بررسی تأثیر غلظت های مختلف علف‌کش متری بیوزین در خاک بر رشد و گره زایی نخود

مقدمه

متری بیوزین در ایران، با مقدار کاربرد 750-375 گرم ماده مؤثره در هکتار، برای کنترل علف‌های هرز مزارع سویا و سیب‌زمینی به ثبت رسیده است (Mosavi, 2008). این علف‌کش، که از علف‌کش‌های گروه تریازینون ها و بازدارنده فتوسنتز در فتوسیستم II در گیاهان شناخته می‌شود، دارای ماندگاری متوسط تا طولانی در خاک می‌باشد (Colquhoun, 2006). ماندگاری این علف‌کش  در خاک به عوامل مختلفی از جمله ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی خاک، نحوه کاربرد و مقدار مصرف علف‌کش بستگی دارد. در این ارتباط

 Fuscaldo, Bedmar  and  Monterubbbianesi (1999)  ماندگاری علف‌کش متری بیوزین در خاک‌های مناطق  Balcarce و San Cayetano آرژانتین را به ترتیب 63 و 77 روز گزارش نمودند. نتایج یافته‌های نامبردگان نشان داد که ماندگاری این علف‌کش در خاک، با افزایش مقدار کاربرد، pH خاک و کاهش مقدار ماده آلی خاک، افزایش می‌یابد. در مطالعه دیگری ماندگاری این علف‌کش در مقادیر توصیه شده، 80 تا 90 روز اعلام شده است (Sharom and Stephenson, 1976). Hager  and  Nordby (2007)  نیز در مطالعه ای، نیمه عمر علف‌کش متری بیوزین در خاک را 120-30 روز گزارش نموده اند.  بر اساس نتایج حاصل از مطالعات محققین نامبرده، نیمه عمر علف‌کش متری بیوزین در خاک از چند روز تا چند ماه متغیر است. از این رو به نظر می رسد بررسی احتمال اثرات منفی ناشی از باقیمانده این علف‌کش بر گیاهان تناوبی، مهم و مفید باشد.

 در بین گیاهان زراعی موجود در کشور، نخود  L.) (Cicer arietinum از مهمترین محصولات زراعی است که در بسیاری از نقاط کشور در تناوب با محصولاتی که توسط علف‌کش متری بیوزین  تیمار می شوند قرار می گیرد (Parsa and Bagheri 2008) . ویژگی های مطلوبی از جمله بهبود ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاک، اختلال در چرخه زندگی آفات، بیماری ها، علف‌های هرز و به خصوص توانایی تثبیت نیتروژن در نخود باعث شده است که این گیاه جایگاه ویژه ای را در تناوب گیاهان زراعی دارا باشد (Drew, Vadakattua and lawrence,2006 ). این مساله هر چند در بهبود عملکرد گیاهان زراعی تناوبی پس از آن مفید و موثر است، اما محدودیت هایی نیز ممکن است برای آن به ویژه به دلیل پسماند علف‌کش‌های محصول قبل به دنبال داشته باشد. در این ارتباط   Sondhia (2005)اعلام داشت که مقادیر 046/0  و 01 /0 پی پی ام از باقیمانده علف‌کش متری بیوزین پس از برداشت سیب‌زمینی، رشد ریشه و ساقه گیاهان خیار و سورگوم را به شدت تحت تأثیر قرار داد و گیاهان مذکور حساسیت بسیار زیادی به علف‌کش نشان دادند. در پژوهشی، گزارش شده است که باقیمانده علف‌کش متری بیوزین در خاک، زیست‌توده ریشه و اندام‌های هوایی برخی از حبوبات از جمله نخود، عدس و لوبیا را کاهش داده است (Fakhrera, Izadi Darbandi, Rashed Mohassel, and  Hassanzadeh-Khayat,2012 ). در بررسی دیگری نیز نشان داده شد که مقادیر  01/0 تا 1 میلی گرم از باقیمانده علف‌کش متری بیوزین در کیلوگرم خاک، زیست‌توده اندام‌های هوایی و ریشه گیاه کلزا را به طور معنی داری کاهش داده است (Mehdizadeh, Izadi Darbandi, Naseri, Rastgo and Sabet-Zangeneh,2013).

