تأثیر میزان رطوبت خاک بر معدنی شدن و ثابت سرعت تجزیه فسفر آلی بقایای گیاهی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 فارغ التحصیل کارشناسی ارشد/دانشگاه زنجان

2 استاد/دانشگاه زنجان

چکیده

سابقه و هدف: بقایای گیاهی به‌دلیل دارا بودن عناصر غذایی مورد نیاز گیاهان در چرخه‌ی طبیعی این عناصر نقش مهمی دارند. با توجه به نقش بقایای گیاهی در بهبود حاصلخیزی خاک، آگاهی از شیوه‌های مختلف مدیریت بقایای گیاهی و انتخاب بهترین شیوه‌ی مدیریت برای این بقایا امری لازم و ضروری است. ترکیبی از عوامل محیطی و زیستی در سرعت معدنی شدن فسفر آلی در خاک نقش دارند و میکروب‌ها عامل اصلی در تجزیه کلش‌ و بقایای گیاهی هستند. عوامل غیر زنده شامل دما، نوع خاک، چگالی ظاهری، رطوبت خاک و کیفیت آب آبیاری از طریق تاثیرگذاری بر فعالیت‌های میکروبی بر معدنی شدن فسفر آلی موثرند. سرعت معدنی شدن فسفر آلی در مناطقی با دما و رطوبت بالا نسبت به مناطق سرد و خشک بیشتر است. با توجه به رابطه‌ی معکوس بین رطوبت خاک و میزان تهویه هدف این پژوهش بررسی تاثیر مقادیر مختلف رطوبت خاک بر سرعت تجزیه‌ی بقایا و معدنی شدن فسفر آلی می‌باشد.
مواد و روش‌ها: به‌منظور بررسی تأثیر میزان رطوبت خاک بر مقدار معدنی شدن و ثابت سرعت تجزیه فسفر آلی یک آزمایش به صورت کرت‌های دو بار خرد شده، بر پایه‌ی طرح کاملا تصادفی، با سه تکرار و با استفاده از کیف کلش ، در گلخانه به اجرا در آمد. فاکتورهای مورد بررسی در این آزمایش شامل نوع بقایای گیاهی در دو سطح (جو و یونجه)، سطوح رطوبتی خاک در پنج سطح (10، 25، 50، 75 و 100 درصد رطوبت اشباع) و مدت زمان خوابانیدن بقایا در چهار سطح (1، 2، 3 و 4 ماه) بودند که به ترتیب در کرت‌های اصلی، فرعی و فرعی- فرعی قرار داده شدند. پس از سپری شدن فواصل زمانی خوابانیدن، کیف‌های کلش از خاک خارج و پس از اندازه‌گیری وزن بقایای گیاهی باقیمانده در آن‌ها میزان فسفر آلی بقایا به‌روش رنگ سنجی (رنگ زرد مولیبدات وانادات) اندازه‌گیری شد. مقدار معدنی شدن فسفر آلی از کسر میزان فسفر آلی باقیمانده در هر بازه زمانی از میزان فسفر آلی باقیمانده‌ در بازه‌ی زمانی ما قبل آن محاسبه گردید.
یافته‌ها: در رطوبت‌های 10، 25، 50، 75 و 100 درصد رطوبت اشباع به ترتیب 24/25، 38/36، 40/43، 87/36 و 25/31 درصد فسفر آلی بقایا طی یک دوره‌ی چهار ماهه آزاد شد. همچنین مقدار ثابت سرعت تجزیه فسفر آلی بقایای گیاهی در سطوح رطوبتی ذکر شده به ترتیب 13/0، 20/0، 26/0، 21/0 و Month-1 16/0 در یک دوره‌ی چهار ماهه بود.
نتیجه‌گیری: مقدار معدنی شدن فسفر آلی بقایا در اولین ماه خوابانیدن به‌مراتب بیشتر از سه ماهه‌ی بعدی خوابانیدن بود. بیشترین مقدار معدنی شدن فسفر آلی در سطح رطوبت 50 درصد اشباع (رطوبت ظرفیت مزرعه) مشاهده گردید. نتایج همچنین نشان دادند که بیش بود رطوبت (کمبود تهویه) همانند کمبود آن عامل محدود کننده‌ی قوی برای معدنی شدن فسفر بود و در رطوبت‌های اشباع و نزدیک به آن، مقدار معدنی شدن فسفر آلی اندک و نزدیک به مقدار معدنی شدن فسفر در سطوح رطوبتی کمتر از ظرفیت مزرعه بود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The effects of soil moisture levels on organic phosphorus mineralization and rate constant of decomposition

