تأثیر کاربرد کودهای دامی، بیوچار آن‌ها و قارچ‌های مایکوریز آربوسکولار بر غلظت شکل‌های شیمیایی پتاسیم در یک خاک آهکی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی داراب، دانشگاه شیراز

چکیده

سابقه و هدف: امروزه به‌دلیل مزایای بی‌شمار کودهای آلی و شیمیایی، استفاده از آنها در کشاورزی ارگانیک در حال افزایش می‌باشد. اخیراً، تبدیل کودهای آلی به بیوچار نیز به عنوان یک کود آلی جایگزین و پایدار، مورد توجه بسیاری از پژوهشگران قرار گرفته است. پتاسیم یک عنصر ضرروی برای تولید محصول است. کاربرد مواد آلی مختلف در خاک ممکن است بر مقدار شکل‌های مختلف پتاسیم در خاک موثر باشد. هدف از پژوهش حاضر بررسی اثر کاربرد قارچ‌های مایکوریز آربوسکولار، کودهای حیوانی (گوسفندی و مرغی) و بیوچار حاصل از آن‌ها بر غلظت شکل‌های شیمیایی پتاسیم و ارتباط این شکل‌ها با غلظت پتاسیم گیاه ذرت در یک خاک آهکی بود.
مواد و روش‌ها: آزمایشی فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار در شرایط گلخانه انجام گرفت. تیمارها شامل پنج سطح کود آلی (بدون کاربرد کود آلی، کود گوسفندی، کود مرغی، بیوچار کود گوسفندی و بیوچار کود مرغی هر کدام 2 درصد وزنی) و تلقیح قارچی در سه سطح (بدون تلقیح، تلقیح با قارچ گلوموس‌ورسیفرم و تلقیح با قارچ فونلیفورمیس-موسه) بود. بیوچارها در دمای 500 درجه‌سلسیوس و به مدت 4 ساعت در شرایط اکسیژن محدود تهیه شدند. مقداری مناسب از لایه سطحی (عمق 0-20 سانتیمتر) یک خاک آهکی برداشته و پس از عبور از الک 2 میلی‌متری، طبق طرح آزمایشی توسط کودهای آلی و قارچ‌های مایکوریز تیمار شدند. پس از آن کشت گیاه به تعداد 5 بذر ذرت (سینگل‌گراس 704) در عمق حدود 2 سانتی‌متری در گلدان‌های پلاستیکی انجام‌شد. در طول دوره رشد گیاه، رطوبت خاک با استفاده از آب‌مقطر در حدود 80 درصد ظرفیت مزرعه نگهداری شد. پس از 10 هفته، اندام هوایی گیاهان برداشت شده و ریشه‌ها از خاک جدا شدند. پس از هواخشک شدن خاک گلدان‌ها و عبور از الک دو میلی‌متری، غلظت شکل‌های شیمیایی پتاسیم (محلول، تبادلی و غیرتبادلی) اندازه‌گیری شد. همچنین جذب پتاسیم اندام‌هوایی نیز از حاصلضرب غلظت پتاسیم اندام هوایی در وزن خشک اندام‌هوایی محاسبه شد.
یافته‌ها: : نتایج نشان داد که کودهای حیوانی و بیوچار آن‌ها سبب افزایش مقدار پتاسیم محلول، تبادلی و غیرتبادلی در خاک گردیدند (به‌ترتیب از 8 تا 65، 43 تا 128 و 29 تا 72 میلی‌گرم بر کیلوگرم افزایش نسبت به شاهد). به‌طورکلی افزایش مقدار شکل‌های پتاسیم با کاربرد کود گوسفندی و بیوچار آن بیشتر از کود مرغی و بیوچار آن بود. تبدیل کودهای آلی به بیوچار، سبب کاهش مقدار پتاسیم محلول و افزایش مقدار پتاسیم تبادلی و غیرتبادلی گردید. قارچ فونلیفورمیسموسه سبب کاهش پتاسیم محلول و افزایش پتاسیم غیرتبادلی و قارچ گلوموس‌ورسیفرم سبب کاهش پتاسیم محلول و افزایش پتاسیم تبادلی گردید. مقدار پتاسیم عصاره‌گیری شده توسط اسید نیتریک (مجموع شکل‌های پتاسیم) در خاک تیمار شده با کودهای آلی نسبت به بیوچار آن‌ها کمتر بود. کاربرد بیوچار کود مرغی سبب افزایش تأثیر هر دو نوع قارچ بر مقدار پتاسیم خاک گردید؛ درحالی‌که کاربرد بیوچار کود گوسفندی سبب کاهش تأثیر قارچ‌ها بر هر سه شکل پتاسیم شد. مواد آلی و کودهای زیستی سبب افزایش معنی‌دار مقدار پتاسیم جذب‌شده گردیدند (به‌ترتیب 16 تا 217 و 14 تا 36 میلی‌گرم در گلدان افزایش نسبت به شاهد). غلظت پتاسیم در بخش‌های هوایی گیاه ارتباط مثبت و معنی‌داری با همه‌ی شکل‌های پتاسیم خاک داشت.
