جذب و انتقال مجدد نیتروژن در گیاه جو تحت شرایط کم آبیاری در حضور بقایای گیاهی و باکتری آزوسپیریلوم

سابقه و هدف: محتوای نیتروژن دانه در گیاه جو متاثر از مقدار انتقال مجدد نیتروژن ذخیره شده در اندام‌های رویشی به دانه در طول دوره پر شدن دانه است. مقدار انتقال مجدد نیتروژن بطور منفی تحت تاثیر عوامل مختلف محیطی از جمله تنش شدید آبی پس از گلدهی قرار می‌گیرد. استفاده از باکتری آزوسپیریلوم به‌عنوان کود زیستی و افزایش ماده آلی خاک، از روش‌های کاهش سطح تنش شدید آبی در مزارع می‌باشد. بنابراین، این پژوهش به بررسی اثرات کاربرد بقایای گیاه گندم و منابع مختلف نیتروژن (زیستی و شیمیایی) بر انتقال مجدد نیتروژن و محتوای نیتروژن دانه گیاه جو پرداخته است.مواد و روش: این پژوهش به صورت اسپلیت فاکتوریل در قالب طرح بلوک کامل تصادفی با سه تکرار در مزرعه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی داراب دانشگاه شیراز در سال زراعی 97-1396 بر روی گیاه جو انجام شد. تیمار‌ها در این پژوهش شامل: دو سطح آبیاری به‌عنوان عامل اصلی آبیاری مطلوب (بدون تنش آبی): آبیاری بر اساس نیاز آبی گیاه تا مرحله رسیدگی فیزیولوژیک و 2 کم آبیاری (تنش آبی): آبیاری بر اساس نیاز آبی گیاه تا انتهای مرحله‌ی گلدهی (قطع آبیاری پس از مرحله گلدهی)] بود. همچنین، عامل‌های فرعی شامل دو سطح بقایای گیاهی حذف بقایا و 2 برگرداندن 30 درصد بقایای گیاهی (کاه گندم) به خاک] و چهار تیمار کودی صفر کیلوگرم نیتروژن در هکتار (شاهد)، 2 کود نیتروژن: کاربرد 100 کیلو‌گرم نیتروژن در هکتار به‌صورت اوره (46 درصد نیتروژن) با توجه به آزمون خاک 3 کود تلفیقی: استفاده تلفیقی از باکتری آزوسپیریلوم (azospirillum brasilense) و نیتروژن به مقدار نصف نیاز نیتروژنی گیاه (50 کیلو‌گرم نیتروژن در هکتار به صورت اوره) و 4 کود زیستی: تلقیح بذر‌ها با باکتری آزوسپیریلوم] بود. یافته‌ها: کاربرد کود نیتروژن و تیمار تلفیقی (باکتری بعلاوه کود نیتروژن) سبب افزایش معنی‌دار کارایی انتقال مجدد نیتروژن به ترتیب به میزان 36 و 34 درصد نسبت به شاهد نیتروژن در شرایط مطلوب رطوبتی شد. در مقابل، در شرایط تنش آبی، تمامی تیمارهای کودی با منابع نیتروژن سبب کاهش کارایی انتقال مجدد نیتروژن در مقایسه با شاهد شدند. اما، مقدار کاهش در تیمار تلفیقی و زیستی (به ترتیب 10 و 11 درصد) کمتر از کود نیتروژن (21 درصد) بود. روندی مشابه کارایی انتقال مجدد در مورد شاخص برداشت نیتروژن نیز در شرایط مطلوب و تنش رطوبتی وجود داشت. از اینرو، شاخص برداشت نیتروژن رابطه خطی و مثبت با کارایی انتقال مجدد در هر دو شرایط رطوبتی نشان داد. اما، میزان تغییرات توجیه شده‌ی شاخص برداشت به وسیله‌ی کارایی انتقال مجدد در شرایط تنش رطوبتی به مقدار 25 درصد بیشتر از شرایط مطلوب رطوبتی بود (r^2 = 0.70 و r^2 = 0.45). محتوای نیتروژن دانه نیز در هر دو شرایط رطوبتی با افزایش انتقال مجدد به صورت خطی افزایش یافت. کاربرد بقایا سبب کاهش معنی‌دار کارایی انتقال مجدد و محتوای نیتروژن دانه در تیمارهای تلفیقی و زیستی نسبت به شرایط عدم کاربرد آن شد. همچنین، در شرایط استفاده از کود نیتروژن، تفاوت معنی‌داری بین تیمارهای بابقایا و بدون بقایا در کارایی انتقال مجدد و محتوای نیتروژن دانه وجود نداشت. نتیجه‌گیری: بر اساس یافته‌ها، تیمار کود تلفیقی با توجه به ملاحظات زیست محیطی و اقتصادی برای شرایط مطلوب رطوبتی بهمنظور دستیابی به حداکثر پروتئین دانه مناسب است. در مقابل، در شرایط قطع آبیاری پس از گلدهی، تیمارهای زیستی سبب کاهش کمتر کارایی انتقال مجدد نسبت به تیمار کود نیتروژن در مقایسه با شاهد شدند. بنابراین، تیمارهای زیستی در مناطق جنوبی ایران که احتمال بروز تنش آبی انتهایی وجود دارد به‌منظور دستیابی به سطح بالای پروتئین دانه، قابل توصیه هستند. همچنین، کاربرد بقایای گندم برای افزودن کارایی انتقال مجدد و نهایتا محتوای نیتروژن دانه، در رژیم‌های مختلف کودی و آبی مورد مطالعه توصیه نمی‌شود.

