ارزیابی تأثیر کاربرد کانی فلوگوپیت در بستر رشد شنی بر عملکرد و جذب پتاسیم گیاه جو تحت تنش خشکی

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری ، گروه علوم خاک، دانشگاه صنعتی اصفهان

2 استاد، گروه علوم خاک، دانشگاه صنعتی اصفهان،

3 استاد، گروه علوم خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

چکیده

سابقه و هدف: خشکی مهم‌ترین تنش شناخته‌شده‎ی غیر‎زیستی است که اثر زیادی بر رشد و عملکرد محصولات مختلف در جهان دارد. از بین عناصر غذایی، پتاسیم (K) نقش مهمی در رشد و متابولیسم گیاه دارد و به زنده‌ماندن و تولید زیست‌توده مناسب گیاهان تحت شرایط تنش‎های زیستی و غیر‎زیستی مختلف، به ویژه تنش خشکی کمک می‎کند. تحت شرایط تنش خشکی، پتاسیم بازشدن روزنه‎ها را تنظیم می‎کند و گیاهان را با کمبود آب سازگار می‎‌کند. در این پژوهش کانی فلوگوپیت به عنوان منبع غنی از پتاسیم و بهبوددهنده ویژگی‌های شیمیایی خاک (کود پتاسیمی) برای تعدیل آثار نامطلوب تنش خشکی بر رشد و عملکرد جو در شرایط گلخانه‎ای مورد ارزیابی قرار گرفت.
مواد و روش‌ها: این پژوهش به صورت آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار در گلخانه هیدروپونیک دانشگاه صنعتی اصفهان انجام شد. بستر رشد مخلوطی از شن کوارتزی و فلوگوپیت تحت اعمال سطوح مختلف تنش خشکی بود و گیاهان به وسیله دو نوع محلول غذایی کامل و بدون پتاسیم در دوره پنج ماهه کشت تغذیه شدند. در پایان دوره کشت، شاخساره و ریشه گیاه جداگانه برداشت شده و وزن خشک آنها یادداشت شد. مقدار پتاسیم در عصاره تهیه‌شده به روش خاکستر‎گیری خشک گیاه توسط فلیم‎فوتومتر تعیین شد. درصد رهاسازی پتاسیم از فلوگوپیت در شرایط تغذیه‎ای بدون پتاسیم محاسبه شده و تجزیه عنصری توسط روش فلورسانس اشعه ایکس (XRF) بر روی چند نمونه انتخابی از بستر کشت صورت گرفت.
یافته‌ها: وزن خشک و پتاسیم جذب‌شده در شاخساره و ریشه گیاهان رشدیافته در بستر حاوی فلوگوپیت، نسبت به بستر شاهد بیشتر بود. همچنین افزایش این دو ویژگی در تیمار با محلول غذایی کامل، نسبت به گیاهان رشدکرده در شرایط تغذیه‎ای بدون پتاسیم مشاهده شد. تنش خشکی عملکرد و جذب پتاسیم گیاه را کاهش داد، بیشترین کاهش وزن خشک و جذب پتاسیم در گیاهان تغذیه‌شده با محلول غذایی بدون پتاسیم، تحت تنش خشکی شدید مشاهده شد. همبستگی مثبت و زیادی بین وزن خشک شاخساره و پتاسیم جذب‌شده‎ی آن و وزن خشک ریشه و پتاسیم جذب‌شده‎ی آن وجود داشت. نتایج تجزیه عنصری ذرات فلوگوپیت پیش از استفاده و پس از کاربرد در بستر رشد با میزان پتاسیم جذب‌شده توسط گیاه همخوانی داشت. بیشترین درصد تخلیه پتاسیم از کانی در سطح بدون تنش خشکی مشاهده شد. علاوه بر این، نتایج تجزیه عنصری نشان داد که میزان پتاسیم کانی فلوگوپیت (K2O) نمونه‌ها نسبت به نمونه شاهد کاهش یافته و بیشترین کاهش در تیمار بدون تنش خشکی، مشاهده شد. در کل به نظر می‎رسد کاربرد فلوگوپیت با رهاسازی پتاسیم بین‌لایه‎ای خود، آثار منفی تنش خشکی را به دلیل نقش ویژه پتاسیم در تنظیم باز و بسته‌شدن روزنه‎های برگ، افزایش سرعت فتوسنتز و حفظ آب در بافت‌های گیاه کاهش می‎دهد.
نتیجه‌گیری: نتایج این پژوهش نشان داد که استفاده از کانی فلوگوپیت به عنوان یک منبع طبیعی و کم‎هزینه در کشور، به منظور تأمین پتاسیم مورد نیاز گیاه، در بستر رشد گیاهان به ویژه در محیط‎های گلخانه‎ای برای کاهش آثار تنش خشکی مفید واقع شده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Evaluation of the effect of phlogopite mineral application in a sandy growth medium on the barley yield and potassium uptake under drought stress

نویسندگان [English]

