بررسی اثر خاک ورزی کنترل شده در کشت گیاه سیاه دانه بر انرژی مصرفی، خصوصیات فیزیکی و حفاظت از خاک (مطالعه موردی: اراضی شیبدار منطقه هزار جریب بهشهر)

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 نویسنده مسئول، استادیار گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشکده مهندسی زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.

2 دانشیار گروه مهندسی باغبانی، دانشکده علوم زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.

3 دانشجوی دکتری علوم و مهندسی مرتع، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.

4 دانشجوی دکتری آگروتکنولوژی- اکولوژی گیاهان زراعی، دانشکده تولیدات گیاهی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

چکیده

سابقه و هدف: به تازگی، خاک‌ورزی حفاظتی (کنترل شده) به عنوان عامل تثبیت‌کننده خاک، بسیار مورد توجه قرار گرفته است تا خاک کمتر زیر و رو شود و حداقل 30 درصد پوشش سطح خاک باقی بماند. این امر به حفظ ساختار خاک و رطوبت آن علی‌الخصوص مزارع شیب‌دار کمک بسزایی می‌نماید. مزارع منطقه هزارجریب بهشهر، شیب‌دار بوده و به واسطه اقلیم سرد و خشک و وزش باد در اغلب مواقع سال، بحث تثبیت و حفظ رطوبت و ساختار خاک و جلوگیری از آبشویی و بادشویی آن بسیار حائز اهمیت است. از طرف دیگر، اراضی شیبدار منطقه هزار جریب بهشهر بصورت دیم تحت کشت گندم و جو هستند که عایدی کمی برای کشاورزان داشته و محصول جایگزین می‌طلبد. در این راستا، گیاه سیاه‌دانه به عنوان جایگزینی ارزشمند برای محصولات فعلی است. بنابراین هدف از این مطالعه، بررسی اثر خاک-ورزی کنترل‌شده به منظور کشت گیاه سیاه‌دانه بر انرژی مصرفی، خصوصیات فیزیکی و حفاظت از خاک و همچنین عملکرد گیاه در اراضی شیبدار منطقه هزارجریب بهشهر بود.
مواد و روش‌ها: پارامترهای مورد بررسی شامل نیروی کششی مورد نیاز ابزار خاک‌ورز، مصرف سوخت تراکتور و تغییر میزان خردشدگی و نفوذپذیری خاک قبل و بعد از خاک‌ورزی بود. متغیرهای ورودی شامل ضمیمه ریشه بر در دو سطح (بدون و با ریشه‌بر)، عمق خاک-ورزی در دو سطح (35 و 28 سانتی‌متر برای چیزل) و سرعت پیشروی در دو سطح (دنده‌های 1 و 2 سنگین) بود. با در نظر گرفتن 3 تکرار برای هر تیمار، مجموعاً 24 کرت آزمایشی به عرض 2 و طول 40 متر با روش بلوک کامل تصادفی و به صورت عمود بر شیب ایجاد شد. در خصوص عملکرد و اجزای عملکرد سیاه‌دانه، پس از برداشت محصول، پارامترهای عملکرد بیولوژیک، وزن ریشه، طول ریشه، قطر ریشه، عرض پراکنش ریشه، تعداد فولیکول در بوته، تعداد دانه در فولیکول، وزن هزار دانه، ارتفاع بوته، قطر ساقه و عملکرد در واحد سطح اندازه‌گیری شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که اثر متغیرهای ورودی تنها بر نیروی کششی مورد نیاز ابزار خاک‌ورز و مصرف سوخت تراکتور به اضافه عملکرد زیستی (کاه) و عملکرد در واحد سطح سیاه‌دانه در سطح 5 درصد معنی‌دار بود. استفاده از ریشه‌بر، موجب افزایش نیروی کششی مورد نیاز ابزار خاک‌ورز و مصرف سوخت تراکتور شد در حالی که اثر نامطلوبی بر نفوذپذیری و خردشدگی خاک، وزن بذر، عملکرد زیستی و عملکرد در واحد سطح سیاه‌دانه داشت. استفاده از سرعت پیشروی بالاتر منجر به افزایش نیروی کششی و مصرف سوخت شده و در حالت بدون ریشه بر، منجر به کاهش میزان نفوذپذیری و خردشدگی خاک، عملکرد زیستی و عملکرد در واحد سطح سیاه‌دانه در عمق بیشتر خاک‌ورزی شده است در حالی که در عمق کمتر تفاوت معنی‌داری در سطح 5 درصد بین دو سرعت دیده نمی‌شود. افزایش عمق خاک-ورزی تا محدوده رشد عمودی ریشه به واسطه کشش منفی ابزار خاک‌ورز، موجب کاهش نیروی کششی و مصرف سوخت شده و بر نفوذپذیری و خردشدگی خاک و عملکرد محصول تأثیر مثبت داشته است.
نتیجه‌گیری: بهترین تیمار مورد بررسی، ابزار خاک‌ورز سه کاره مورد استفاده، بدون ضمیمه ریشه بر، عمق شخم بیشتر و پیشروی با دنده یک سنگین بود. بدین‌ترتیب، صرفه‌جویی 25 درصدی در مصرف سوخت به علت کشش منفی رتیواتور، افزایش عمق شخم و کاهش 25 درصدی نیروی کششی موردنیاز، افزایش 25 درصدی عملکرد زیستی (کاه) و 45 درصد افزایش عملکرد سیاه‌دانه میسر خواهد شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigating the effect of controlled tillage at black cumin (Nigella sativa) planting on energy consumption, physical properties and soil protection (case study: sloping lands of Hezarjarib region, Behshahr)

