تغییرات مکانی شکل های مختلف فسفر در اراضی شالیزاری

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 موسسه تحقیقات بنج کشور

2 عضو هیات علمی موسسه تحقیقات خاک و آب

3 دانشجوی دکتری

4 کارشناس آزمایشگاه شیمی خاک موسسه تحقیقات برنج کشور

چکیده

چکیده:
سابقه و هدف: فسفریکی از عناصر غذایی اصلی محدود کننده تولیدات کشاورزی در خاک‌های شالیزاری بسیاری از مناطق برنج خیز جهان است. در شمال ایران نیز خاک‌های شالیزاری از کمبود مدیریت متعادل و مناسب کودهای فسفره رنج می برند. شیمی فسفر در این اراضی بدلیل تاثیر فرآیند‌های شیمیایی و بیولوژیکی مؤثر بر قابلیت دسترسی آن (از طریق تاثیر بر شکل‌های گوناگون فسفر) پیچیده می باشد. بنابراین شکل-های گوناگون فسفر نقشی بسیار حیاتی درظرفیت تأمین فسفر قابل دسترس خاک به ویژه در خاک‌های شالیزاری بازی می کند. در نتیجه برای درک و آگاهی ازغلظت فسفر ‌قابل‌استفاده در خاک داشتن اطلاعات دقیق از پراکنش مکانی شکل‌های مختلف آن و عامل‌های مؤثر در آن در بهینه‌سازی مدیریت فسفر، قابلیت تحرک و جابجایی آن ضروری است. هدف این پژوهش بررسی تغییرات مکانی فسفر قابل دسترس ، آلی وشکل‌های گوناگون فسفر معدنی، و نیز خصوصیات فیزیکی و شیمیایی مهم و مؤثر بر آنها در مقیاس ناحیه‌ای یا مزرعه ایی برای دست یابی به امکان مدیریت بهتر کودی می باشد.

مواد و روشها: این پژوهش در شالیزارهای شهرستان صومعه‌سرا در استان گیلان به اجرا در آمد. نمونه های خاک سطحی (صفر تا 30 سانتیمتری) برپایه پراگندگی جغرافیایی یکنواخت (شبکه 2×2 کیلومتر) از 103 مزرعه برنج تهیه و ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی نمونه‌های خاک مانند بافت ، اسیدیته گل اشباع، کربن آلی، کربنات کلسیم معادل وگنجایش تبادل کاتیونی، فسفر قابل دسترس و فسفر آلی آنها تعیین گردید. همچنین جداسازی و تعیین شکلهای گوناگون شیمیایی فسفر معدنی(فسفر محلول، فسفر پیوند یافته با آهن و آلومینیم، فسفر پیوند یافته با کلسیم) با روش عصاره گیری متوالی فسفر اندازهگیری شدند. آماره‌های توصیفی با استفاده از نرم‌افزار (نسخه 16) SPSS و محاسبات آمار-مکانی با نرم‌افزار GS+ (نسخه 1/5 ) و پهنه‌بندی با نرم‌افزار Arc GIS (نسخه 9.1) صورت پذیرفت.
یافته ها: فسفر پیوند یافته با آلومینیوم و آهن (به ترتیب 194و 132) دارای بیشتربن و pH خاک (10.6) دارای کمترین ضریب تغییرات (CV) است. کلاس همبستگی (نسبت واریانس قطعه‌ای به آستانه) در داده‌های مطالعه شده نشان از وابستگی مکانی متوسط تا قوی است. همچنین مقدار کم تا متوسط واریانس قطعه ای (0.04 تا 3.2) در نوسان بوده و حاکی از فواصل شبکه نمونه برداری مناسب برای ویژگیهای خاک و شکلهای فسفر می باشد. تحلیل نیم تغییرنما‌ها نشان می‌دهد که دامنه تأثیر متغیرها از 2700 متر تا 6000 متر در نوسان می‌باشند. بر پایه همبستگی مکانی و خطی بیشترین غلظت فسفرقابل‌دسترس منطبق با فسفر پیوندیافته با آهن (Fe-P) (0.94) و فسفر پیوندیافته با آلومینیوم (Al-P) (0.84) و کربن آلی (0.4) بود.
نتیجه‌گیری: با توجه به مشخص شدن ارتباط قوی بین فسفر قابل‌استفاده و شکل‌های فسفر پیوند یافته آهن و آلومینیم از یکسو و ارتباط آن با ویژگی پایه کربن‌آلی، تعیین محدوده همبستگی مکانی این ویژگی‌ها می‌تواند در بهبود مدیریت مصرف فسفر در اراضی شالیزاری مؤثر واقع شود. ابقای بقایای گیاهی از طریق اجرای عملیات شخم کم‌عمق در دو هفته بعد از برداشت برنج می‌تواند ضمن مخلوط کردن بقایای گیاهی با تقویت شرایط اکسیدی و تجزیه گیاه، موازنه فسفر را در خاک مثبت و از مصرف زیاد کود فسفر جلوگیری کند. با توجه به مصرف کم و یا عدم مصرف کودفسفاته در ناحیه مطالعه شده به نظر می رسد عملیات مدیریتی غرقاب کردن خاک های شالیزاری با ایجاد شرایط احیا، تغییر واکنش خاک و پایداری کانی‌های فسفاته بر وضعیت فسفرقابل‌دسترس مؤثر خواهند بود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Spatial variability of phosphorus fractions in paddy fields

