفره برای رشد مناسب گیاه ضروری است.
شکل ۲ و جدول ۴ داده‌های حاصل از اندازه‌گیری غلظت فسفر قابل دسترس به روش اولسن را در اعماق ۰-۵، ۵-۲۵، ۲۵-۵۰ و ۵۰-۷۵ سانتی‌متری گلدان نشان می‌دهند. مقایسه مقادیر میانگین فسفر قابل دسترس در اعماق مختلف نشان داد که پس از کاربرد کود، مقدار فسفر در لایه سطحی به‌طور چشمگیری از مقدار اولیه ۴/۲ میلی‌گرم بر کیلوگرم به ۳۵/۶۹ میلی‌گرم بر کیلوگرم افزایش یافت. در سه عمق دیگر، افزایش غلظت فسفر نسبتاً کمتر بود (۵/۷۷، ۴/۸۷ و ۴/۶۹ میلی‌گرم بر کیلوگرم). این داده‌ها نشان می‌دهند که فسفر اضافه‌شده با یون‌های فاز محلول (کلسیم و منیزیم) و سطح باردار ذرات کلوئیدی (colloidal particles) واکنش شدیدی نشان داده است؛ بنابراین بیش از ۹۰ درصد فسفر در لایه سطحی خاک باقی ماند.
با توجه به همگنی بافت و ساختمان خاک و عدم وجود حرکت ترجیحی آب (preferential water movement) در پروفیل خاک، افزایش ناچیز غلظت فسفر در لایه‌های عمیق‌تر را می‌توان به انتقال تدریجی فسفر محلول نسبت داد. به عبارت دیگر، این داده‌ها تأیید می‌کنند که فسفر در محیط یونی خاک غیرمتحرک است و نفوذ عمقی (deep percolation) آن در پروفیل خاک بسیار محدود است. (Yu et al., 2014) نشان دادند که اشکال فسفر و ناهمگنی توزیع آن در پروفیل‌ها را می‌توان به اثرات پوشش گیاهی و اختلال هیدرولوژیکی (hydrologic disturbance) نسبت داد.
اثرات تیمارهای شوری و نسبت Ca:Mg آب آبیاری بر حلالیت و در نتیجه پویایی فسفر در خاک گلدان مقایسه شدند (شکل ۲). مشخص شد اگرچه غلظت قابل دسترس در لایه سطحی (۰-۵ سانتی‌متر) بسیار بیشتر از لایه‌های عمیق‌تر بود، اما تغییر در شوری آب آبیاری (تیمارهای S1، S2، S3 و S4) تأثیر معنی‌داری بر غلظت فسفر لایه سطحی و سه عمق دیگر نداشت.
جدول ۴. مقادیر F در تجزیه واریانس اثر تیمارهای مختلف شوری و نسبت Ca:Mg آب آبیاری بر فسفر کل، فسفر محلول در آب و فسفر قابل دسترس در اعماق مختلف گلدان
| تیمارها | فسفر کل | فسفر محلول | فسفر قابل دسترس | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| عمق ۰-۵ | عمق ۵-۲۵ | عمق ۰-۵ | عمق ۵-۲۵ | عمق ۰-۵ | عمق ۵-۲۵ | عمق ۲۵-۵۰ | عمق ۵۰-۷۵ | |
| شوری | 0.41ns | 2.60ns | 2.20ns | 1.16ns | 0.95ns | 0.14ns | 0.99ns | 0.39ns |
| نسبت Ca:Mg | 0.51ns | 1.01ns | 60.93** | 10.17** | 24.97** | 4.52ns | 1.96ns | 2.96* |
| اثر متقابل | 0.76ns | 1.33ns | 0.96ns | 0.39ns | 0.59ns | 0.34ns | 0.36ns | 0.50ns |
| ضریب تغییرات (%) | 24.70 | 19.90 | 37.80 | 49.90 | 18.70 | 48.50 | 40.50 | 57.10 |
ns: غیرمعنی‌دار؛ * و **: به‌ترتیب معنی‌دار در سطح احتمال ۵ درصد (P < 0.05) و ۱ درصد (P < 0.01).