نویسندگان [English]

  • Mohammad Askari 1
  • Hossein Moradi 2
  • Zhila Ghorbani 3
  • Karim Riahi 4
1 Corresponding Author, Assistant Prof., Dept. of Biosystems Engineering, Faculty of Agricultural Engineering, Sari University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Sari, Iran.
2 Associate Prof., Dept. of Horticultural Engineering, Faculty of Agricultural Sciences, Sari University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Sari, Iran.
3 Ph.D. Student in Rangeland Science and Engineering, Faculty of Natural Resources, Sari University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Sari, Iran.
4 Ph.D. Student of Agrotechnology-Plant Ecology, Faculty of Plant Production, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
چکیده [English]

Background and objectives: Recently, conservation tillage (controlled) as a soil stabilization factor has been given much attention so that the soil is less disturbed and at least 30% of plant cover to remain on the soil surface. This greatly helps to maintain soil structure and moisture, especially in sloping fields. The fields of the Hezarjarib Behshahr region are steep, and due to the cold and dry climate and the wind blowing most of the year, it is very important to stabilize and maintain the soil moisture and structure and prevent it from being washed away by the wind. On the other hand, the sloping lands of this region are under dryland cultivation of wheat and barley, which have little income for farmers and require alternative crops. In this way, Black cumin (Nigella sativa) plant is a valuable substitute for them. Therefore, the purpose of this study was to investigate the effect of controlled tillage to cultivate black cumin plants on energy consumption, physical properties and soil protection, as well as plant performance in the sloping lands of Hezarjarib Behshahr region.
Materials and methods: The investigated parameters included the required draft force by tillage tool, tractor fuel consumption, and changes in the degree of soil fragmentation and permeability before and after tillage. The input variables included root cutter supplement in two levels (without and with root cutter), tillage depth in two levels (35 and 28 cm for chisel) and forward speed in two levels (low gears 1 and 2). Considering 3 replications for each treatment, a total of 24 experimental plots with 2m width and 40m length were created with the random complete block design (RCBD) method and perpendicular to the slope. Regarding the yield and yield components of black cumin, after harvest, biological yield parameters, root weight, root length, root diameter, the width of root distribution, number of follicles per plant, number of seeds per follicle, thousand seed weight, plant height, stem diameter and performance were measured per unit area.
Results: The results showed that the effect of the input variables was significant only on the required draft force by tillage tool and the tractor fuel consumption, in addition to the biological yield and the yield per unit area of black cumin. The use of a root cutter increased the required draft force by tillage tool and tractor fuel consumption, while harmed soil permeability and crushing, seed weight, biological yield and yield per unit area of black cumin. The use of higher forward speed leads to an increase in draft force and fuel consumption, and the absence of root cutter, leads to a decrease in soil permeability and fragmentation, biological performance and yield per unit area of the black cumin at a greater depth of tillage, while at a lower depth, no significant (5%) difference can be seen between the two speeds. Increasing the depth of tillage up to the range of vertical root growth due to the negative draft of the tillage tool has reduced the draft force and fuel consumption and had a positive effect on soil permeability and crushing plus crop yield.
Conclusion: The best-researched treatment was the used triple action tillage tool, without root cutter supplement, greater ploughing depth and forwarding with low gear 1. In this way, it will be possible to save 25% in fuel consumption due to the negative draft of the rotary plough, increase the depth of the plough and reduce the required draft force by 25%, increase the biological yield (straw) by 25% and increase the yield by 45%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Soil stabilization
  • Small seed
  • Sloping fields
  • Fuel consumption
  • Penetrance