نتیجه‌گیری: کودهای آلی کاربردی (گوسفندی و مرغی) در افزایش شکل محلول پتاسیم نسبت به بیوچار آن‌ها تاثیر بیشتری داشتند درحالی‌که بیوچار آن‌ها مقدار شکل‌های تبادلی و غیر تبادلی پتاسیم را نسبت به ماده اولیه بیشتر افزایش دادند. همچنین کاربرد هر دو قارچ مایکوریز سبب کاهش شکل محلول پتاسیم شد. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که کاربرد مواد آلی و قارچ‌های مایکوریز با تاثیری که بر مقدار شکل‌های مختلف پتاسیم در خاک دارند، می‌توانند بر مقدار جذب این عنصر و پتانسیل آبشویی آن اثر بگذارند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of organic manures, theirs biochar and mycorrhizae fungi application on the chemical forms of potassium in a calcareous soil

نویسندگان [English]

  • hamidreza boostani
  • mahdi najafighiri
چکیده [English]

Introduction: nowadays, application of organic and biological fertilizers in organic agriculture has become widespread due to their considerable benefits. Recently, the conversion of organic manures into biochar, as an alternative and stable organic fertilizer, has been paid attention by many researchers. Potassium is an essential nutrient for crop production. Application of various organic materials to the soil may effect on the content of potassium chemical fractions. The purpose of the present study was to investigate the effect of mycorrhizae fungi, animal fertilizers (sheep and chicken), and their biochar on the concentration of potassium chemical forms and the relationship between these forms with potassium content of maize plant in a calcareous soil.
Material and methods: A factorial experiment as completely randomized design with three replication was done under greenhouse conditions. Treatments included five levels of organic fertilizer (without addition, sheep manure, poultry manure, sheep manure biochar, poultry manure biochar, each at 2 % w/w) and fungal inoculation in three levels (without inoculation, inoculation with Funneliformis mosseae and Glomus versiforme). Biochars were prepared under limited oxygen conditions at 500 0C for 4 hours. Appropriate amount of surface layer of a calcareous soil was collected and after passing through 2 mm sieve, were treated by organic fertilizers and arbuscular mycorrhizae fungous according to the experimental design. Then, 5 corn seeds (Zea mays L. 704) were planted at 2 cm depth in plastic pots. During plant growth, the soil moisture was maintained about 80 % field capacity level by distilled water. After 10 weeks, shoots were harvested and roots were separated from soils. After air drying and passing soil samples through 2 mm sieve, the concentration of potassium chemical forms (soluble, exchangeable and non-exchangeable) were measured. Also, the potassium uptake by shoots was also calculated by multiplying the potassium shoot concentration in dry matter yields.
Results: Results indicated that organic manures and their biochars increased the contents of soluble, exchangeable and non-exchangeable K (8-65, 43-128 and 29-72 mg kg-1, respectively as compared to control). Generally, sheep manure and its biochar increased all K forms more than poultry manure and its biochar. Conversion of manures to biochar decreased soluble K and increased exchangeable and non-exchangeable K. Application of Funneliformis mosseae decreased soluble K and increased non-exchangeable K; while application of glomus versiforme decreased soluble K and increased exchangeable K. The amount of K extracted by HNO3 (sum of K forms) in treated soils with organic manures was lower than treated soil with biochars. Application of poultry manure biochar led to an increase in the effect of mycorrhiza species on the K content in soil while, application of sheep manure biochar caused a decrease in the effect of these fungous on three chemical forms of K. Organic materials and biofertilizers application significantly increased K uptake (16-217 and 14-36 mg pot-1, respectively as compared to control). Potassium concentration in shoot of maize plant had significant and positive relationships with all forms of K in soil.
Conclusion: applied organic manures (sheep and poultry) in increasing the soluble form of K were more effective than their biochars while, biochars increased the content of exchangeable and non-exchangeable forms of K more than raw materials. Also, application of each mycorrhizae species caused a decrease in soluble form of K. Generally, it can be concluded that organic materials and mycorrhizae fungi application may affect the K uptake or its leaching potential due to their effects on different forms of soil K.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Funneliformis mosseae
  • Glomus versiforme
  • Sheep manure biochar
  • Soluble K
  • Exchangable K
1.Arocena, J., and Glowa, K. 2000. Mineral weathering in ectomycorrhizosphere of subalpine
fir (Abies lasiocarpa (Hook.) Nutt.) as revealed by soil solution composition. For. Ecol.
