تأثیر کشاورزی حفاظتی بر برخی خصوصیات خاک در اراضی دیم شهرستان آق‌قلا، استان گلستان

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 گروه زراعت، دانشکده علوم زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

2 گروه زراعت، دانشکده علوم زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ایران

3 استادیار و پژوهشگر بین‌المللی خاک و آب و کشاورزی حفاظتی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، ایران

4 دانش‌آموخته‌ی‌ دکتری، گروه علوم خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، ایران

چکیده

چکیده
سابقه و هدف: هدف اصلی در تحقیقات خاک، بازنگری در بوم‌سازگان کشاورزی به‌منظور دستیابی به‌روش‌های پایدار تولید و سودآوری است که ضمن حفاظت از خاک به‌عنوان یک منبع تجدید ناپذیر تأمین معیشت خانوارها و حفاظت از منابع طبیعی را به ‌بهترین شکل در دستور کار قرار دهد. نوع سامانه کشت تغییرات بی‌شماری را در خصوصیات خاک (ویژگی‌ها‌ی فیزیکی، شیمیایی و بیولوژی خاک) ایجاد می‌کند. مناطق دیم مستعد تخریب زمین بوده و با دوره‌های خشک و مسئله کمبود آب مواجه هستند. بنابراین، انتخاب روش‌های خاک‌ورزی مناسب و مدیریت صحیح منابع موجود، اقدامات مهمی برای توانمندسازی کشاورزی مطابق با اصول کشاورزی پایدار تلقی می‌شود. به دلیل حداقل دست‌کاری خاک و حفظ بقایای محصول در کشاورزی حفاظتی، خاک به‌عنوان محیط رشد و توسعه محصول می‌تواند به لحاظ خصوصیات فیزیکی و شیمیایی شرایط متفاوتی را در کشاورزی حفاظتی و مرسوم داشته باشد. کشاورزی حفاظتی مجموعه‌ای از روش‌های مدیریتی است که می‌تواند جذب کربن در خاک را افزایش دهد و شرایط خاک را برای افزایش رشد محصول بهبود بخشد. بر این اساس هدف از انجام پژوهش حاضر بررسی تأثیر کشاورزی حفاظتی بر برخی خصوصیات خاک در اراضی دیم است.
مواد و روش‌ها: پژوهش حاضر در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار در دو منطقه در استان گلستان، شهرستان آق‌قلا واقع در شمال استان با عرض جغرافیایی 37 درجه و صفر دقیقه شمالی و طول جغرافیایی 54 درجه و 27 دقیقه شرقی در تاریخ 8/8/1401 شروع و در تاریخ 9/8/1402 خاتمه یافت. ویژگی منطقه یک (حومه) و منطقه دو (بخش هفت) به ترتیب متوسط بارندگی درازمدت 350-250 و 210-130 میلی‌متر، متوسط تبخیر سالیانه 1800 و 2400 میلی‌متر، متوسط حداقل وحداکثر درجه حرارت درازمدت 5- تا 39 و 12- تا 49 سانتی‌گراد، ارتفاع از سطح دریا 16- و 6- متر، دامنه بافت خاک سیلت رس لوم تا سیلت لوم و رس لوم یا سیلت رس لوم، مساحت کل اراضی مورد مطالعه 70 و 80 هکتار، کشت غالب منطقه یک گیاه گندم و کشت غالب در منطقه دو گیاه جو است. تیمارهای آزمایشی شامل خاک‌ورزی مرسوم در منطقه یک (CT1)، سال اول بی‌خاک‌ورزی + حفظ بقایا + بدون تناوب در منطقه یک (NT11)، سال دوم بی‌خاک‌ورزی + حفظ بقایا + بدون تناوب در منطقه یک (NT12)، سال دوم بی‌خاک‌ورزی + حفظ بقایا + رعایت تناوب در منطقه یک (NT12R)، سال سوم بی‌خاک‌ورزی + حفظ بقایا+ رعایت تناوب در منطقه یک (NT13R)، خاک‌ورزی مرسوم در منطقه دو (CT2)، سال اول بی‌خاک‌ورزی + حفظ بقایا + بدون تناوب در منطقه دو (NT21) و سال دوم بی‌خاک‌ورزی + حفظ بقایا+ بدون تناوب در منطقه دو (NT22) بودند. برای بررسی تأثیر عمق نمونه‌برداری روی خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و همچنین میزان تراوش پذیری خاک، نمونه‌برداری از چهار عمق (صفر تا 5، 5 تا 10، 10 تا 20 و 20 تا 30 سانتی‌متری) خاک از مجاورت محل آزمایش استوانه مضاعف به‌منظور افزایش دقت آزمایش تراوش پذیری مزارع کشت مرسوم و کشاورزی حفاظتی انجام و هر نمونه مستقل کدگذاری و برای انجام آزمایش‌ها به آزمایشگاه منتقل شد و برخی خصوصیات شامل کربن آلی خاک، قابلیت هدایت الکتریکی خاک، جرم مخصوص ظاهری خاک و تخلخل خاک، اندازه‌گیری و محاسبه شد و رطوبت خاک، نفوذ تجمعی و سرعت نفوذ آب نیز در مزرعه اندازه‌گیری شدند. جهت اندازه‌گیری رطوبت خاک، طی دو مرحله اواخر ساقه‌دهی و اوایل دانه‌بندی گندم در منطقه یک و جو در منطقه دو به‌صورت مرکب پس از برداشت با مته نمونه‌برداری، خاک توزین و به مدت ۲۴ ساعت در دمای ۱۰۵ درجه سلسیوس در آون نگهداری و مجدداً توزین