نویسنده [English]

  • Shahram Mahmoud Soltani 2

چکیده [English]

Background and Objectives: Phosphorus (P) has been one of the major nutrients limiting agricultural production in many rice growing regions of the world, and certainly this is the case in north of Iran, where soils deficient in proper and balanced P management in the cultivated paddy fields. Phosphorus (P) chemistry in paddy soils is complicated due to various chemical and biological processes involve in its availability through various P fraction pools. Therefore, P fractions play a crucial role on soil available P supplying capacity especially in paddy fields. Proper and effective managerial practices of P and assessment of their effects on rice production requires an understanding of their variability in concentration across the fields. The spatial variability of soil properties and P content is the outcome of the interaction of several soil characters and processes and in agricultural fields involves also effects of management practices. Thus, the objective of this study was to conduct a large-scale analysis of the spatial variability of available and organic P, and also inorganic P fractions, and the important physical and chemical soil characters on P factions’ distribution for better fertilizers managerial practices.

Materials and Methods: This experiment was conducted at Some-e-Sara city in Guilan province. Soil samples were collected from 103 paddy fields with uniform geographical distribution in grids of 2x2 km. Soil samples were analyzed to determine available P, organic P, their effective physical and chemical properties (Texture, pH, CEC, T.N.V, Clay and O.C), and also sequentially extracted to determine inorganic P fractions(soluble P, Al-P, Fe-P and Ca-P). Descriptive and spatial variability analysis, and mapping was done by using SPSS (ver. 16), GS+ (ver. 5.1) and Arc GIS (Ver. 9.1), respectively.

Results: The highest coefficients of variation belonged to available P and its controlling P fractions, Al and Fe bounded P, about 132 and 194, respectively, whereas, pH showed the lowest CV, 10.6. The nugget to sill ratio ranged from 12 to 60% for almost all the studied data sets, showing moderate to strong pattern of spatial dependence. The small to moderate nugget effects also indicate that the sampling grid used was proper to reflect the spatial dependence of the studied soil properties and P fractions. Analysis of semivariogram corresponding to experimental data sets showed that the values for the range of spatial dependence of the semivariogram models varied from 2700 to 6000 m. Based on the results obtained from linear correlation analyses and spatial distribution maps, available P strongly correlated with both Al and Fe-P fractions and OC, about 0.84, 0.94 and 0.40, respectively.

Conclusions: Based on the results obtained from linear correlation analyses and spatial distribution maps, available P strongly correlated with both Al and Fe-P fractions and OC. Therefore, we concluded that determination of spatial correlation’s area of these soil chemical properties can effectively improve P fertilizers management in paddy fields. In this case, incorporation of remained rice straw with soil through shallow ploughing two weeks after grain harvesting enhance the oxidative condition of soil and consequent better straw decomposition increase the soil available P balance. These two mechanisms considerably decrease application of P fertilizers. Moreover, due to lack of, and/ or, insufficient P application in studied area, continuous flooding influence on available P condition by altering soil oxidative status to reduced, naturalizing the pH, and increasing P minerals stability.

کلیدواژه‌ها [English]