نویسنده [English]

  • zahra najafi 1
چکیده [English]

Background and objectives: Plant residues, due to having amounts of nutrients that required by plants, plays an important role in the natural cycle of this elements. Due to the role of plant residues in the improvement of soil fertility, understanding the various management practices and choose the best method of management is necessary. A combination of environmental and biological factors are involved in organic phosphorus mineralization. Microbes are agents responsible for litter degradation and abiotic factors such as temperature, soil type, bulk density, soil moisture and irrigation water quality influence organic phosphorus mineralization rates since microbial activities are affected by these factors. The rate of organic phosphorus mineralization is higher in warm and moist environments than in cold or dry sites. Due to the inverse relationship between soil moisture and aeration this experiment was performed to evaluate the effects of soil moisture levels on organic phosphorus mineralization and rate constant of decomposition.
Materials and methods: This experiment was performed to evaluate the effects of soil moisture on organic phosphorus mineralization and degradation rate constant of phosphorus from alfalfa and barley residues. For this purpose, a split – split plot experiment with three replications was conducted using litter bag method in greenhouse. Factors examined were types of plant residue (barley and alfalfa), soil moisture levels (10, 25, 50, 75 and100% saturation) and incubation time intervals (1, 2, 3 and 4 months). At the end of incubation periods, the litter bags were pulled of the pots and the weights of plant residues remained in bags were measured. The plant residues were also analyzed for organic phosphorus using colorimetry method. Organic phosphorus mineralization were calculated by subtracting the remaining amounts of organic phosphorus in one incubation time interval from those of the latter incubation.
Results: The results showed that the amounts of organic phosphorus mineralization after 4 months were 25.24, 36.38, 43.40, 36.87 and 31.25% for plant residues when the soil moisture levels were adjusted at 10, 25, 50, 75 and 100% of saturation percentage (sp) respectively. The corresponding amounts for degradation rate constant of phosphorus were also 0.13, 0.20, 0.26, 0.21 and 0.16 Mounth-1 for plant residues.
Conclusion: The rate of organic phosphorus mineralization in the first month of incubation were higher than the sum of those mineralization in the other months of incubation. maximum amounts of phosphorus mineralization observed at 50% sp. The results also showed that in the case of organic phosphorus, soil moisture abound is a strong limiting factor for phosphorus mineralization same as soil moisture deficit and in saturated soils the amount of organic phosphorus mineralization was same to low levels of soil moisture.

کلیدواژه‌ها [English]