شد و درصد رطوبت وزنی خاک محاسبه شد. برای اندازه‌گیری تراوش پذیری خاک به ‌روش استوانه مضاعف در یک شعاع 10 متری در سه تکرار برای هر محل در اواخر تیر ماه سال 1402 انجام شد. از میان تکرارها، داده‌های مشکوک و یا داده‌هایی که در حین انجام آزمایش به‌ هر دلیلی با مشکل مواجه بودند؛ از نتایج نهایی حذف و یا آزمایش مجدد صورت گرفت. در پایان این مرحله مقادیر تراوش پذیری نهایی به سانتی‌متر در ساعت برای هر تکرار جداگانه ثبت شد. بعد از اتمام محاسبات آزمایشگاهی و مزرعه‌ای، داده‌های حاصله با استفاده از نرم‌افزارSAS نسخه (4/9) مورد تجزیه‌وتحلیل آماری قرار گرفتند و مقایسه میانگین‌ها به‌روش آزمون چند دامنه‌ای دانکن انجام شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که بیشترین مقدار کربن آلی خاک در عمق‌های صفر تا 5، 5 تا 10، 10 تا 20 و 20 تا 30 سانتی‌متری به ترتیب با میانگین‌های 54/1، 46/1، 42/1 و 36/1 درصد، بیشترین تخلخل خاک در عمق‌های صفر تا 5، 5 تا 10، 10 تا 20 و 20 تا 30 سانتی‌متری به ترتیب با میانگین‌های 00/61، 67/33، 59/57 و 33/54 درصد، کمترین میزان هدایت الکتریکی خاک در عمق‌های صفر تا 5، 5 تا 10، 10 تا 20 سانتی‌متر به ترتیب با میانگین‌های 25/1، 36/1 و 88/1 دسی‌زیمنس بر متر و کمترین جرم مخصوص ظاهری خاک به ترتیب با میانگین‌های 24/1، 26/1 و 28/1 گرم بر سانتی‌متر مکعب در تیمار NT13R مشاهده شد.. همچنین میزان کربن آلی تیمار خاک‌ورزی مرسوم (CT1) در عمق‌های 10 تا 20 و 20 تا 30 سانتی‌متر بیشتر از برخی تیمارهای بی‌خاک‌ورزی بود. از طرف دیگر، کمترین میزان تخلخل در تمامی عمق‌ها برای تیمار NT12R ثبت شد. با توجه به نتایج به دست آمده، تنها در پائین‌ترین عمق خاک (20 تا 30 سانتی‌متر) تیمار NT12 کمترین میزان هدایت الکتریکی را داشت؛ درحالی‌که بیشترین میزان هدایت الکتریکی در همه عمق‌ها مربوط به تیمارهای خاک‌ورزی مرسوم بود. همچنین کمترین جرم مخصوص ظاهری در عمق 20 تا 30 سانتی‌متر خاک مربوط به تیمار CT2 بود که بین این تیمار و تیمارهای NT13R، NT12 و NT12R اختلاف معنی‌داری وجود نداشت. علاوه‌براین، بیشترین میزان رطوبت خاک با میانگین‌های 49/13 و 48/17 درصد به ترتیب در عمق‌های صفر تا 10 و 10 تا 30 سانتی‌متر مربوط به تیمار NT12R بود. از طرفی رطوبت خاک در تیمارهای بی خاک‌ورزی NT12R (منطقه یک) و NT22 (منطقه دو) نسبت به تیمارهای خاک‌ورزی مرسوم مربوط به این مناطق (CT1 و CT2) در عمق صفر تا 10 سانتی‌متر خاک به‌ ترتیب افزایش 3/46 و 4/85 درصدی و در عمق 30-10 سانتی‌متر به‌ ترتیب افزایش 37 و 9/35 درصدی داشتند از طرف دیگر، بیشترین نفوذ تجمعی و سرعت نفوذ آب در خاک به ترتیب با میانگین‌های 50/20 سانتی‌متر و 83/84 میلی‌متر بر ساعت در تیمار CT1 رؤیت شد.
نتیجه‌گیری: نتایج پژوهش حاضر حاکی از آن بود که رعایت اصول سه‌گانه به‌هم‌پیوسته کشاورزی حفاظتی شامل عدم خاک‌ورزی+ حفظ بقایا+ تناوب با گذشت زمان سبب بهبود اکثر خصوصیات خاک به‌جز نفوذ تجمعی و سرعت نفوذ آب در خاک در طول مدت اجرای این پژوهش شد که با گذشت زمان و سابقه طولانی‌تر کشاورزی حفاظتی سرعت نفوذ آب در خاک نیز امکان افزایش وجود دارد. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که تیمار بی‌خاک‌ورزی اثرات مثبتی روی خصوصیات خاک دارد؛ به‌طوری‌که تیمار بی‌خاک‌ورزی سبب افزایش میزان کربن آلی خاک، کاهش هدایت الکتریکی خاک و افزایش میزان رطوبت خاک گردید؛ اما برای حصول نتایج بهتر نیاز به یک دوره چند ساله است که می‌تواند حتی در عملکرد گیاه زراعی هم اثرگذار باشد. نتایج این تحقیق در بخش شاخص‌های شیمیایی خاک نشان داد که کشاورزی حفاظتی با توجه به مناطق و اقلیم‌های مختلف، رفتارهای متفاوتی از خود نشان داده است. پیشنهاد می‌شود در تحقیقات آینده عوامل محیطی (نظیر بارندگی، دما، درجه حرارت) و مدیریتی مختلف (نظیر انواع کارنده‌ها، انواع خاک‌ورزی، نوع ارقام، تاریخ کاشت) را برای توضیح بهتر فرآیند‌های تأثیرگذار کشاورزی حفاظتی بر خواص شیمیایی خاک، در نظر گرفته شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The effect of conservation agriculture on some soil properties in rainfed lands of Aqqala County, Golestan Province