اعتقاد بر این است که علف‌کش ها به چندین روش می توانند رابطه همزیستی لگوم- رایزوبیوم را تحت تأثیر قرار دهند. این مواد شیمیایی می توانند از طریق تأثیر مستقیم بر رشد گیاه، گره زایی و تثبیت نیتروژن را متاثر سازند و یا از طریق تأثیر مستقیم بر بقاء و رشد رایزوبیوم ها، توانایی آنها برای همزیستی با گیاهان میزبان را کاهش دهند. در این ارتباط ممانعت از تشکیل سیگنال های بیوشیمیایی بین رایزوبیوم ها و گیاهان و نیز کاهش توانایی تقسیم سلولی در ریشه گیاه جهت تشکیل گره از دیگر اثرات علف‌کش ها بر همزیستی لگوم- رایزوبیوم بوده که متعاقب آن تثبیت زیستی نیتروژن را مختل می کند(Anderson, Baldock, Rogers, Bellotti, and Gill, 2004 ; Fox, Gulledge, Engelhaupt, Burow, and McLachlan,2007  ). در آزمایش هایی که به منظور بررسی تأثیر برخی علف‌کش ها بر تثبیت بیولوژیکی سویا انجام شد، مشاهده شد که علف‌کش‌های متری بیوزین، استوکلر، متولاکلر، فلومیاکسازین، تریفلورالین، ایمازتاپیر باعث کاهش گره زایی، تعداد و وزن گره در آغاز مرحله گلدهی سویا شدند ( Gonzalez, EyherabIide, Ignacia barcelona, Gaspari, and Sanmartino,1999). در مطالعه ی Rogres and baldock(2003)  مشاهده شد که بقایای علف‌کش‌های کلروسولفورون، فلومتسولام و ایمازتاپیر در خاک، وزن خشک اندام  های هوایی، گره زایی و میزان تثبیت نیتروژن را در مرحله بلوغ گیاه نخود، کاهش داده است.

از آنجایی که در ارتباط با اثرات احتمالی باقیمانده علف‌کش متری بیوزین در خاک بر ویژگی های رشدی و گره زایی نخود در کشور مطالعاتی انجام نشده است،  این آزمایش با هدف بررسی پاسخ رشد و گره زایی ژنوتیپ های  نخود به بقایای علف‌کش متری بیوزین در خاک در شرایط کنترل شده انجام شد.

مواد و روش ها

این آزمایش به منظور بررسی حساسیت چهار ژنوتیپ نخود به بقایای شبیه سازی شده متری بیوزین در خاک، در پاییز سال 1391 در گلخانه تحقیقاتی دانشگاه فردوسی مشهد به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی و در سه تکرار انجام شد. میانگین دمای روز و شب در طی دوره رشد گیاهان در گلخانه به ترتیب 26 و21 درجه سانتی گراد بود. عوامل مورد بررسی در این آزمایش شامل باقیمانده  علف‌کش متری بیوزین در خاک در 7 سطح  (0، 72/6 ، 4/13 ،9/26 ، 3/40، 8/53 و7/80 میکروگرم ماده موثره در کیلوگرم خاک، که به ترتیب شامل 0، 5/2، 5 ، 10، 15، 20 و30 درصد مقدار توصیه شده متری بیوزین) و ژنوتیپ های نخود در 4 سطح  شامل هاشم، آی ال سی 482، کاکا و کرمانشاهی بوده اند. برای این منظور نمونه خاکی با بافت لومی شنی، از عمق صفر تا 30 سانتی متری مزرعه ای که طی پنج سال گذشته سابقه کاربردآفت کش، کود نیتروژن و کود آلی را نداشت، تهیه و پس از آماده سازی خاک، ابتدا محلول 1000 قسمت در میلیون متری بیوزین (محلول پایه) با استفاده از فرمولاسیون تجاری و با در نظر گرفتن درجه خلوص آن، در آب مقطر تهیه و سپس با استفاده از محلول پایه، محلول 100 قسمت درمیلیون متری بیوزین تهیه و از این محلول برای تهیه غلظت های مورد نظر علف‌کش متری بیوزین برای اختلاط با خاک استفاده شد.