1.Askari, M., Komarizade, M.H., Nikbakht, A.M., Nobakht, N., and Teimourlou, R.F. 2011. A novel three-point hitch dynamometer to measure the draft requirement of mounted implements. Research in agricultural engineering, 57: 4. 128-136.
2.Askari, M., Shahgholi, Gh., and Abbaspour-Gilandeh, Y. 2019. New wings on the interaction between conventional subsoiler and paraplow tines with the soil: effects on the draft and the properties of soil. Archives of agronomy and soil science, 65: 1. 88-100.
3.Tabad, M.A., and Behzadi, A. 2015. Effect of Sowing Date and Weed Control on Yield and Yield Components of Black Cumin (Nigella sativa) in Marivan Iran. 1st national conference on herbs and herbal medicine. 28 May. (In Persian)
4.Ahmadi, K., Ebadzade, H.R., Hatami, F., Mohammadnia Afroozi, SH., Eafandiaripour, E., and Abbas Taghani, R. 2021. Agricultural Statics letter, 8574431. 156p. (In Persian)
5.Kassam, A., Derpsch, R., and Friedrich, T. 2020. Development of Conservation Agriculture systems globally. In Advances in Conservation- 2 Agriculture, Volume 1-Systems and Science; Cambridge, UK, Chapter 2, pp. 31-86.
6.Kassam, A., Friedrich, T., and Derpsch, R. 2021. Successful Experiences and Learnings from Conservation Agriculture Worldwide. In Proceedings of the 8th World Congress on Conservation Agriculture, Bern, Switzerland, 21-23June, (https://8wcca.org/wp content/ uploads/ 2021/06/20-jun-prog english.pdf).
7.Kassam, A., Friedrich, T., and Derpsch, R. 2022. Successful Experiences and Lessons from Conservation Agriculture Worldwide. Agronomy, 12, 769. (https:// doi.org/10.3390/agronomy12040769).
8.Akbarinia, A., Khosravifard, M., Rezaii, M.B., and Sharifi Ashoorabadi, E. 2005. Comparison of fall and Spring Cultivation on Seed Yield of Some Medicinal Plant under Irrigation and No-irrigation Conditions. Iranian Journal of Medicinal and Aromatic Plants Research, 21: 3. 319-334. (In Persian)
9.RNAM. 1995. RNAM test codes and procedures for farm machinery/Economic and Social Commission for Asia and the Pacific, Regional Network for Agricultural Machinery. RNAM technical publications: 12. Bangkok, Thailand.
10.Godwin, R.J., Misiewicz, P.A., Smith, E.K., Millington, W.A., White, D.R., Dickin, E.T., and Chaney, K. 2017.  Summary of the effects of three tillage and three traffic systems on cereal yields over a four-year rotation. 2017 ASABE Annual International Meeting. Paper No. 1701652.
11.Salar, M.R., Esehaghbeygi, A., and Hemmat, A. 2013. Soil loosening characteristics of a dual bent blade subsurface tillage implement. Soil and Tillage Research, 13: 4. 17-24.
12.Askari, M., Shahgholi, Gh., and Abbaspour-Gilandeh, Y. 2018. New wings on the interaction between conventional subsoiler and paraplow tines with the soil: effects on the draft and the properties of soil. Archives of Agronomy and Soil Science, pp. 1-12. https://doi.org/10.1080/03650340.2018.1486030.
13.Behera, A., Raheman, H., and Thomas, E.V. 2021. A comparative study on tillage performance of rota-cultivator
(a passive – active combination tillage implement) with rotavator (an active tillage implement). Soil and Tillage Research, 20: 7. 104861.
14.Sarkar, P., Upadhyay, G., and Raheman, H. 2021. Active-passive and passive-passive configurations of combined tillage implements for improved tillage and tractive performance: A review. Spanish Journal of Agricultural Research, 19: 4. e02R01. https://doi.org/ 10.5424/sjar/2021194-18387.
15.Upadhyay, G., and Raheman, H. 2020. Effect of velocity ratio on performance characteristics of an active-passive combination tillage implement. Biosystems Engineering, 19: 1. 1-12.
16.Choudhary, S., Upadhyay, G., Patel, B., and Jain, N & M. 2021. Energy requirements and tillage performance under different active tillage treatments in sandy loam soil. Biosystems Engineering, 46: 353-364.
17.Heilman, M.D., Hickman, M.V., and Taylor, M.J. 1991. A comparison of wing-chisel tillage with conventional tillage on crop yield, resource conservation, and economics. Journal of Soil and water conservation, 46: 1. 78-80.
18.Wang, X., Zhou, H., Huang, Y., and Ji, J. 2022. Variation of subsoiling effect at wing mounting heights on soil properties and crop growth in wheat-maize cropping system. Agriculture, 12: 1684. https:// doi.org/ 10.3390/ agriculture 12101684.
19.Askari, M., Shahgholi, Gh., Abbaspour-Gilandeh, Y., and Tash-Shamsabadi, H. 2016. Effect of forward speed and tillage depth on tractor-subsoiler performance. Journal of Engineering Research in Agricultural Mechanization and Systems, 6: 5. 109-128. (In Persian)