| تعداد نشریات | 287 |
| تعداد نشریات سازمان | 85 |
| تعداد شمارهها | 3,159 |
| تعداد مقالات | 35,108 |
| تعداد مشاهده مقاله | 50,526,969 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 90,476,648 |
نقش نوع شخم و بقایای گیاهی بر کربن آلی، جرم مخصوص ظاهری، خاکدانهها و فرسایشپذیری خاک | ||
| مهندسی و مدیریت آبخیز | ||
| مقاله 5، دوره 17، شماره 3، مهر 1404، صفحه 340-355 اصل مقاله (619.31 K) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/ijwmse.2025.368337.2097 | ||
| نویسندگان | ||
| مسیب حشمتی* 1؛ محمد قیطوری2؛ یحیی پرویزی3 | ||
| 1استاد، بخش تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان کرمانشاه، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرمانشاه، ایران | ||
| 2دانشیار، بخش تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان کرمانشاه، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرمانشاه، ایران | ||
| 3استاد، پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران | ||
| چکیده | ||
| مقدمه خاکورزی مهمترین فعالیت کشاورزی در سراسر جهان است که نقش بهسزایی بر کیفیت خاک، محیطزیست و عملکرد محصول دارد. در غالب دیمزارهای ایران شخم با گاوآهن برگرداندار و در جهت شیب دامنه انجام میگیرد که بهدلیل نقش آن در انتشار کربن آلی، فرسایش خاک و کاهش عملکرد محصول زیانبارترین نوع خاکورزی است. بر اساس تحقیقات متعدد در نقاط مختلف جهان، شخم متداول با گاوآهن برگرداندار موجب آسیب جدی به ویژگیهای مهم خاک، کاهش ذخیره رطوبت، افزایش هزینه، هدررفت عناصر غذایی، کاهش عملکرد محصول و نیز تبعات خارج حوضهای متعدد ازجمله رسوب، سیل، آلودگی منابع آب، انتشار کربن آلی میشود که در شرایط تغییرات اقلیمی شدیدتر است. بهطوریکه بهعنوان مبحثی جداگانه و مهم در فرسایش خاک تحت عنوان فرسایش شخم قلمداد شده است. هدف پژوهش نیز تعیین اثرات روشهای شخم بر جرم مخصوص ظاهری، پایداری خاکدانهها و فرسایشپذیری خاک بود که در معاونت تحقیقات دیم سرارود به مدت پنج سال (1401-1396) انجام یافت. مواد و روشها این پژوهش در ایستگاه تحقیقاتی موصوف به سرارود (معاونت موسسه تحقیقات دیم کشور) انجام یافت. این ایستگاه در 15 کیلومتری شرق شهر کرمانشاه و سه کیلومتری راه اصلی کرمانشاه-تهران قررار دارد. این پژوهش در قالب طرح آزمایشهای کرتهای دوبار خرد شده بر پایه بلوکهای کامل تصادفی با سه تکرار انجام شد که متشکل از چهار تیمار اصلی (شخم متداول، خاکورزی مرکب، چیزل و کشت مستقیم) و سه تیمار فرعی (بدون بقایای گیاهی، 33 درصد بقایای گیاهی و 66 درصد بقایای گیاهی) بود. بهمنظور برررسی نتیجه تأثیر تیمارها در طول سالهای اجرای طرح، محل تیمارهای اصلی و فرعی ثابت ماند و فقط تناوب کشت تغییر کرد. نمونههای خاک از لایه صفر تا 20 سانتیمتری برداشت شد و مورد آزمایشات جرم مخصوص ظاهری، کربن آلی و پایداری خاکدانهها (به روش الک تر) قرار گرفت. عامل فرسایش از طریق محاسبه عامل فرسایشپذیری (K) در فرمول جهانی فرسایش خاک و بر اساس پنج عامل درصد مواد آلی، درصد سیلت + شن خیلی ریز (0.05 تا یک میلیمتر)، درصد شن درشت (یک تا دو میلیمتر)، ساختمان خاک و نفوذپذیری محاسبه شد. تجزیه آماری دادهها نیز با نرمافزار SAS انجام شد. نتایج و بحث متوسط جرم مخصوص ظاهری در تیمارهای اصلی شامل شاهد (شخم متداول)، خاکورزی مرکب، چیزل و کشت مستقیم بهترتیب 1.62، 1.45، 1.40 و 1.37 گرم بر سانتیمترمکعب بود که بهطور معنیداری در تیمار کشت مستقیم (0.05p<) کمتر بود. تیمارهای فرعی (نسبت بقایای گیاهی) نیز تأثیر معنیداری بر جرم مخصوص ظاهری داشتند، بهطوریکه تأثیر هر دو نسبت 33 و 66 درصد کاه (بقایای محصول) در کاهش آن معنیدار بود. تأثیر تیمارها بر جرم مخصوص ظاهری از سال سوم به بعد معنیدار بود. همچنین نتایج تجزیه آماری تأثیر تیمارهای نوع شخم و نسبت بقایای گیاهی بر کربن آلی خاک در تیمارهای اصلی شامل شاهد (شخم متداول)، خاکورزی مرکب، چیزل و کشت مستقیم بهترتیب 1/20، 1/50، 1/40 و 1/70 درصد بهدست آمد که با هم تفاوت معنیداری داشتند (0.05p<)، اما تأثیر کشت مستقیم بر افزایش کربن