برای اختلاط کامل علف‌کش با خاک، ابتدا  وزن خاک خشک مورد نیاز برای هر گلدان با قطر دهانه 15 سانتی متر محاسبه شد. پس از آن به مقدار گلدان های مربوط به هر غلظت، خاک مورد نظر تهیه (حدود 15 کیلوگرم) و برای سهولت در اختلاط و اطمینان از یکنواختی اختلاط علف‌کش،  ابتدا یک کیلوگرم از خاک مذکور آماده شد و 50 میلی لیتر از هر یک از محلول های تهیه شده برای هر غلظت علف‌کش به طور یکنواخت روی خاک مذکور ریخته و پس از تبخیر کامل آب، با دست کاملاً با خاک مخلوط شد. سپس نمونه یک کیلوگرمی خاک  آلوده شده با علف کش متری بیوزین را  برای هر غلظت علف‌کش با سایر خاک‌های مربوط به هر تیمار مجدداً به طور کامل و یکنواخت مخلوط شد. پس از اختلاط و آماده سازی، خاک‌های آلوده شده با علف‌کش متری بیوزین، به گلدان ها منتقل شدند. به منظور ممانعت از تشکیل سله در لایه سطحی خاک و سهولت در سبز شدن گیاهان، به لایه 1 سانتی متری سطح خاک هر گلدان، مقداری ماسه اضافه و با خاک مخلوط شد. بذور گیاهان نخود پس از تلقیح با باکتری مزورایزوبیوم، به تعداد 8 عدد در هر گلدان و در عمق 2-1 سانتیمتری کشت شدند. برای  جلوگیری از آبشویی علف‌کش، گلدان ها به طور یکنواخت در حدی آبیاری شدند که فاضلاب خروجی نداشته باشد. برای این منظور زیر گلدانی نیز، در زیر تمام گلدان ها گذاشته شد. برای کاشت گیاهان نخود از هیچ نوع کود شیمیایی ( به دلیل تداخل در اثر بقایای علف‌کش بر رشد گیاه)  استفاده نشد. در مرحله 2 تا 3 برگی، گیاهان نخود تنک و تعداد آن به 3 عدد در هر گلدان رسید. در ابتدای مرحله زایشی (10 الی 20 درصد گلدهی)، گیاهان از محل طوقه برداشت و پس از خاک شویی ریشه آنها ، تعداد گره و وزن تر گره اندازه‌گیری شدند. سپس ریشه و اندام هوایی به آزمایشگاه منتقل و به مدت 48 ساعت در آون و در دمای 80 درجه سانتی گراد خشک شدند (Datta,Sindel, Kristiansen, Jessop and Felton,2009). سپس وزن خشک اندام‌های هوایی و ریشه با ترازوی دیجیتال هزارم توزین شد. داده های بدست آمده از این آزمایش، پس از تبدیل به درصد تغییرات نسبت به شاهد، با استفاده از نرم افزار SAS تجزیه واریانس شده و مقایسه میانگین ها نیز با استفاده از آزمون LSD در سطح 5 درصد انجام شد. با توجه به اینکه روند داده های حاصل، از توابع 3 و 4 پارامتری سیگموئیدی لجستیکی تبعیت نکردند، برای آنالیز و تجزیه و تحلیل داده ها، از آنالیز واریانس استفاده شد.

نتایج

بر اساس نتایج حاصل از آزمایش، همه صفات مورد بررسی (زیست‌توده اندام‌های هوایی، زیست‌توده ریشه، تعداد گره و زیست‌توده گره) در ژنوتیپ های نخود به طور معنی داری (01/0p≤ ) تحت تأثیر باقیمانده علف‌کش متری بیوزین در خاک قرار گرفتند (جدول 1).