نویسندگان [English]

  • Mohammad Mehdi Mirzaei 1
  • Faezeh zaefarian 2
  • Mohammad Esmaeil Asadi 3
  • samaneh Mahzari 4
1 Department of Agronomy, Faculty of Crop Sciences, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University
2 , Department of Agronomy, Faculty of Crop Sciences, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Iran
3 3Assistant Professor and International Researcher of Soil and Water and Conservation Agriculture, Agricultural and Natural Resources Research and education Center, Gorgan, Iran
4 PhD. Graduated Student, Department of Soil Science, Gorgan Agricultural Sciences and Natural Resources University, Iran.
چکیده [English]

Background and objectives: The primary goal of soil research is to reassess agricultural ecosystems to achieve sustainable production and profitability while ensuring soil conservation as a non-renewable resource, supporting household livelihoods, and protecting natural resources in the best possible way. The type of cropping system creates countless changes in soil properties (physical, chemical, and biological properties of the soil). Rainfed areas are prone to land degradation and face periods of drought and water scarcity. Thus, selecting appropriate tillage methods and properly managing available resources are critical steps in empowering agriculture in line with sustainable farming principles. Due to minimal soil manipulation and preservation of crop residues in conservation agriculture, the soil as a growth and development environment can have different conditions in conservation and conventional agriculture in terms of physical and chemical properties. Conservation Agriculture (CA) is a set of management agricultural methods that can increase carbon sequestration in soils, improve soil conditions to increase crop growth, use nutrients and soil organic carbon (SOC). Accordingly, the present research was aimed to investigate the effect of conservation agriculture on some soil properties in rainfed lands.
Materials and methods: The present study was conducted as a randomized complete block design with three replications in two regions of Golestan Province, in Aq-Qala County, located in the northern part of the province at a latitude of 37°00' N and a longitude of 54°27' E. The experiment started on October 30, 2022, and ended on October 31, 2023. The characteristics of Region One (suburban area) and Region Two (Section Seven) are as follows, respectively: long-term average rainfall of 250–350 mm and 130–210 mm; average annual evaporation of 1800 mm and 2400 mm; long-term average minimum and maximum temperatures ranging from −5 to 39°C and −12 to 49°C; elevation above sea level of −16 m and −6 m; soil texture ranging from silty clay loam to silty loam and clay loam or silty clay loam. The total area of the studied lands was 70 hectares in Region One and 80 hectares in Region Two. The dominant crop in Region One was wheat, while barley was the dominant crop in Region Two. The experimental treatments included conventional tillage in region one (CT1), no-till for first year + residue conservation + no rotation in region one (NT11), no-till for second year + residue conservation + no rotation in region one (NT12), no-till for second year + residue conservation + rotation in region one (NT12R), no-till for third year + residue conservation + rotation in region one (NT13R), conventional tillage in region two (CT2), no-till for first year + residue conservation + no rotation in region two (NT21), and no-till for second year + residue conservation + no rotation in region two (NT22). In order to examine the effect of sampling depth on soil physical and chemical properties as well as soil permeability and infiltration rate, soil samples were collected from four depths (0-5, 5-10, 10-20, and 20-30 cm) adjacent to the double-ring infiltrometer test sites to enhance the accuracy of permeability and infiltration tests in both conventional and conservation agriculture fields. Each sample was coded independently and transferred to the laboratory for analysis. Soil properties, including organic carbon content, electrical conductivity, porosity, and bulk density, were measured and calculated, while soil moisture, cumulative infiltration, and infiltration rate were assessed in the field. For soil moisture