آلی خاک بیشتر بود. تیمارهای فرعی (نسبت بقایای گیاهی) نیز تأثیر معنیداری بر کربن آلی خاک داشتند، بهطوریکه تأثیر هر دو نسبت 33 و 66 درصد کاه (بقایای محصول) در کاهش آن معنیدار بود. نسبت خاکدانههای خیلی ریز در تیمار کشت مستقیم و با بیشترین بقایای گیاهی بهطور معنیداری کمتر بود. مقدار خاکدانههای متوسط در سطح تیمارها با هم تفاوت معنیداری نداشتند. خاکدانههای خیلی درشت کشت متداول و تیمار فرعی بدون بقایای محصول بهطور معنیداری کمتر بود. اندازه خاکدانههای خاک در سال سوم و عمدتاً در چهارم معنیدار بود. بهعبارتی افزایش خاکدانههای درشت و خیلیدرشت و به همان نسبت کاهش خاکدانههای ریز و خیلیریز از سوم به بعد نمایان شده است. نتایج بیانگر نقش مؤثر روشهای مختلف خاکورزی حفاظتی در کاهش فرسایشپذیری خاک در مقایسه با خاکورزی متداول است. نتایج این پژوهش نشان داد که سه روش خاکورزی حفاظتی نقش مؤثری در بهبود ویژگیهای مورد ارزیابی خاک داشتند. البته که نقش کشت مستقیم (بدون شخم) در این روند برجستهتر بود. بهطوریکه در نتایج اشاره شد، با گذشت زمان از اجرای پژوهش، بهتدریج کربن آلی و نسبت خاکدانههای درشت (یک تا دو میلیمتر) و خیلی درشت (دو تا 4.6 میلیمتر) در تیمارهای خاکورزی حفاظتی افزایش یافت. نتیجهگیری خاکورزی حفاظتی بههمراه باقی گذاشتن بقایای گیاهی در خاک بهطور معنیداری موجب بهبود مهمترین ویژگیهای کیفیت خاک مورد اندازهگیری شدند که شامل کربن آلی، جرم مخصوص ظاهری و نسبت خاکدانههای درشت خاک بود. بیخاکورزی (کشت مستقیم) با یکسوم بقایای گیاهی (33 درصد) بهعنوان مناسبترین روش شخم در شرایط دیم و تناوب گندم و نخود که در غالب مناطق نیمهخشک کشور مرسوم است بهعنوان تیمارهای مناسب این پژوهش ارائه میشود. | ||
| کلیدواژهها | ||
| بقایای گیاهی؛ شخم چیزل؛ خاکورز مرکب؛ کشت مستقیم؛ گندم زمستانه | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Effects of tillage practice and crop residue retention on soil organic carbon, bulk density and aggregate and erodibility | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Mosayeb Heshmati1؛ Mohamad Gheitury2؛ Yahya Parvizi3 | ||
| 1Professor, Kermanshah Center for Agricultural and Natural Resources Research and Education, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Kermanshah, Iran | ||
| 2Associate Professor, Kermanshah Center for Agricultural and Natural Resources Research and Education, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO),Kermanshah, Iran | ||
| 3Professor, Soil Conservation and Watershed Management Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Tehran, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Introduction Tillage is the most significant agricultural practice worldwide, playing a crucial role in soil quality, the environment, and crop yield. In the majority of Iran's rainfed farmlands, tillage is performed using moldboard plows and along the slope gradient. Due to its role in organic carbon depletion, soil erosion, and reduced crop yield, this method is considered the most detrimental form of tillage. Based on numerous studies worldwide, conventional tillage using a moldboard plow severely damages key soil properties, reduces moisture retention, increases costs, leads to nutrient loss, decreases crop yield, and causes numerous off-site consequences such as sedimentation, flooding, water pollution, and organic carbon depletion, these impacts are exacerbated under climate change, making it a distinct and critical issue in soil erosion, specifically termed tillage erosion. The aim of the study was to determine the effects of tillage methods on bulk density, aggregate stability, and soil erodibility, conducted at the Sararoud Dryland Agricultural Research sub-institute over a five-year period (2017–2022). Materials