  • soil moisture
  • Amounts of organic phosphorus mineralization
  • Degradation rate constant of phosphorus
  • Plant residues
1.Ali Ehyaei, M., and Behbahanizade, A.A. 1993. Methods of soil analysis. Soil and Water
Research Institute. 1: 893. 6-98. (In Persian)
2.Baldock, J.A. 2007. Composition and cycling of organic carbon in soil. Nutrient Cycling in
Terrestrial Ecosystems. Springer Berlin Heidelberg. Pp: 1-35.
3.Bremner, J.M., and Mulvaney, C.S. 1982. Nitrogen total. P 595-624, In: A.L. Page, R.H.
Miller and D.R. Keeney (Eds.), Methods of soil analysis. Part 2. Chemical analysis.
American Society of Agronomy Inc. and Soil Science Society of American Inc. Madison,
W.I.
4.Das, S.K., Reddy, S.G., Sharma, K.L., Vittal, K.P.R., Venkateswarlu, B., Reddy, M.N., and
Reddy, Y.V.R. 1993. Prediction of nitrogen availability in soil after crop residue
incorporation. Fertilizer research. 34: 209-215.
5.Duong, T.T.T. 2009. Dynamics of plant residue decomposition and nutrient release, school of
earth and environmental science. The University of Adelaide. Australia.
6.Franzluebbers, A.J. 1999. Microbial activity in response to water-filled pore space of variably
eroded southern Piedmont soils. Applied Soil Ecology. 11: 91-101.
7.Kumar, K., and Goh, K.M. 2000. Crop residues and management practices: effects on soil
quality, soil nitrogen dynamic, crop yield and nitrogen recovery. Advances in Agronomy.
68: 197-319.
8.Leiros, M.C., Trasar-Cepeda, C., Seoane, S., and Gil-Sotres, F. 1999. Dependence of
mineralization of soil organic matter on temperature and moisture. Soil Biology and
Biochemistry. 31: 327-335.
9.Linn, D.M., and Doran, J.W. 1984. Effect of water-filled pore space on carbon dioxide and
nitrous oxide production in tilled and nontilled soils. Soil Sci. Soc. Amer. J. 48: 1267-1272.
10.Loveland, P., and Webb, J. 2003. Is there a critical level of organic matter in the agricultural
soils of temperate regions: a review. Soil and Tillage Research. 70: 1-18.
11.Najafi, Z., Golchin, A., and Shafiei, S. 2016. The effects of soil moisture levels on dynamic
of organic carbon and nitrogen from alfalfa and barley residues. Water and soil conservation.
23: 171-186. (In Persian)
12.Olson, J.S. 1963. Energy storage and balance of producers and decomposition in ecological
systems. Ecology. 44: 322-331.
13.Pal, D., and Broadbent, F.E. 1975. Influence of moisture on rice straw decomposition in
soils. Soil Science Society of America. 39: 59-63.
14.Quemada, M., and Cabrera, M.L. 1997. Temperature and moisture effects on C and N
mineralization from surface applied clover residue. Plant and Soil. 189: 127-137.
15.Silveira, M.L., Reddy, K.R., and Comerford, N.B. 2011. Litter decomposition and soluble
carbon, nitrogen and phosphorus release in a forest ecosystem. Open J. Soil Sci. 1: 86-96.
16.Singh, Y., Singh, B., and Timsina, J. 2005. Crop residue management for nutrient cycling
and improving soil productivity in rice-based cropping systems in the tropics. Advances in
Agronomy. 85: 269-407.
17.Sommers, L.E., Gilmour, C.M., Wildung, R.E., and Beck, S.M. 1981. The effect of water
potential on decomposition processes in Soils. In: Water Potential Relations in Soil
Microbiology. ASA Spec. Pub. 9 (J.F. Parr, W.R. Gardner and L.F. Elliott, Eds.).
P 97-117, American Society of Agronomy, Madison, W.I.
18.Stanford, G., Frere, M.H., and Vanderpol, R.A. 1975. Effect of fluctuating temperature on
soil nitrogen mineralisation. Soil Science. 119: 222-226.
19.Tarafdar, J.C., and Jungk, A. 1987. Phosphatase activity in the rhizosphere and its relation to
the depletion of soil organic phosphorus. Biology and Fertility of Soils. 3: 199-204.
20.Walkley, A., and Black, I.A. 1934. An examination of Degtjareff method for determining
soil organic matter and proposed modification of the chromic acid titration method. Soil
Science. 37: 29-37.
21.Zak, D.R., Holmes, W.E., MacDonald, N.W., and Pregtizer, K.S. 1999. Soil temperature,
matric potential and the kinetics of microbial respiration and nitrogen mineralization. Soil
Sci. Soc. Amer. J. 63: 575-584.