measurement, composite samples were collected at two growth stages -late stem elongation and early grain filling-for wheat in region one and barley in region two. After collection using an auger, soil samples were weighed, oven-dried at 105°C for 24 hours, and reweighed to determine the gravimetric moisture content. Soil infiltration was measured using the double-ring infiltrometer method in a 10-meter radius at three randomly selected locations, with three replications per site, in late July 2023. Suspicious or erroneous data encountered during testing were excluded from the final results or retested. At the end of this stage, the final infiltration permeability values were recorded in centimeters per hour for each individual replication. Following laboratory and field calculations, the collected data were statistically analyzed using SAS software (version 9.4), and mean comparisons were performed using Duncan’s multiple range test.
Results: The results showed that the highest amount of soil organic carbon with averages of 1.54, 1.46, 1.42 and 1.36 percent, at depths of 0-5, 10-5, 10-20 and 20-30 cm, respectively, the highest soil porosity with averages of 61.00, 33.67, 57.59 and 54.33 percent, at depths of 0-5, 10-5, 10-20 and 20-30 cm, respectively, the lowest soil electrical conductivity with averages of 1.25, 1.36 and 1.88 dS/m, at depths of 0-5, 10-5 and 10-20 cm, respectively, and the lowest soil bulk density with averages of 1.24, 1.26 and 1.28 g/cm3, at the same depths, respectively, was observed in the NT13R treatment. In addition, the organic carbon content in the conventional tillage treatment (CT1) at the depths of 10-20 cm and 20-30 cm was higher than in some no-tillage treatments. The NT12R treatment, however, had the lowest porosity at all measured depths. According to the results, only at the deepest soil depth (20-30 cm) the NT12 treatment exhibit the lowest electrical conductivity, while the highest electrical conductivity at all depths belonged to the conventional tillage treatments. Moreover, the minimum bulk density in the 20-30 cm soil depth was found for the CT2 treatment, and there was no significant difference between this treatment and the NT13R, NT12, and NT12R treatments. Also, the highest soil moisture content with averages of 13.49 and 17.48 percent at depths of 0-10 and 10-30 cm, respectively, was observed in the NT12R treatment. Notably, soil moisture in the no-tillage treatments NT12R (Region 1) and NT22 (Region 2) increased compared to the conventional tillage treatments for these regions (CT1 and CT2) by 46.3% and 85.4%, respectively, at the 0-10 cm soil depth, and by 37% and 35.9%, respectively, at the 10-30 cm soil depth. On the other hand, the highest cumulative infiltration and water infiltration rate in the soil with averages of 20.50 cm and 84.83 mm/h, respectively, were observed in the CT1 treatment.
Conclusion: The results of the present study indicated that observing the three interconnected principles of conservation agriculture, including no-tillage + residue preservation + rotation, improved most soil properties over time, except for cumulative infiltration and water infiltration rate in the soil during the implementation of this study. The water infiltration rate in the soil may also increase with the passage of time and a longer history of conservation agriculture. Therefore, it can be concluded that no-tillage treatment has positive effects on soil properties, as it leads to an increase in soil organic carbon, a decrese in soil electrical conductivity, and a rise in soil moisture. However, achieving better results requires a multi-year period, which can even impact on crop yield. Overall, the findings of this study regarding soil chemical indicators revealed that conservation agriculture demonstrates different behaviors depending on various regions and climates. It is recommended that future research consider a variety of different environmental factors (such as rainfall, temperature, and heat) and management practices (such as different planters, tillage methods, crop varieties, and planting dates) to better explain the mechanisms of processes affecting soil chemical properties under conservation agriculture.

کلیدواژه‌ها [English]

  • porosity
  • conservation
  • infiltration rate
  • organic carbon