and methods This research was conducted at the Sararood research station (Dryland Agricultural Research sub-institute). The station is located 15 km east of Kermanshah city and 3 km from the main Kermanshah-Tehran road. This research was conducted as a split-split plot experiment based on a randomized complete block design with three replications. The experiment consisted of four main treatments (conventional tillage, combined tillage, chisel tillage, and no-tillage) and three sub-treatments (no plant residue, 33% plant residue, and 66% plant residue). To evaluate the long-term effects of the treatments, the locations of the main and sub-treatments remained fixed throughout the study period, with only the crop rotation being altered. Soil samples were collected from the 0-20 cm depth layer and analyzed for bulk density, organic carbon, and aggregate stability (using the wet sieving method). The erosion factor was calculated by determining the erodibility factor (K) in the Universal Soil Loss Equation, based on five parameters: organic matter content, percentage of silt + very fine sand (0.05–1 mm), percentage of coarse sand (1–2 mm), soil structure, and permeability. Statistical analysis of the data was performed using SAS software. Results and discussion The mean bulk density in the main treatments, including control (conventional tillage), combined tillage, chisel tillage, and no-tillage, was 1.62, 1.45, 1.40, and 1.37 g/cm³, respectively, with a significant decrease (p < 0.05) observed in the no-tillage treatment. The sub-treatments (crop residue levels) also had a significant effect on bulk density, with both 33% and 66% straw (crop residue) rates significantly reducing it. The effect of treatments on bulk density became significant from the third year onward. The statistical analysis also revealed the effects of tillage methods and crop residue levels on soil organic carbon. In the main treatments—control (conventional tillage), combined tillage, chisel tillage, and no-tillage—soil organic carbon content was 1.20%, 1.50%, 1.40%, and 1.70%, respectively, these values showed significant differences (p < 0.05), with no-tillage having the greatest effect on increasing soil organic carbon. The sub-treatments (crop residue levels) also had a significant effect on soil organic carbon, with both 33% and 66% straw (crop residue) rates significantly increasing it. The proportion of very fine aggregates was significantly lower in the no-tillage treatment with the highest crop residue level. The amount of medium-sized aggregates did not differ significantly among the treatments. The proportion of very large aggregates was significantly lower in conventional tillage and the sub-treatment without crop residue. The size of soil aggregates became significant in the third year and predominantly in the fourth year. In other words, an increase in large and very large aggregates and a corresponding decrease in fine and very fine aggregates were observed from the third year onward. The results indicate the effective role of various conservation tillage methods in reducing soil erodibility compared to conventional tillage. The results of this study showed that the three conservation tillage methods played an effective role in improving the evaluated soil properties. Certainly, the role of no-tillage (without plowing) was more prominent in this process. As indicated in the results, over time following the implementation of the study, organic carbon and the proportion