Manag. 133: 1. 61-70.
2.Bar-Tal, A., Yermiyahu, U., Beraud, J., Keinan, M., Rosenberg, R., Zohar, D., Rosen, V., and
Fine, P. 2004. Nitrogen, phosphorus and potassium uptake by wheat and their distribution in
soil following successive, annual compost applications. J. Environ. Qual. 33: 5. 1855-1865.
3.Basak, B., and Biswas, D. 2009. Influence of potassium solubilizing microorganism (Bacillus
mucilaginosus) and waste mica on potassium uptake dynamics by sudan grass (Sorghum
vulgare Pers.) grown under two Alfisols. Plant and Soil. 317: 1-2. 235-255.
4.Bashour, I.I., and Sayegh, A.H. 2007. Methods of analysis for soils of arid and semi-arid
regions. FAO.
5.Blum, J.D., Klaue, A., Nezat, C.A., Driscoll, C.T., Johnson, C.E., Siccama, T.G., Eagar, C.,
Fahey, T.J., and Likens, G.E. 2002. Mycorrhizal weathering of apatite as an important
calcium source in base-poor forest ecosystems. Nature. 417: 6890. 729-731.
6.Bolan, N. 1991. A critical review on the role of mycorrhizal fungi in the uptake of phosphorus
by plants. Plant and soil. 134: 2. 189-207.
7.Burgess, T., Malajczuk, N., and Grove, T. 1993. The ability of 16 ectomycorrhizal fungi to
increase growth and phosphorus uptake of Eucalyptus globulus Labill. and E. diversicolor
F. Muell. Plant and Soil. 153: 2. 155-164.
8.Gaskin, J.W., Steiner, C., Harris, K., Das, K.C., and Bibens, B. 2008. Effect of
lowtemperature pyrolysis conditions on biochar for agricultural use. Transactions of the
ASABE, 51: 2061-2069.
9.Gryndler, M., Larsen, J., Hršelová, H., Řezáčová, V., Gryndlerová, H., and Kubát, J. 2006.
Organic and mineral fertilization, respectively, increase and decrease the development of
external mycelium of arbuscular mycorrhizal fungi in a long-term field experiment.
Mycorrhiza. 16: 3. 159-166.
10.Hansen, V., Müller-Stöver, D., Imparato, V., Krogh, P.H., Jensen, L.S., Dolmer, A., and
Hauggaard-Nielsen, H. 2017. The effects of straw or straw-derived gasification biochar
applications on soil quality and crop productivity: A farm case study. J. Environ. Manage.
186: 88-95.
11.Havlin, J., Beaton, J., Tisdale, S., and Nelson, W. 1999. Soil Fertility and Fertilizers.
Pretince Hall, New Jersey.
12.He, L.L., ZhongH, Z.K., and Yang, H.M. 2017. Effects on soil quality of biochar and straw
amendment in conjunction with chemical fertilizers. J. Integ. Agric. 16: 3. 704-712.
13.Jalali, M. 2011. Comparison of potassium release of organic residues in five calcareous soils
of western Iran in laboratory incubation test. Arid Land Res. Manage. 25: 2. 101-115.
14.Kumar, S., Bauddh, K., Barman, S.C., and Singh, R.P. 2014. Amendments of microbial
biofertilizers and organic substances reduces requirement of urea and DAP with enhanced
nutrient availability and productivity of wheat (Triticum aestivum L.). Ecol. Eng. 71: 432-437.
15.Landeweert, R., Hoffland, E., Finlay, R.D., Kuyper, T.W., and van Breemen, N. 2001.
Linking plants to rocks: ectomycorrhizal fungi mobilize nutrients from minerals. Trends
Ecol. Evol. 16: 5. 248-254.
16.Lapeyrie, F., Chilvers, G., and Bhem, C. 1987. Oxalic acid synthesis by the mycorrhizal
fungus Paxillus involutus (Batsch. ex Fr.) Fr. New Phytol. 106: 1. 139-146.
17.Li, L., Quinlivan, P.A., and Knappe, D.R. 2002. Effects of activated carbon surface
chemistry and pore structure on the adsorption of organic contaminants from aqueous
solution. Carbon, 40: 12. 2085-2100.
18.Major, J., Rondon, M., Molina, D., Riha, S.J., and Lehmann, J. 2010. Maize yield and
nutrition during 4 years after biochar application to a Colombian savanna oxisol. Plant and
Soil. 333: 1-2. 117-128.