برعکس، تغییرات در ترکیب یونی آب آبیاری که ناشی از تغییرات نسبت در آب آبیاری بود (تیمارهای M1، M2 و M3)، مقدار فسفر قابل دسترس لایه سطحی را به‌طور معنی‌داری دگرگون ساخت.
با کاهش نسبت Ca:Mg یا افزایش غلظت منیزیم، غلظت [فسفر قابل دسترس] افزایش یافت. در تیمارهای M2 و M3، فسفر قابل دسترس در مقایسه با تیمار M1 به‌ترتیب در حدود ۲۴/۴ و ۷۰/۱ درصد افزایش نشان داد. تأثیر این سه تیمار بر لایه‌های زیرین بسیار کمتر بود. این بدان معناست که هرچند افزایش غلظت منیزیم در آب آبیاری، فراهمی فسفر را در...
... لایه‌های سطحی، فراهمی فسفر (phosphorus availability) در لایه‌های زیرین خاک به دلیل عدم حرکت فسفر در عمق خاک، تغییر معنی‌داری نداشت.
داده‌های آزمایشگاهی نتایج مشابهی را در رابطه با تأثیر تیمارهای شوری و نسبت کلسیم به منیزیم (Ca:Mg ratio) آب آبیاری بر غلظت فسفر محلول در آب (water-soluble phosphorus) نشان دادند (جدول ۴ و ۵). در این خصوص، افزایش شوری تأثیر معنی‌داری بر فسفر محلول در آب نداشت؛ از سوی دیگر، کاهش نسبت Ca:Mg آب آبیاری به طور معنی‌داری موجب افزایش فسفر محلول در آب در لایه‌های سطحی شد (جدول ۵).
جدول ۵. تأثیر شوری و نسبت Ca/Mg آب آبیاری بر فسفر استخراج‌شده با روش‌های مختلف و در اعماق مختلف خاک گلدان
| تیمار | فسفر کل | فسفر محلول | فسفر قابل دسترس | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| عمق (cm) 0-5 |
عمق (cm) 5-25 |
عمق (cm) 0-5 |
عمق (cm) 5-25 |
عمق (cm) 0-5 |
عمق (cm) 5-25 |
عمق (cm) 25-50 |
عمق (cm) 50-75 |
|
| S1 | 108.6a | 91.9a | 4.6a | 0.8a | 36.4a | 5.7a | 4.3a | 4.1a |
| S2 | 114.0a | 89.6a | 4.1a | 0.7a | 36.9a | 5.7a | 5.4a | 5.5a |
| S3 | 101.7a | 87.9a | 4.3a | 0.7a | 37.0a | 6.3a | 5.5a | 4.6a |
| S4 | 113.0a | 71.8a | 2.9a | 0.5a | 32.4a | 5.4a | 4.4a | 4.5a |
| M1 | 112.7a | 84.9a | 1.9b | 1.1a | 27.1c | 4.2b | 4.2a | 5.7a |
| M2 | 103.2a | 80.6a | 2.2b | 0.6b | 33.8b | 7.6a | 5.7a | 4.7ab |
| M3 | 112.9a | 90.4a | 7.8a | 0.4b | 46.2a | 5.6ab | 4.7a | 4.2b |
| S1M1 | 124.1a | 85.4abc | 1.9c | 1.2ab | 30.2def | 4.1ab | 3.6a | 3.0a |
| S1M2 | 104.9a | 100.9a | 3.0bc | 0.7abcd | 36.2bcde | 7.5ab | 4.8a | 5.7a |
| S1M3 | 96.9a | 89.3abc | 8.8a | 0.6abcd | 42.7abcd | 5.4ab | 4.3a | 3.7a |
| S2M1 | 119.0a | 85.4abc | 2.1c | 1.0abc | 27.7ef | 4.7ab | 4.5a | 4.5a |
| S2M2 | 96.5a | 84.1abc | 1.6c | 0.6abcd | 34.1cde | 7.1ab | 6.4a | 6.9a |
| S2M3 | 126.6a | 99.1ab | 8.4a | 0.4cd | 48.9a | 5.2ab | 5.2a | 4.9a |
| S3M1 | 106.8a | 102.4a | 2.3c | 1.2a | 30.1def | 4.8ab | 5.3a | 4.2a |
| S3M2 | 89.5a | 73.7abc | 2.0c | 0.5cd | 33.9cde | 7.1ab | 5.6a | 4.6a |