of large (1–2 mm) and very large (2–4.6 mm) aggregates gradually increased in the conservation tillage treatments. Conclusions Conservation tillage combined with retaining crop residues significantly improved the most important measured soil quality properties, including organic carbon, bulk density, and the proportion of large soil aggregates. No-tillage (direct seeding) with one-third crop residue (33%) is recommended as the most suitable tillage method under rainfed conditions and wheat-chickpea rotation, which is common in most semi-arid regions of the country, and is proposed as the optimal treatment in this study. | ||
| کلیدواژهها [English] | ||
| Chisel tillage, Crop residue, Combined tillage, No tillage, Winter wheat | ||
| مراجع | ||
|
Afzali-Gorouh, H., Naghavii, H., Rostami, M., Najafinezhad, H., 2019. Effect of conservation tillage and wheat residue management in some soil properties and grain yield of corn. Iran. J. Soil Res. 33(1) (in Persian). Ansari, M.A., Choudhury, B.U., Layek, J., Anup, D., Lal, R., Mishra, V.K., 2022. Green manuring and crop residue management: Effect on soil organic carbon stock, aggregation, and system productivity in the foothills of Eastern Himalaya (India). Soil Till. Re. 218, 105318. Asghari Saraskanroud, S., Faal-Naziri, M., Ardashirpay, A.A., 2019. Studying the effects of land use on soil erosion with WLC algorithm, case of study: Agh Laghan Chay basin. J. Environ. Erosion. Res. (2), 53-71 (in Persian). Arai, A., Miura, T., Tsuzura, H., Minamiya, Y., Kaneko, N., 2018. Two-year responses of earthworm abundance, soil aggregates, and soil carbon to no-tillage and fertilization. Geoderma 332, 135-141. Arya, P., Amirkhani, R., 2005. Methods for soil physical characteristics. No 479. Soil and Water Research Institute of Iran press, 33 pages (in Persian). Bashour, I.I., Sayegh, A.H., 2007. Methods of analysis for soils of arid and semi-arid regions, FAO, Rome. Blanco, H., Lal, R., 2008. Principles of soil conservation and management. Springer Publisher, NewYork. Blake G.R., Hartge, K.H., 1986. Bulk density. p. 363-375. In Klute A. (ed.). Methods of soil analysis. 2nd ed. Agron. Monogr. 9. ASA. Madison. WI. Behtari, B., Jafarian, Z., Alikhani, H., 2018. Measurement and modeling of the heterotrophic soil respiration response to temperature in grazing and grazing exclosure rangeland. J. Range Water. Manage. 71(3), 613-627 (in Persian). Boselli, R., Fiorini, A., Santelli, S., Ardenti, F., Capra, F., Maris, S.C., Tabaglio, V., 2020. Cover crops during transition to no-till maintain yield and enhance soil fertility in intensive agro-ecosystems. Field Crops Rese. 255, 07871. Bayat, R., Arabkhedri, M., Parvizi, Y., Gerami, Z., 2021.Determination of soil infiltration in rainwater catchment areas using field rain simulator. J. Rainwater Catchment Syst. 9(2), 1-10 (in Persian). Chiodini, M.E., Brenna, S., Acutis, M., 2019. Agro-environmental aspects of conservation agriculture compared to conventional systems: A 3-year experience on 20 farms in the Po valley (Italy). Agric. Syst.168, 73-87. Crittenden, N.P., Heinen, M., Balen, D.J.M., Pulleman, M.M., 2015. Soil physical quality in contrasting tillage systems in organic and conventional farming. Soil Tillage Res. 154, 136–144. Dewia, R.K., Fukudac, M., Takashimac Yagiokad, A., Komatsuzakic, M., 2021. Soil carbon sequestration and soil quality change between no-tillage and conventional tillage soil management after 3 and 11 years of organic farming. J. Soil Sci. Plant