در کمترین سطوح (5/2 و 5 درصد) از باقیمانده علف‌کش متری بیوزین در خاک، افزایش معنی داری (01/0p≤) نسبت به شاهد در رشد ریشه ژنوتیپ های مورد مطالعه نخود مشاهده شد. بیشترین (88/47 و 33/47 درصد) تلفات زیست‌توده ریشه مربوط به سطوح 20 و 30 درصد از باقیمانده علف‌کش در خاک بود (جدول 2). پاسخ زیست‌توده ریشه ژنوتیپ ها در واکنش به باقیمانده علف‌کش متری بیوزین در خاک متفاوت بود (جدول 3). بر این اساس، باقیمانده علف‌کش متری بیوزین در خاک، زیست‌توده ریشه ژنوتیپ های هاشم و کرمانشاهی را کاهش داد در حالی که زیست‌توده ریشه سایر ژنوتیپ ها، تحت تأثیر منفی باقیمانده علف‌کش قرار نگرفت. بر این اساس، افزایش معنی داری نسبت به شاهد در زیست‌توده ریشه ژنوتیپ های کاکا  و آی ال سی482 مشاهده شد. البته زیست‌توده ریشه ژنوتیپ های آی ال سی482 ( 57/43 درصد) و کاکا (99/54 درصد ) به ترتیب در پاسخ به سطوح 20 و 30 درصد از باقیمانده علف‌کش، کاهش یافت(جدول 4). در بین ژنوتیپ ها، کرمانشاهی کمترین زیست‌توده ریشه را در پاسخ به باقیمانده علف‌کش تولید نمود. سطوح 10 تا 30 درصد مقدار توصیه شده از باقیمانده علف‌کش، بیشترین تأثیر منفی را بر زیست‌توده ریشه ژنوتیپ مذکور داشته است (جدول 4). با افزایش باقیمانده علف‌کش متری بیوزین در خاک، زیست‌توده اندام‌های هوایی گیاهان مورد مطالعه کاهش یافت. البته درکمترین سطوح (5/2 و 5 درصد) از باقیمانده علف‌کش، زیست‌توده اندام‌های هوایی افزایش یافت و تفاوت معنی داری بین پاسخ زیست‌توده اندام هوایی گیاهان نخود در سطوح 15 ،20 و 30 درصد از باقیمانده علف‌کش مشاهده نشد (جدول 2). با این وجود، بیشترین (45/48 درصد) تلفات اندام‌های هوایی گیاهان مورد مطالعه مربوط به سطح 20 درصد بود. نتایج نشان دادند که همه ژنوتیپ ها به غیر از کاکا، در پاسخ به باقیمانده علف‌کش متری بیوزین در خاک، زیست‌توده اندام هوایی خود را کاهش دادند (جدول 3). با این حال زیست‌توده اندام‌های هوایی کاکا در پاسخ به بیشترین سطح از باقیمانده علف‌کش کاهش (07/45 درصد) یافت ( جدول 4). در بین ژنوتیپ های مورد مطالعه نخود، هاشم و کرمانشاهی در پاسخ به سطوح 10 تا30 درصد مقدار توصیه شده از باقیمانده علف‌کش، کمترین زیست‌توده اندام هوایی را تولید نمودند. با توجه به نتایج مذکور، به نظر می رسد در بین ژنوتیپ های مورد بررسی نخود، زیست‌توده اندام هوایی هاشم و کرمانشاهی حساسیت و کاکا تحمل زیادی به باقیمانده علف‌کش متری بیوزین در خاک داشته باشد (جدول 4).