| S3M3 | 109.0a | 87.6abc | 8.6a | 0.4cd | 47.2ab | 6.9ab | 5.6a | 5.1a |
| S4M1 | 101.1a | 66.5bc | 1.3c | 0.8abcd | 20.6f | 3.0b | 3.3a | 3.3a |
| S4M2 | 121.7a | 63.5c | 1.8c | 0.5bcd | 30.9def | 8.7ab | 6.2a | 7.5a |
| S4M3 | 119.0a | 85.4abc | 5.5b | 0.3d | 45.9abc | 4.8ab | 3.5a | 2.8a |
داده‌های حاصل از اندازه‌گیری فسفر کل (total P) در اعماق مختلف، افزایش معنی‌داری را در فسفر کل لایه سطحی نشان داد که با مقادیر فسفر قابل دسترس (available P) و محلول در آب همخوانی دارد. همان‌گونه که پیش‌بینی می‌شد، تیمارهای آزمایشی تأثیر معنی‌داری بر فسفر کل نداشتند؛ زیرا تیمارها حداکثر شکل و فرم‌های فسفر را دگرگون ساختند (جدول ۵). نهال‌های پسته (Pistacia vera) در لایه سطحی (۰ تا ۵ سانتی‌متر) فاقد ریشه‌های فعال بودند؛ بنابراین، تغییرات مشاهده‌شده در غلظت فسفر قابل دسترس و فسفر محلول در آب را می‌توان به‌طور کامل به واکنش‌های شیمیایی فسفر با خاک نسبت داد.
در تمام تیمارها، میانگین طول ریشه نهال‌های پسته تقریباً ۵۴ سانتی‌متر بود. ریشه‌های موئین (hairy roots) در بخش بالایی نوک ریشه دارای تراکم بالاتری بودند؛ بنابراین، بدیهی است که بیشترین میزان جذب عناصر غذایی، از جمله فسفر، در این ناحیه از ریشه که در عمق حدود ۵۰ سانتی‌متری قرار دارد رخ داده است. به بیان دیگر، افزایش غلظت فسفر قابل دسترس و فسفر محلول در آب در لایه سطحی، به دلیل اثر تیمارها، تأثیر معنی‌داری بر جذب فسفر توسط گیاه بر جای نگذاشت.
ضرایب همبستگی (correlation coefficients) میان فسفر استخراج‌شده با روش‌های مختلف (فسفر کل، اولسن (Olsen) و محلول در آب) و نسبت Ca:Mg عصاره اشباع خاک (soil saturation extract) در اعماق مختلف نشان داد که فسفر اولسن لایه سطحی، با نسبت Ca:Mg و فسفر محلول در آب همبستگی‌های معنی‌داری داشته است (جدول ۶).
جدول ۶ در مقالهی اصلی آمده است.
رابطه مشابهی نیز میان فسفر محلول در آب و نسبت Ca:Mg مشاهده شد. با این حال، فسفر اولسن در لایه‌های عمیق‌تر و همچنین فسفر کل، همبستگی معنی‌داری با نسبت Ca:Mg عصاره اشباع خاک نشان ندادند.
همبستگی میان فسفر اولسن و فسفر محلول در آب را می‌توان به سهم بالای فسفر محلول در آب در استخراج فسفر به روش اولسن نسبت داد. عدم وجود همبستگی میان فسفر قابل دسترس و فسفر کل می‌تواند ناشی از ویژگی‌های محلول بی‌کربنات سدیم (sodium bicarbonate) در استخراج فسفر از خاک باشد؛ بدین معنا که محلول یادشده تنها قادر به آزادسازی بخشی از فسفر جذب سطحی شده (adsorbed) بر روی کانی‌های خاک است. ارتباط منفی فسفر قابل دسترس و فسفر محلول در آب با نسبت Ca:Mg عصاره اشباع خاک بیانگر آن است که افزایش غلظت یون منیزیم، اثر مثبتی بر فراهمی فسفر برای گیاهان داشته است.
