نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه اگرواکولوژی، پژوهشکده علوم محیطی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 موسسه تحقیقات دیم سرارود، کرمانشاه، ایران

10.52547/envs.2021.218608

چکیده

سابقه و هدف: سلامت خاک از مولفه‏های اصلی در دستیابی به سامانه‏‏های کشاورزی پایدار بوده که به شدت تحت تاثیر عملیات زراعی مانند خاکورزی قرار می‏گیرد. سلامت خاک را می‏توان با استفاده از پارمترهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی خاک در قالب الگوریتم‏های مشخص کمّی کرد. در نتیجه، بررسی وضعیت کیفی و توان باروری خاک در سامانه‏‏های مدیریتی مختلف زمین جهت استقرار عملیات زراعی مناسب برای دستیابی به تولید بهینه و نظام‌های زراعی پایدار امری ضروری می‏باشد. چارچوب ارزیابی مدیریت خاک (SMAF) بعنوان ابزاری قدرتمند و قابل اعتماد در جهت ارزیابی اثر مدیریت زراعی مختلف بر کیفیت و سلامت خاک مورد استفاده می‏باشد. هدف از انجام این مطالعه ارزیابی و کمی‏‏سازی اثر روش‏های مختلف خاکورزی بر کیفیت خاک با استفاده از الگوریتم SMAF می‏باشد.
مواد و روش: مطالعه حاضر در قالب یک آزمایش مزرعه‏ای دو ساله در سال‏های زراعی 97-96 و 98-97 در چهار منطقه استان کرمانشاه انجام گردید. تیمارهای آزمایشی شامل سامانه‏های خاکورزی (بی‏خاکورزی، خاکورزی کاهشی و خاکورزی مرسوم) بوده که در در 12 مزرعه در سطح منطقه مطالعه به اجرا در آمدند. در نظام تناوبی در سال اول گندم زمستانه (Triticum aestivum L.) و سال دوم نخود زمستانه (Cicer arietinum L.) در مزارع کشاورزان کشت شد. نمونه‏ برداری خاک از عمق 0-30 سانتیمتری خاک در دو مرحله؛ در ابتدای سال اول قبل از شروع آزمایش و در پایان سال دوم بعد از برداشت محصول انجام شد که بعد از آن خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی خاک شامل وزن مخصوص ظاهری، فسفر، پتاسیم، اسیدیته، هدایت الکتریکی، کربن آلی خاک، کربن بیومس میکروبی و نیتروژن بیومس میکروبی اندازه گیری و با استفاده از SMAF امتیاز دهی شدند.
نتایج و بحث: نتایج تحقیق نشان داد اجرای سامانه‏های خاکورزی حفاظتی برخی از خصوصیات و شاخص‏های کیفیت خاک را بهبود بخشید، که بیانگر اثر مثبت کاهش اختلال خاک بر کیفیت خاک است. اگرچه امتیاز خصوصیات و شاخص‏های فیزیکی و شیمیایی خاک در پایان سال دوم تغییر قابل ملاحظه‏ای در مقایسه با شرایط قبل از اعمال تیمارها نشان ندادند، اما خصوصیات بیولوژیکی خاک نظیر کربن بیومس میکروبی و کربن آلی خاک بطور مثبتی تحت تاثیر سامانه‏‏های خاکورزی قرار گرفتند. داده‏های حاصل از اندازه گیری خصوصیات خاک به خوبی در الگوریتم SMAF منعکس گردید. نتایج نشان داد که در پایان آزمایش شاخص کیفیت خاک در سامانه خاکورزی مرسوم در مقایسه با سامانه‏های خاکورزی حفاظتی کمتر بوده و نسبت به شروع آن تغییر چندانی نداشته است. سامانه بی‏خاکورزی بیشترین مقدار شاخص کیفیت خاک (65/0) را در این مرحله دارا بود، که همان‏گونه که در توصیف کمی خصوصیات خاک بیان گردید، عمدتاً به دلیل بهبود شرایط بیولوژیکی خاک می‏باشد. تخریب خاک به دلیل خاکورزی زیاد، عدم حفظ بقایا محصول و استفاده بی‌رویه از کودهای شیمیایی نه تنها ماده آلی خاک را کاهش می‏دهد بلکه موجب تخریب خصوصیات فیزیکی خاک نیز می‏گردد.
نتیجه گیری: بطور کلی نتایج تحقیق نشان داد که شامانه‏های خاکورزی حفاظتی می‏توانند کیفت خاک و کارآیی آن را در مناطق دیم بهبود بخشیده و الگوریتم SMAF نیز می‏تواند بعنوان ابزاری مفید برای ارزیابی و پایش کیفیت خاک سامانه‎های زراعی مختلف در مناطق دیم مورد استفاده قرار گیرد. با این حال استناد به داده‏های این تحقیق مستلزم ارائه نتایج در دراز مدت بوده و به منظور ارزیابی کارآیی بوم‏نظام خاک در ارائه خدمات اکوسیستمی، مقایسه سامانه‏‏های زراعی با سامانه‏‏های پایدارتر نظیر جنگل‏ها و مراتع ضروری می‏باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Efficacy of conservation tillage systems on soil quality in wheat-based cropping systems in dryland agroecosystems