Nutr. 68(1):, 133-148. Jabro, J.D., Stevens, W.B., Iversen, W.M., Sainju, U.M., Allen, B.L., 2021. Soil cone index and bulk density of a sandy loam under no-till and conventional tillage in a corn-soybean rotation. Soil Tillage Res. 206, 104842. Jalalifard, A., Hosseinalizadeh, M., Komaki, C.B., Azimmohseni, M., 2019. Modeling of piping erosion in loess soils J. Environ. Erosion Res. 8(4), 1-18 (in Persian). Gura, I., Mnkeni, P.N.S., 2019. Crop rotation and residue management effects under no till on the soil quality of a Haplic Cambisol in Alice, Eastern Cape, South Africa. Geoderma 337, 927-934. Haseeb-Raza, M., Abid, M., Yan, T., Naqvi, S.A.A., Akhtar, S., Faisal, M., 2019. Understanding farmers’ intentions to adopt sustainable crop residue management practices: A structural equation modeling approach. J. Cleaner Prod. 227, 613-623. Heshmati, M., Gheitouri, M., 2018. Land-use Change; Achilles heel to Overcoming the Environmental Crisis, Process and Impacts. Geogr. Environ. Sustainability. 8(1), 89-105. Heshmati, M., Arifin, A., Shamshuddin, J., Majid, N.M., 2012. Predicting N, P, K and organic carbon depletion in soils using MPSIAC model at the Merek catchment, Iran. Geoderma 175-176, 64-77. Houshyar, E., Esmailpour, M., 2020. The impacts of tillage, fertilizer and residue managements on the soil properties and wheat production in a semi-arid region of Iran, J. the Saudi Soc. Agric. Sci. (3), 225-232. Fallahzade, J., Hajabbasi, M.A., 2012. Land use chang effects on carbohydrate fractions, total and particulate organic matter of forest soils in Zagros Mountains. J. Appl. Sci. 12(4), 387-392. Jat, H.S., Datta, A., Choudhary, M., Yadav, A.K., Choudhary, V., Sharma, P.C., Gathala, M.K., Jat, M.L., McDonald, A., 2019. Effects of tillage, crop establishment and diversification on soil organic carbon, aggregation, aggregate associated carbon and productivity in cereal systems of semi-arid Northwest India. Soil Tillage Res. 190, 128-138. Lin, H., Zhou, M., Zeng, F., Xu, P., Ma, S., Zhang, B., Li, Z., Wang, Y., Zhu, B., 2022. How do soil organic carbon pool, stock and their stability respond to crop residue incorporation in subtropical calcareous agricultural soils? Agric. Ecosyst. Environ. 332, 107927. Lognoul, M., Theodorakopoulos, N., Hiel, M.P., Regaert, D., Broux, F., Heinesch, B., Bodson, B., Vandenbol, M., Aubinet, M., 2017. Impact of tillage on greenhouse gas emissions by an agricultural crop and dynamics of N2O fluxes: Insights from automated closed chamber measurement. Soil Tillage Res. 167, 80-89. Medeiros, A.S., Cesário, F.E., Maia, S.F., 2023. Long-term impact of conventional management on soil carbon and nitrogen stocks in the semi-arid region of Brazil: A meta-analysis, J. Arid Environ. 218, 105052. Naimi, S., Ayoubi, S., Di Loreto Di Raimo, L.A., Melo Dematte, J.A., 2022. Quantification of some intrinsic soil properties using proximal sensing in arid lands: Application of Vis-NIR, MIR, and pXRF spectroscopy. Geoderma Reg. 28, e00484. Nelson, R.E., Sommers, L.E., 1982. Total Carbon, Organic Carbon and Organic Matter. in: Keeney, D.R., Baker, D.E., Miller, R.H., Ellis, R.J., Rhoades., J.D. (Eds.), Methods of Soil Analysis, part 2. Chemical and Microbiological Properties. Am. Soc. Agro. Soil Sci., Madison, Wisconsin, pp. 539-580. Ogieriakhi, M.O., Woodward, R.T., 2022. Understanding why farmers adopt soil conservation tillage: A systematic review. Soil Secur. 