با افزایش باقیمانده علف‌کش متری بیوزین در خاک گره زایی (تعداد و زیست‌توده گره) گیاهان مورد مطالعه تغییرات متفاوتی داشت (جدول2 ). بر این اساس در سطوح 5/2 تا 5 درصد و 5/2 تا 15 درصد از باقیمانده علف‌کش در خاک، به ترتیب  افزایش در تعداد گره و زیست‌توده گره گیاهان مشاهده شد. بیشترین (60/57 و 77/68 درصد) تلفات زیست‌توده گره و همچنین تعداد گره (26/35 ، 62/50 و 18/45 درصد) به ترتیب مربوط به سطوح 20 تا 30 درصد و 15 تا 30 درصد از باقیمانده علف‌کش متری بیوزین در خاک بود. پاسخ تعداد و زیست‌توده گره ژنوتیپ های مورد مطالعه نخود به باقیمانده علف‌کش متری بیوزین درخاک، متفاوت بود (جدول 3). بر این اساس، ژنوتیپ های هاشم و کرمانشاهی تعداد گره و هاشم نیز زیست‌توده گره تولیدی خود را در پاسخ به بقایای علف‌کش متری بیوزین در خاک کاهش دادند. در بررسی اثر متقابل باقیمانده علف‌کش- ژنوتیپ، بر زیست‌توده گره گیاهان مشاهده شد که با افزایش مقدار باقیمانده علف‌کش در خاک، اثر منفی آن بر گره زایی همه ژنوتیپ ها افزایش یافت. به طوری که گره زایی ژنوتیپ های کاکا و کرمانشاهی به ترتیب در سطوح 30 و 15 درصد از باقیمانده علف‌کش، متوقف شد (جدول 4). نتایج این آزمایش نشان داد که زیست‌توده گره ژنوتیپ های هاشم و کرمانشاهی در کمترین سطوح (5/2 تا 5 درصد) از باقیمانده علف‌کش، تحریک گردید. در حالی که در سطوح مذکور، تعداد گره ژنوتیپ های مذکور کاهش یافت. البته این کاهش نسبت به شاهد معنی دار نبود. به نظر می رسد ژنوتیپ های مذکور در پاسخ به سطوح مذکور از باقیمانده علف‌کش، با اختصاص مواد فتوسنتزی بیشتر به گره ها، گره های کمتر اما درشت تری تولید نمودند. تفاوت معنی داری بین تعداد و زیست‌توده گره ژنوتیپ های مذکور در سطوح 15 تا 30 درصد از باقیمانده علف‌کش مشاهده نشد. سطوح مذکور از باقیمانده علف‌کش، بیشترین تأثیر منفی را بر روی تعداد و زیست‌توده گره ژنوتیپ های مذکور داشته است. بیشترین تعداد و زیست‌توده گره نیز در کمترین سطح از باقیمانده علف‌کش و در ژنوتیپ کاکا مشاهده شد. به نظر می رسد در بین ژنوتیپ های مورد مطالعه نخود، هاشم و کرمانشاهی حساسیت و کاکا تحمل بیشتری به باقیمانده علف‌کش متری بیوزین در خاک به لحاظ گره زایی داشته باشد.