3.2. سازوکار تأثیر تیمارها بر فسفر قابل دسترس
نتایج تیمارهای آزمایشی نشان داد که تغییرات غلظت کل نمک و شوری تأثیر معنی‌داری بر غلظت فسفر قابل دسترس و محلول در آب نداشته است؛ با این وجود، کاهش نسبت Ca:Mg سبب افزایش غلظت فسفر قابل دسترس و محلول در آب گردید.
جدول ۱ نشان می‌دهد که در تیمارهای M1، M2 و M3، غلظت یون منیزیم به‌تدریج افزایش یافته است؛ بنابراین، تأثیر نسبت Ca:Mg بر فسفر قابل دسترس و فسفر محلول در آب را می‌توان به افزایش تدریجی غلظت منیزیم در آب آبیاری و در نتیجه در محلول خاک نسبت داد.
برای تبیین این فرآیند، می‌توان دو سازوکار متفاوت را در نظر گرفت. نخستین سازوکار مربوط به تغییر در توزیع گونه‌های فسفر (P species) در فاز محلول خاک در پی تغییر ترکیب یونی آب آبیاری است. با افزایش غلظت یون‌های منیزیم در محلول خاک، غلظت گونه‌های محلول فسفات منیزیم نیز افزایش یافت. از آنجا که ثابت تشکیل (formation constant; Kf) فسفات منیزیم (واکنش ۱) از Kf فسفات کلسیم (واکنش ۲) بزرگ‌تر بود، افزایش غلظت یون منیزیم، مقدار فسفر محلول در آب را افزایش داد و این امر به نوبه خود غلظت فسفر قابل دسترس را بالا برد.
شکل 2a نسبت مولی گونه‌های اصلی فسفات کلسیم و منیزیم را در محدوده pH بین ۶ تا ۹ نشان می‌دهد.
Mg2+ + H+ + PO43- ⇌ MgHPO40 log K = 15.18 (1)
Ca2+ + H+ + PO43- ⇌ CaHPO40 log K = 15.04 (2)
سازوکار احتمالی دوم، تشکیل رسوبات مختلف فسفات کلسیم و منیزیم است. محاسبه شاخص اشباع (saturation index; SI) برای انواع مختلف فسفات‌های کلسیم و منیزیم نشان داد که در محدوده مورد مطالعه از pH خاک، شاخص اشباع فسفات‌های منیزیم بسیار کوچک‌تر از فسفات کلسیم بوده است. این امر بدان معناست که افزایش غلظت یون منیزیم و تشکیل رسوب فسفات منیزیم، غلظت فسفات را در فاز محلول افزایش داده است؛ به عبارت دیگر، موجب افزایش غلظت فسفر قابل دسترس شده است. شکل 2b شاخص اشباع مهم‌ترین انواع فسفات‌های کلسیم و منیزیم را در دامنه pH بین ۶ تا ۹ نشان می‌دهد.
شکل ۲. تغییرات فسفر قابل دسترس (استخراج‌شده به روش اولسن) در عمق خاک به عنوان تابعی از شوری (a) و نسبت Ca:Mg (b) آب آبیاری
3.3. فسفر گیاه
بررسی تأثیر تیمارهای شوری بر غلظت فسفر برگ نهال‌های پسته نشان داد که شوری اثر معنی‌داری بر مقدار فسفر در برگ‌ها داشته است (جدول ۷).
جدول ۷. تأثیر شوری و نسبت کلسیم به منیزیم آب آبیاری بر درصد فسفر برگ نهال‌های پسته
| شاخص | سطوح شوری | نسبت Ca:Mg | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| S1 | S2 | S3 | S4 | M1 | M2 | M3 | |
| فسفر گیاه | 0.15ab | 0.16a | 0.15ab | 0.12b | 0.14a | 0.14a | 0.16a |
* اثر شوری بر فسفر گیاه معنی‌دار بود (P<0.05).