  • paddy soils
  • Spatial variability
  • Phosphorus fractions
1.Abd El-Galil, A., and Adly, A.M.O. 2005. Spatial variability of phosphorus fractions in
surfacial sediments along the river Nile, Egypt. Environmental inmact assessment. Ass.
Univ. Bull. Environ. Res. 8: 2. 41-57.
2.Agbenin, J.O., and Igbokwe, S.O. 2006. Effect of soil–dung manure incubation on the
solubility and retention of applied phosphate by a weathered tropical semi-arid soil.
Geoderma. 133: 3. 191-203.
3.Balasundram, S.K., Husni, M.H.A., and Ahmad, O.H. 2008. Application of geostatistic tools
to qualify spatial variability of selected soil chemical properties from a cultivated tropical
peat. J. Agron. 7: 1. 82-87.
4.Brady, N.C., and Weil, R.R. 2008. Nature and properties of soils. 14th ed. Prentice hall, Upper
saddle Riever, NJ. USA, 992p.
5.Cahn, M., Hummel, J., and Brouer, B. 1994. Spatial analysis of soil fertility for site-specific
crop management. Soil Sci. Soc. Am. J. 58: 4. 1240-1248.
6.Chen, M., and Ma, L.Q. 2001. Taxonomic and geographic distribution of total phosphorus in
Florida surface soils. Soil Sci. Soc. Am. J. 65: 5. 1539-1547.
7.Darilek, J., Huang, B., De-Cheng, L., Zhi-Gang, W., Yong-Cun, Z., Wei-Xia, S., and
Xue-Zheng, S. 2010. Effect of land use conversion from rice paddies to vegetable fields on
soil phosphorus fractions. Pedosphere. 20: 2. 137-145.
8.Davatgar, N., Kavoos, M., Alinia, M.H., and Peykan, M. 2004. Evaluation of the effect of
potassium and soil physical and chemical properties in paddy fields of Guilan province.
Journal of Science and Technology of Agriculture and Natural Resources. University of
Technology. Esfahan University of Technology. Number 4.
9.Doberman, A., and Fairhust, T. 2000. Rice nutrient disorders and nutrient management.
Potash and phosphate institute of Canada and international rice research institute. Oxford
Geographic Printers Pte Ltd. Canada, Philippines, 192p.
10.Guo, F., Yost, R.S., and Jones, R.C. 1996. Evaluating iron-impregnated paper strips for
assessing available soil phosphorus. Commun. Soil Sci. Plant Anal. 27: 11-12. 2561-2590.
11.Halbfaß, S., and Grunewald, K. 2003. Spatial variability of phosphorus contents in top-soils
of two small catchments under agricultural use. J. Plant Nutr. Soil Sci. 166: 2. 197-203.
12.Hasani Pak, A.A. 2007. Geostatistics. Tehran University Press. Tehran. Iran.
13.Hailin, Z., and Kovar, J.L. 2000. Phosphorus fractionation. P 50-59, In: Methods of
P Analysis. (ed.). North Carolina University, Raleigh, USA.
14.Heilmann, E., Leinweber, P., Ollesch, G., and Meißner, R. 2005. Spatial variability of
sequentially extracted P fractions in a silty loam. J. Plant Nutr. Soil Sci. 168: 3. 307-315.
15.Kuo, S. 1996. Phosphorus. P 869-919, In: D.L. Sparks (Ed.), Methods of Soil Analysis:
Part 3: Chemical Methods. SSSA, Madison, WI.
16.Klute, A. 1985. Methods of soil analysis .Part I and II .Agronomy. Mad. Wis. USA, 1188p.
17.Kolawole, G.O., and Tian, G. 2007. Phosphorus fractionation and crop performance on an
Alfisol amended with phosphorus rock combined with and without plant residues. Afr. J.
Biotech. 6: 16. 1972-1978.
18.Madani, H. 1990. Geostatistics. Foolad Industry Publication center. Iran, 660p.
19.Mahmoud Soltani, S., Davatgar, N., Kavoosi, M., and Darighgoftar, F. 2011. Phosphorous
fractionation of paddy fields and their relations with physical and chemical properties of
soils (Case study: Some-e-Sara city, Guilan province). J. Water Soil Cons. 18: 2. 159-176.
20.Mahmoud Soltani, S., and Samadi, A. 2003. Phosphorus fractionation of some calcareous
soils in Fars province and their relationships with some soil properties. Agr. Sci. Nat. Res. J.
3: 7. 119-128.
21.Malakooti, M.J., and Kavoosi, M. 2004. Balance nutrition of rice. SANA publication press.
Iran, 611p.
22.Miller, M.P., Singer, M.J., and Nielsen, D.R. 1988. Spatial variability of wheat yield and soil
properties on complex hills. Soil Sci. Soc. Am. J. 52: 4. 1133-1141.
23.Mohamadi, J. 2006. Pedometeri. Pelk Publication Company. Iran, 454p.