بحث

بر اساس نتایج بدست آمده در این پژوهش، سطوح بسیار پایین از باقیمانده علف‌کش متری بیوزین در خاک، رشد و گره زایی گیاهان  نخود را تحریک نموده است (جداول 2 و 4).  در این ارتباط، بر اساس مطالعات انجام شده، برخی از مواد با وجود آن که در مقادیر توصیه شده و بیش از آن، سمی هستند می توانند در غلظت های کم کاربرد، اثرات تحریک کنندگی بر رشد گیاهان داشته باشند (Duke, Cedergreen, Velini, and Belz,2006). به نظر می رسد هر گونه تغییر در تخصیص منابع ریشه به اندام هوایی، می تواند باعث تحریک رشد در گیاهان شود. در این راستاCedergreen (2008)  در بررسی خود نشان داد که کاربرد علف‌کش‌های مت سولفورون و گلایفوسیت در غلظت های کم، زیست‌توده خشک اندام هوایی در جو را افزایش داده است. در پژوهش های دیگری نشان داده شد که مقادیر بسیار کم از کاربرد  علف‌کش متابنزتیازورون گره زایی گیاه باقلا (Vidal, Martinez, Bergareche, Miranda , and Simon,1992 ) و مقادیر بسیار کم از باقیمانده علف‌کش فورام سولفورون در خاک  گره زایی گیاهان نخود (Soleimanpoor Naghibi, Izadi- Darbandi, Rastgo, Parsa, and Asghrazadeh,2014) را افزایش داده است.  از سویی دیگر و بر اساس نتایج حاصل؛  با افزایش باقیمانده علف‌کش متری بیوزین در خاک، تأثیر منفی علف‌کش بر تمام صفات مورد بررسی افزایش یافت. در این ارتباط، گزارش شده است که بقایای  علف‌کش متری بیوزین،  به طور معنی داری وزن خشک گیاه آرابیدو پسیس Arabidopsis thaliana) ) را کاهش داد  (Ratsch, Johndro and Farlane, 1986)  در مطالعه دیگری که به منظور بررسی اثر بقایای علف‌کش متری بیوزین، یک سال بعد از کاربرد در مزرعة سیب‌زمینی با  مقادیرکاربرد 5/0 ، 1 و 5/1  کیلوگرم در هکتار انجام شد، بقایای علف‌کش مذکور در مقادیرکم (5/0 کیلوگرم در هکتار) 13 درصد خسارت در علف قناری را در پی داشت و عملکرد جو در مقادیر کاربرد بالاتر (یک کیلوگرم در هکتار) 11 درصد کاهش یافت  (Ivany, Sadler, and Kimball,1983 ). در مطالعات  (2012) Fakhrerad et al نشان داده شد که بقایای  علف‌کش متری بیوزین در خاک، زیست‌توده اندام هوایی و ریشه برخی از گیاهان نظیر کلزا، چغندرقند، جو، گندم و نخود را کاهش داده است.  نتایج این پژوهش نشان داد که گره زایی ژنوتیپ های نخود در سطوح بسیار کم از بقایای علف‌کش متری بیوزین در خاک تحریک گردیده  اما با افزایش باقیمانده علف‌کش در خاک، گره زایی کاهش یافته است. گزارش شده است که علف‌کش ها و مقادیر باقیمانده آن ها در خاک؛ می توانند با تأثیر مستقیم بر رشد بقولات، رشد (Anderson et al,2004) و بقا رایزوبیا (Singh and Wright,2002)، گره زایی و فرایند تثبیت نیتروژن را تحت تأثیر قرار دهند. از طرف دیگر این امکان وجود دارد که علف‌کش ها فعالیت آنزیم نیتروژناز در گره ها را تحت تأثیر قرار دهند. با این وجود برخی از علف‌کش ها ممکن است به توانایی رایزوبیوم برای تشخیص گیاه میزبان آسیب بزند (Anderson et al,2004)). با توجه به نتایج بدست آمده در این آزمایش، به نظر می رسد که بقایای علف‌کش متری بیوزین در خاک؛  از طریق تأثیر منفی در غلظت های بالا بر رشد گیاهان نخود، گره زایی آنان را کاهش داده است. در این ارتباط، Izadi- Darbandi and Soleimanpoor Naghibi (2014) در مطالعه ایی اعلام داشتند که بقایای علف‌کش تریفلورالین در خاک، گره زایی گیاه نخود را کاهش داده است. کاهش در گره زایی رقم آی ال سی 482 از گیاه نخود در نتیجه کاربرد علف‌کش متری بیوزین توسط Nesari, Ghorbani and Lashkari (2009). نیز گزارش شده است.

به طور کلی و بر اساس نتایج حاصل از این پژوهش، می‏توان گفت چنانچه مقدار باقیمانده علف‌کش متری بیوزین در خاک به بیش از 10 درصد مقدار توصیه شده برسد می‏تواند رشد و گره زایی ژنوتیپ‏های مورد مطالعه نخود را کاهش دهد. لذا قرار دادن این ژنوتیپ‏ها از نخود در تناوب با محصولاتی که در آن علف‌کش متری بیوزین به کار رفته است توصیه نمی‏شود. در صورت قرار گیری در تناوب نیز، انتخاب ژنوتیپی از نخود (کاکا) که متحمل‏تر به باقیمانده علف‌کش متری بیوزین در خاک باشد؛ ضرورت خواهد داشت. از سویی دیگر به دلیل آن که در سطوح بسیار کم از بقایای علف‌کش متری بیوزین در خاک، اثر تحریک کنندگی بررشد و گره زایی گیاهان نخود مشاهده شد. به نظرمی‏رسد کشت ژنوتیپ‏های مورد بررسی نخود (گیاه تناوبی) در سطوح مذکور در خاک؛ بلامانع باشد. از اینرو، محدودیت در تناوب زراعی می‏تواند از مهم‏ترین مشکلات ناشی از کاربرد علف‌کش‌ متری بیوزین باشد. لذا لزوم رعایت فاصله کاشت پس از برداشت محصولاتی نظیر سیب‌زمینی و سویا، که این علف‌کش در آنها  کاربرد گسترده دارد؛ برای کاهش غلظت بقایای آن از آستانه ضروری است. در این راستا، انجام آزمایش های مزرعه ای و تکمیلی در مناطق مختلف و بافت های متفاوت خاک، توصیه می‌شود.