افزایش غلظت فسفر گیاه ناشی از افزایش شوری در تیمار S2 را می‌توان به اثر سریع شوری بر کاهش رشد اسکلتی گیاه همراه با تداوم جذب فسفر و انتقال آن به برگ گیاه نسبت داد. این فرآیند به افزایش غلظت فسفر در برگ‌ها در اثر تنش شوری انجامید.
در سطوح بالاتر شوری (تیمار S3)، هم‌زمانی توقف یا کاهش رشد رویشی (vegetative growth) و کاهش جذب فسفر، غلظت فسفر برگ را کاهش داد. همچنین کاهش رشد ریشه و کاهش فراهمی فسفر، میزان جذب فسفر را در شرایط شور تقلیل داد (Bernstein and Kafkafi, 2002; Grattan and Grieve, 1994).
داده‌های تجربی نشان داد که کاهش نسبت کلسیم به منیزیم (Ca:Mg ratio) در آب آبیاری تأثیر معنی‌داری بر غلظت فسفر گیاه (plant phosphorus concentration) نداشت (جدول 8).
همان‌طور که پیش‌تر اشاره شد، کاهش نسبت کلسیم به منیزیم منجر به افزایش فسفر قابل دسترس (available P) در لایه سطحی شد. با این حال، به دلیل عدم پویایی و تحرک فسفر در خاک، میزان فسفر قابل دسترس لایه‌های زیرین تحت تأثیر قرار نگرفت. به بیان دیگر، گیاهان فسفر مورد نیاز خود را از اعماق پایین‌تر گلدان، جایی که تراکم ریشه فعال (active root) بیشتر بود (عمق 50 تا 70 سانتی‌متری خاک) جذب کردند؛ در حالی که در این عمق، تیمارهای آزمایشی تأثیری بر فسفر قابل دسترس نداشتند.
جدول 8. ضرایب همبستگی (correlation coefficients) بین فسفر گیاه (%) و میانگین وزن خشک (mean dry weight) هر گلدان (g) با فسفر اندازه‌گیری‌شده (mg kg-1) به روش اولسن، محلول در آب و فسفر کل در لایه‌های مختلف خاک
| روش | فسفر کل (Total P) | فسفر محلول (Dissolved P) | فسفر قابل دسترس (Available P - Olsen P) | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| عمق (سانتی‌متر) | 0-5 | 5-25 | 0-5 | 5-25 | میانگین | 0-5 | 5-25 | 25-50 | 50-75 | |
| تمامی تیمارها | فسفر برگ | -0.09 | 0.34 | 0.25 | -0.12 | 0.16 | 0.36 | -0.19 | -0.08 | -0.28 |
| میانگین وزن برگ | 0.09 | -0.12 | -0.02 | 0.49 | -0.29 | -0.30 | 0.00 | -0.28 | -0.13 | |
| تیمارهای S1 و S2 | فسفر برگ | -0.19 | 0.37 | 0.35 | -0.22 | 0.35 | 0.48 | -0.09 | 0.13 | -0.09 |
| میانگین وزن برگ | -0.35 | -0.52 | 0.63 | 0.10 | 0.63 | -0.54 | -0.05 | -0.41 | -0.16 | |
4. نتیجه‌گیری
نتایج این پژوهش نشان داد که شوری (salinity) آب آبیاری تأثیر معنی‌داری بر Po، Pw و Pt نداشت. کاهش نسبت کلسیم به منیزیم باعث افزایش Po و Pw در سطح خاک شد، اما تأثیر معنی‌داری بر Pt نگذاشت. با افزایش شوری از S1 به S2، جذب فسفر (P uptake) توسط گیاه افزایش یافت و در سطوح بالاتر شوری، جذب فسفر کاهش پیدا کرد؛ با این حال، کاهش نسبت Ca:Mg تأثیر معنی‌داری بر میزان فسفر گیاه نداشت.
سپاسگزاری
نویسندگان مراتب قدردانی خود را از مرکز ملی تحقیقات شوری ایران (National Salinity Center of Iran) و مؤسسه تحقیقات خاک و آب (Soil and Water Research Institute) برای حمایت‌های آن‌ها ابراز می‌دارند.
دیدگاه‌ها