19.Meek, B., Graham, L., and Donovan, T. 1982. Long-term effects of manure on soil nitrogen,
phosphorus, potassium, sodium, organic matter and water infiltration rate. Soil Sci. Soc. Am.
J. 46: 5. 1014-1019.
20.Najafi-Ghiri, M. 2017. Potassium status in wheat-cultivated soils and its relationship with
grain K in Darab region, southeastern Fars province. Soil Res. 77: 163-171. (In Persian)
21.Najafi-Ghiri, M. 2015. Effect of different biochars application on some soil properties and
potassium pools distribution in a calcareous soil. Soil Res. 29: 3. 351-358. (In Persian)
22.Najafi-Ghiri, M., and Owliaie, H.R. 2014. Effect of vermicompost and zeolite applications
on potassium transformation in calcareous soils of Fars province. Water Soil Sci. 69: 61-72.
(In Persian)
23.Najafi-Ghiri, M., Abtahi, A., Owliaie, H., Hashemi, S.S., and Koohkan, H. 2011. Factors
affecting potassium pools distribution in calcareous soils of southern Iran. Arid Land Res.
Manag. 25: 4. 313-327.
24.Najafi-Ghiri, M., Nowzari, S., Niksirat, S.H., and Soleimanpoor, L. 2017. Effects of different
plant residues and manures on potassium pools distribution of two clayey soils under
different moisture conditions. Water Soil Sci. (Accepted) (In Persian)
25.Nelson, D., and Sommers, L. 1982. Total carbon, organic carbon, and organic matter.
In: A. Page (Ed.), Methods of soil analysis, Part 2. Madison (WI), American Society of
Agronomy, Pp: 539-579.
26.Rowell, D. 1994. Soil science: methods and applications. Longman Scientific and Technical,
Harlow, Essex (UK).
27.Sadaf, J., Shah, G.A., Shahzad, K., Ali, N., Shahid, M., Ali, S., Hussain, R.A., Ahmed, Z.I.,
Traore, B., Ismail, I.M.I., and Rashid, M.I. 2017. Improvements in wheat productivity and
soil quality can accomplish by co-application of biochars and chemical fertilizers. Sci. Total
Environ. 607: 715.
28.Salinity Laboratory Staff. 1954. Diagnosis and improvement of saline and alkali soils.
Handbook No. 60. United States Department of Agriculture (USDA), Washington (DC).
29.Smith, S., and Read, S. 1997. Mycorrhizal Symbiosis, 2nd edn Academic Press, San Diego. P.
Grogan, J. Baar & TD Bruns.
30.Soil Survey Staff. 1994. Keys to soil taxonomy. Soil Conservation Service.
31.Song, W., and Guo, M. 2012. Quality variations of poultry litter biochar generated at
different pyrolysis temperatures. J. Anal. Appl. Pyrol. 94: 138-145.
32.Sumner, M., Miller, W., Sparks, D., Page, A., Helmke, P., Loeppert, R., Soltanpour, P.,
Tabatabai, M., and Johnston, C. 1996. Cation exchange capacity and exchange coefficients.
Methods of soil analysis. Part 3-chemical methods, Pp: 1201-1229.
33.Tan, Z., Liu, L., Zhang, L. and Huang, Q., 2017. Mechanistic study of the influence of
pyrolysis conditions on potassium speciation in biochar “preparation-application” process.
Sci. Total Environ. 599: 207-216.
34.Tarkalson, D.D., Jolley, V.D., Robbins, C.W., and Terry, R.E. 1998. Mycorrhizal
colonization and nutrition of wheat and sweet corn grown in manure-treated and untreated
topsoil and subsoil. J. Plant Nutr. 21: 9. 1985-1999.
35.Toljander, J.F., Santos-González, J.C., Tehler, A., and Finlay, R.D. 2008. Community
analysis of arbuscular mycorrhizal fungi and bacteria in the maize mycorrhizosphere in a
long-term fertilization trial. FEMS Microbiol. Ecol. 65: 2. 323-338.
36.Whitbread, A.M., Blair, G.J., and Lefroy, R.D. 2000. Managing legume leys, residues and
fertilisers to enhance the sustainability of wheat cropping systems in Australia: 2. Soil
physical fertility and carbon. Soil Till. Res. 54: 1. 77-89.
37.Yilmaz, E., and Sönmez, M. 2017. The role of organic/bio–fertilizer amendment on
aggregate stability and organic carbon content in different aggregate scales. Soil Till. Res.
168: 118-124.
38.Yuan, L., Huang, J., Li, X., and Christie, P. 2004. Biological mobilization of potassium
from clay minerals by ectomycorrhizal fungi and eucalypt seedling roots. Plant and Soil.
262: 1-2. 351-361.