9, 100077. Qi, J.Y., Han, S.W., Lin, B.J., Xiao, X.P., Jensen, J.L., Munkholm, L.J., Zhang, H.L., 2022. Improved soil structural stability under no-tillage is related to increased soil carbon in rice paddies: Evidence from literature review and field experiment. Environ. Technol. Innovation 26, 102248. Safari, A., Asoodar, M., Ghasemi nejad, M., Abdali, A., 2013. Effect of residue management, different conservation tillage and seeding on soil physical properties and wheat grain yield. J. Agric. Sci. Sustainable Prod. 23(2), 49-59 (in Persian). Sausa-Medeiros, A.S., Santos, T.C.D., Ferreira Maia, S.M., 2022. Effect of long-term and soil depth on soil organic carbon stocks after conversion from native vegetation to conventional tillage systems in Brazil. Soil Tillage Res. 219, 105336. Shamabadi, Z., 2015. Study the effect of conservation tillage on fuel consumption productivity and rain-fed wheat yield. J. Dryland Agro. 4 1, 17-28 (in Persian). Soil Survey Staff, 2003. Keys to Soil Taxonomy (9th edit.) United States Department of Agriculture, United States Department of Agriculture Natural Resources Conservation Service. Virginia, 322 pages. Ravindra, K., Singh, T., Mor, S., 2019. Emissions of air pollutants from primary crop residue burning in India and their mitigation strategies for cleaner emissions. J. Cleaner Prod. 208, 261-273. Rong, L., Duan, X., Zhang, G., Gu, Z., Feng, D., 2019. Impacts of tillage practices on ephemeral gully erosion in a dry-hot valley region in southwestern China. Soil Tillage Res. 187, 72-84. Rostami, F., Feiznia, S., Heshmati, M., Yusefiyegaheh, B., 2023. Application of grain-size statistics, lithofacies and architectural element in determining depositional environment of Kashkan Formation in Merk watershed, Kermanshah. International. J. Environ. Sci. Technol. 1(17), 1351-1371. Toan, N.S., Hanh, D.H., Dong Phuong, N.T., Thuy, P.T., Dong, P.D., Gia, N.T., Tran Thi, L.T., Thu, N., Van Thanh, D.T., Khoo, K.S., Show, P.L., 2022. Effects of burning rice straw residue on-field on soil organic carbon pools: Environment-friendly approach from a conventional rice paddy in central Viet Nam. Chemosphere 294, 133596. Topa, D., Cara, I.J., Jităreanu, G., 2021. Long term impact of different tillage systems on carbon pools and stocks, soil bulk density, aggregation and nutrients: A field meta-analysis. Catena199, 105102. Wang. Y., Shen, Z., Niu, J., Liu, R., 2009. Adsorption of phosphorus on sediments from the Three-Gorges Reservoir (China) and the relation with sediment compositions. J. Hazard. Mater. 162(1), 92-98. Wittwer, R.A., Dorn, B., Jossi, W., van der Heijden M.G.A., 2017. Cover crops support ecological intensification of arable cropping systems. Nature Sci. Rep. 7, 41911. Xiao, S.S., Ye, Y.Y., Xiao, D., Chen, W.R., Zhang, W., Wang, K.L., 2019. Effects of tillage on soil N availability, aggregate size, and microbial biomass in a subtropical karst region. Soil Tillage Res. 192, 187-195. Yang, Y., Ding, J., Zhang, Y., Wu, J., Zhang, J., Pan, X., Gao, C., Wang, Y., He, F., 2018. Effects of tillage and mulching measures on soil moisture and temperature, photosynthetic characteristics and yield of winter wheat. Agric. Water Manage. 201, 299-308. Yin, T., Zhao, C., Yan, C., Du, C., He, W., 2018. Inter-annual changes in the aggregate-distribution and associated carbon of soil and their effects on the straw-derived carbon incorporation under long-term no-tillage. J. Integr. Agric. 17(11), 2546-2557. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 590 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 162 |
||