Uptake and nitrogen remobilization of barley under deficit irrigation in presence of plant residue and Azospirillum bacteria

Background and objectives: Grain N content in barley plant is affected by N remobilization from vegetative organs to the grain during the grain filling period. The amount of N remobilization is negatively affected by the severe water stress after anthesis. Using of Azospirillum as a biofertilizer is a way for reduction the adversely effects of the severe water stress in the arid regions. Another way is increase the amount of soil organic matter (such as using of plant residues). Therefore, this study investigated the effects of wheat residues application and different N sources (biological and chemical) on N remobilization and grain N content of barley. Materials and Methods: This research was conducted at the experimental farm of the Darab Agricultural College of Shiraz University. A split factorial experiment in a randomized complete block design with three replicates were carried out in 2017 2018 growing season. Treatments included: two levels of irrigation as the main plots [normal irrigation (IRN): irrigation based on the plant’s water requirement up to the physiological maturity and another factor was deficit irrigation (IRDI): irrigation based on the plant’s water requirement up to the anthesis stage (cutting of irrigation after anthesis)]. Also, sub plots were two levels of plant residues [1. without residue, 2. returning 30% of wheat residues to soil] and four fertilizer sources [N0, no nitrogen fertilizer (control); N100, 100 kg N ha1; Bio + N50, Biofertilizer (Azospirillum brasilense) + 50 kg N ha1 and Bio, Biofertilizer (Azospirillum brasilense)].Results: Application of N100 and Bio + N50 treatments significantly increased the N remobilization efficiency by 36% and 34%, respectively, as compared with the control (N0) under IRN. In contrast, under IRDI condition, all N sources decreased the N remobilization efficiency as compared with the control (N0). However, the amount of reduction in Bio + N50 and Bio treatments (10% and 11%, respectively) was lower than N100 (21%). The similar trend of N remobilization efficiency was observed for N harvest index in IRN and IRDI. Nitrogen harvest index showed a positive and linear relationship with N remobilization efficiency under both irrigation regimes. However, the justified variation of the N harvest index by N remobilization efficiency under IRDI was higher than (25%) the IRN conditions (R2 = 0.70 and R2 = 0.45). Also, Grain N content linearly increased with increasing N remobilization under both irrigation regimes. Application of wheat residues significantly reduced the N remobilization efficiency and grain N content in Bio + N50 and Bio treatments as compared to nonapplied of residue. Also, there was no significant difference between with and without residue treatments in N remobilization efficiency and grain N content when N100 treatment was applied.Conclusion: According to the environmental and economic considerations, integrated N fertilizer [Biofertilizer (Azospirillum brasilense) + 50 kg N ha1] is recommended for normal irrigation conditions in order to maximum grain protein content achievement. In contrast, under cutting of irrigation after anthesis conditions, biofertilizer treatments (using of Azospirillum brasilense alone or using of it with integration to 50 kg N ha1) reduced N remobilization efficiency as compared with control (N0). However, the decrement values were lower than the sole chemical N fertilizer (100 kg N ha1). Therefore, in Southern Iran where water stress after anthesis is possible, biofertilizers is recommended. Also, using of wheat residues is not recommended for increasing N remobilization efficiency and consequently grain N content across over all irrigation and N regimes.