  • Rezvan Rezaeinejad 1
  • Hossein Khademi 2
  • Shamsollah Ayoubi 2
  • Mohammad Reza Mosaddeghi 2
  • Farhad Khormali 3
1 Department of Soil Science College of Agriculture Isfahan University of Technology
2 Department of Soil Sci. College of Agriculture Isfahan University of Technology
3 Department of Soil Science College of Agriculture Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources
چکیده [English]

Background and objectives: Drought is the most important known abiotic stress which strongly affects the growth and yeild of different crops worldwide. Among all the mineral nutrients, potassium (K) plays a particularly critical role in plant growth and metabolism, and also contributes to the survival of plants and adequate biomass production under various biotic and abiotic stresses, especially under drought stress. Under drought stress conditions, K regulates the stomatal opening and helps plants adapt to water deficits. In this study, the effect of phlogopite, as a potassium-rich source and a soil chemical conditioner, to help moderate the adverse effects of drought stress on barley growth and yield under greenhouse conditions was evaluated.
Materials and methods: This study was conducted as a completely randomized design with factorial arrangement and 3 replications in the hydroponic greenhouse of the Isfahan University of Technology. The growth medium was a mixture of quartz sand and phlogopite and different levels of drought stress were applied. Plants were supplied with either a complete or a potassium-free nutrient solution during the five-month growth period. At the end of the experiment, shoots and roots were harvested separately and their dry weight recorded. The amount of potassium in the extract prepared by the dry ash method was determined by a flame photometer. The percentage of potassium release from phlogopite in potassium-free nutrient solution was calculated and elemental analysis (XRF) was performed on several selected samples.
Results: The shoot and root dry weight and potassium uptake of plants grown in the phlogopite containing media were higher than those in the control media. These two parameters were also higher in plants received complete nutrient solution as compared to those supplied with the K- free nutrient solution. Drought stress reduced yield and potassium uptake. The highest levels of loss of dry weight and potassium uptake were observed in plants supplied with the K-free nutrient solution under severe drought stress. There was a significant positive correlation between the shoot dry weight and K uptake and also between the root dry weight and K uptake. The results of the elemental analysis of phlogopite particles before and after application in the growth medium were consistent with the amount of potassium uptake by the plant. The highest percentage of potassium removal was observed under no drought stress conditions. In general, it looks like that the application of phlogopite alleviates the negative effects of drought stress by releasing its interlayer potassium, due to the important role of potassium in regulating stomatal opening and closing, increase photosynthesis rate and water retention in plant tissues.
Conclusion: The results of this study showed that the application of phlogopite was useful as a natural and low-cost source to supply K requirement in plant growth medium to reduce the effects of the drought stress, especially in the greenhouse.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Growth medium
  • Drought stress
  • Potassium release
  • Rhizosphere
  • Phlogopite