24.Murphy, J., and Riley, J.P. 1962. A modified single solution method for the determination of
phosphate in natural waters. Analytica chimica. Acta. 27: 31-36.
25.Needelman, B.A., Gburek, W.J., Sharpley, A.N., and Petersen, G.W. 2001. Environmental
Management of Soil Phosphorus. Soil Sci. Soc. Am. J. 65: 5. 1516-1522.
26.Najafi, N., and Towfighi, H. 2006. Effects of rhizosphere of rice on the inorganic phosphorus
fractions in paddy soils of north of Iran: 1- Native phosphorus fractions. Iran. J. Agric. Sci.
37: 5. 919-933.
27.Najafi, N., and Towfighi, H. 2011. Effects of soil moisture regimes and phosphorus fertilizer
on available and inorganic P fractions in some paddy soils, north of Iran. Iran. J. Water Soil
Res. 42: 2. 257-269.
28.Negassa, W., and Leinweber, P. 2009. How does the Hedley sequential phosphorus
fractionation reflect impacts of land use and management on soil phosphorus: A review.
J. Plant Nutr. Soil Sci. 172: 3. 305-325.
29.Lan, M.Z., Lin, X.J., Wang, F., Zhang, H., and Chen, C.R. 2012. Phosphorus availability
and rice grain yield in a paddy soil in response to long-term fertilization. Biol. Fertil. Soils.
48: 5. 579-588.
30.Olsen, S.R., and Sommers, J.F. 1982. Phosphorus. P 403-430, In: A.L. Page (Ed.), Methods
of soil Analysis. Agron. No. 9, part 2: Chemical and microbiological properties, 2nd edition.
Am. Soc. Agron. Madison. WI. USA.
31.Paz-Gonzalez, A., Vieira, S., and Castro, M.T.T. 2000. The effect of cultivation on the
spatial variability of selected properties of an Umbric horizon. Geoderma. 97: 3. 273-292.
32.Reddy, D.D., Rao, A.S., and Rupa, T. 2000. Effects of continuous use of cattle manure and
fertilizer phosphorus on crop yields and soil organic phosphorus in a Vertisol. Biores. Tech.
75: 2. 113-118.
33.Rodenburg, J., Stein, A., van Noordwijk, M., and Ketterings, Q.M. 2003. Spatial variability
of soil pH and phosphorus in relation to soil run-off following slash-and-burn land clearing
in Sumatra, Indonesia. Soil Till. Res. 71: 1. 1-14.
34.Saleque, M., Abedin, M., Ahmed, Z., Hasan, M., and Panaullah, G. 2001. Influences of
phosphorus deficiency on the uptake of nitrogen, potassium, calcium, magnesium, sulfur and
zinc in lowland rice varieties. J. Plant Nutr. 24: 10. 1621-1632.
35.Saleque, M., Abedin, M., Bhuiyan, N., Zaman, S., and Panaullah, G. 2004. Long-term effects
of inorganic and organic fertilizer sources on yield and nutrient accumulation of lowland
rice. Field Crops Res. 86: 1. 53-65.
36.Samavati, M., and Hossainpoor, A. 2006. Phosphorus fractionation of some soils in
Hamedan and their relationships with some soil properties. Soil Water J. 20: 2. 246-259.
37.Schloeder, C., Zimmerman, N., and Jacobs, M. 2001. Comparison of methods for
interpolating soil properties using limited data. Soil Sci. Soc. Am. J. 65: 2. 470-479.
38.Shuai, X., and Yost, R.S. 2004. State-space modeling to simplify soil phosphorus
fractionation. Soil Sci. Soc. Am. J. 68: 4. 1437-1444.
39.Sun, B., Zhou, S., and Zhao, Q. 2003. Evaluation of spatial and temporal changes of soil
quality based on geostatistical analysis in the hill region of subtropical China. Geoderma.
115: 1. 85-99.
40.Tiessen, H., Stewart, J., and Cole, C. 1984. Pathways of phosphorus transformations in soils
of differing pedogenesis. Soil Sci. Soc. Am. J. 48: 4. 853-858.
41.Timsina, J., and Connor, D. 2001. Productivity and management of rice–wheat cropping
systems: issues and challenges. Field Crop Res. 69: 2. 93-132.
42.Tsegaye, T., and Hill, R.L. 1998. Intensive tillage effects on spatial variability of soil test,
plant growth and nutrient uptake measurement. Soil Sci. 163: 155-165.
43.Wang, Z., Song, K., Zhang, B., Liu, D., Li, X., Ren, C., Zhang, S., Luo, L., and Zhang, C.
2009. Spatial variability and affecting factors of soil nutrients in croplands of Northeast
China: a case study in Dehui County. Plant Soil Environ. 55: 3. 110-120.
44.Young, F., Hammer, R., and Larsen, D. 1999. Frequency distributions of soil properties on a
loess-mantled Missouri watershed. Soil Sci. Soc. Am. J. 63: 1. 178-185.