نویسندگان [English]

  • Akhtar Veisi 1
  • Hadi Veisi 1
  • Korous Khoshbakht 1
  • Reza Mirzaei Talarposhti 1
  • Reza Haghparast 2

1 Department of Agroecology, Environmental Sciences Research Institute, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran

2 Sararood Dryland Research Institute, Kermanshah, Iran

چکیده [English]

Background and purpose: Soil health is one of the main components to achieve the sustainable agricultural systems being adversely affected by agricultural operations such as tillage. Soil health can be quantified using the specific physical, chemical and biological parameters of the soil via specific quantitative soil quality methods. As a result, studying soil quality and fertility in different land management systems is essential to establish appropriate crop operations to achieve optimal production and sustainable cropping systems. Soil Management Assessment Framework (SMAF) is used as a powerful and reliable tool to assess the effect of different crop management on soil quality and health. This study aims to evaluate and quantify the effect of different tillage methods on soil quality using the SMAF algorithm.
Materials and Methods: The present study was conducted as a field experiment based on a randomized complete block design during two cropping years in 2016-2017 and 2017-2018, in four replications. Experimental treatments included tillage methods (no-tillage, reduced tillage, and no- tillage), and the areas were considered replication. Winter wheat (Triticum aestivum L.) was planted in the first year, followed by winter chickpea (Cicer arietinum L.) in the second year of crop rotation in farmers' fields. Soil sampling from a soil depth of 0-30 cm was taken in two stages, before planting wheat at the beginning and after harvesting chickpea in the second year. Important soil parameters were measured, including bulk density, phosphorus, potassium, acidity, electrical conductivity, soil organic carbon, carbon, microbial biomass, and microbial biomass nitrogen.
Results and Discussion: The results showed that implementing the conservation tillage methods improved some of the important soil parameters and soil quality index, indicating the positive effect of minimum soil disturbance and crop residue maintenance on soil quality. Although the physical and chemical properties of soil at the end of the second year did not change significantly compared to pre-treatment conditions, soil biological properties such as microbial biomass carbon and soil organic matter were positively affected by tillage systems. The laboratory-measured data of soil properties were well reflected in the SMAF algorithm. The results showed that at the end of experiment, soil quality index in the conventional plowing system was lower compared to conservation tillage methods. No-tillage had the highest value of soil quality index (0.65) at the end of the experiment. As stated in the quantitative description of soil properties, the higher quality index in the no-tillage method is mainly due to the improvement of soil biological conditions. Soil degradation due to excessive plowing, lack of residue preservation, and improper use of chemical fertilizers not only reduces soil organic matter but also degrades the physical properties of soil.
Conclusion: In general, the results showed that conservation tillage methods could improve soil quality and efficiency in dryland areas, and SMAF algorithm can be a useful tool to assess and monitor the soil quality of various cropping systems in dryland areas. However, citing the data of this study requires long-term results, and in order to evaluate the efficiency of soil ecosystem to provide ecosystem services, it is necessary to compare crop systems with more sustainable systems such as forests and pastures.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Soil quality index
  • No-tillage
  • Reduced Tillage
  • Dryland areas