مراجع

1.Amonette, J.E., and Zelazeny, L.W. 2000. Handbook of Soil Science; CRC Press, Boca Raton, FL. 2313p.
2.Aslam, M., Zamir, M.Sh.I., Afzal, I., and Yaseen, M. 2013. Morphological and physiological response of maize hybrids to potassium application under drought stress. Journal of Agricultural Research 51: 4. 443-454.
3.Bandian, L., Saeb, H., and Abedy, B. 2016. Effect of bentonite on growth indices and physiological traits of spinach (Spinacia oleracea L.) under drought stress. 2: 4. 1-6.
4.Ghalandari, S., Kafi, M., Goldanii, M., and Bagheri, A. 2019. The effect of drought stress on some of morphological and physiological traits of common bean (Phaseolus vulgaris L.) genotypes. Iranian Journal of Pulses Research.
10: 1. 114-125.
5.Ghanbari, M., and Ariafar, S. 2013. The effects of water deficit and zeolite application on growth traits and oil yield of medicinal peppermint (Mentha piperita L). International Journal of Medicinal and Aromatic Plants 3: 1. 32-39.
6.Hasanuzzaman, M., Bhuyan, M.H.M.B., Nahar, K., Hossain, M.S., Al Mahmud, J., Hossen, M.S., and Fujita, M. 2018. Potassium: A vital regulator of plant responses and tolerance to abiotic stresses. Agronomy. 8: 31. 2-29.
7.Hazrati, S., Tahmasebi-Sarvestani, Z., Mokhtassi-Bidgoli, A., Modarres-Sanavy, S.A.M., Mohammadi, H., and Nicola, S. 2017. Effects of zeolite and water stress on growth, yield and chemical compositions of Aloe vera L. Agric. Water Management 181: 66-72.
8.Hinsinger, P. 2002. Potassium.P 1035-1039. In: R. Lal (ed.), Encyclopedia of Soil Science. Marcel Dekker, Inc. New York.
9.Hinsinger, P., Elsass, F., Jaillard, B., and Robert, M. 1993. Root‐induced irreversible transformation of a trioctahedral mica in the rhizosphere of rape. Journal of Soil Science 44: 2. 535-545.
10.Hinsinger, P., Jaillard, B., and Dufey, J. E. 1992. Rapid weathering of a trioctahedral mica by the roots of ryegrass. Soil Science Society of America Journal. 56: 977-982.
11.Junjittakarn, J., Pimratch, S., Jogloy, S., Htoon, W., Singkham, N., Vorasoot, N., Toomsan, B., Holbrook, C.C., and Patanothai, A. 2013. Nutrient uptake of peanut genotypes under different water regimes. International Journal of Plant Production. 7: 4. 677-692.
12.Kayama, M., Nimpila, S., Hongthong, S., Yoneda, R., Wichiennopparat,W., Himmapan, W., Vacharangkura, T., and Noda, I. 2016. Effects of bentonite, charcoal and corncob for soil improvement and growth characteristics of teak seedling planted on Acrisols in Northeast Thailand. Forests. 7: 36. 1-21.
13.Khayamim, F., Khademi, H., and Sabzalian, M.R. 2011. Effect of Neotyphodium endophyte-tall fescue symbiosis on mineralogical changes in clay-sized phlogopite and muscovite. Plant and Soil. 341: 473-484.
14.Khormali, F., Rezaei, F., Rahimzadeh, N., Hosseinifard, S.J., and Dordipour, E. 2015. Rhizosphere-induced weathering of minerals in loess-derived soils of Golestan Province, Iran. Geoderma Regional. 5: 34-43.
15.Marschner, P., and Marschner, M. 2012. Mineral Nutrition of Higher Plants, Third Edition. Academic Press. Massachusetts, United States. 672p.
16.Naderizadeh, Z., Khademi, H., and Arocena, J.M. 2010. Organic matter induced mineralogical changes in
clay-sized phlogopite and muscovite in alfalfa rhizosphere. Geoderma.159: 296-303.
17.Norouzi, S., and Khademi, H. 2010. Ability of alfalfa (Medicago sativa L.) to take up potassium from different micaceous minerals and consequent vermiculitization. Plant and Soil.328: 83-93.
18.Qi, J., Sun, S., Yang, L., Li, M., Ma, F., and Zou, Y. 2019. Potassium uptake and transport in apple roots under drought stress. Horticultural Plant Journal.5: 1. 10-16.
19.Rahimzadeh, N., Khormali, F., Olamaee, M., Amini, A., and Dordipour, E. 2015. Effect of canola rhizosphere and silicate dissolving bacteria on the weathering and K release from indigenous glauconite shale. Biology and Fertility of Soils. 51: 973-981.
20.Raviv, M., Lieth, J.H. (eds.), 2008. Soilless Culture: Theory and Practice. First Ed. Elsevier, London. 608p.
21.Silva, A.A.S., França, S.C.A., Ronconi, C.M., Sampaio, J.A., Luz, A.B., and Silva, D.S. 2008. A study on application of phlogopitite as a slow release potassium fertilizer. IX J. A. Trami. San Juan, Argentina. 143: 2-10.
22.Silva, D.R.G., Spehar, C.R., Marchi, G., Soares, D. de A., Cancellier, E.L., and Martins E. de S. 2014. Yield, nutrient uptake and potassium use efficiency in rice fertilized with crushed rocks. African Journal of Agricultural Research 9: 4. 455-464.
23.Silva, T.R.D., Cazetta, J.O., Carlin S.D., and Telles, B.R. 2017. Drought-induced alterations in the uptake of nitrogen, phosphorus and potassium, and the relation with drought tolerance in sugar cane. Ciência e Agrotecnologia. 41: 2: 117-27.
24.Shi, W., Wang, X., and Yan, W. 2004. Distribution patterns of available P and K in rape rhizosphere in relation to genotypic difference. Plant Soil. 261: 11-16.
25.Sparks, D.H., and Huang, P.M. 1985. Physical chemistry of soil potassium.P 201-276. In: R.D. Munson (ed.), Potassium in Agriculture. American Society of Agronomy, Madison, WI.
26.Stegner, R. 2002. plant Nutrition Studies. Lamotte Company, Maryland, USA. 569p.
27.Wentworth, S.A., and Rossi, N. 1972. Release of potassium from layer silicates by plant growth and by NaTPB extraction. Soil Science. 113: 410-416.
28.Tatrai, Z.A., Sanoubar, R., Pluhar, Z., Mancarella, S., Orsini, F., and Gianquinto, G. 2016. Morphological and physiological plant responses to drought stress in Thymus citriodorus. International Journal of Agronomy. 10: 1-8.
29.Wiebold, B., and Scharf, P. 2006. Potassium deficiency symptoms in drought stressed crops, plant stress resistance and the impact of potassium application in south China. Agronomy Journal. 98: 1354-1359.
30.Xu, W., Cui, K., Xu, A., Nie, L., Huang, J., and Peng, S. 2015. Drought stress condition increases root to shoot ratio via alteration of carbohydrate partitioning and enzymatic activity in rice seedlings. Acta Physiologiae Plantarum. 37: 9. 1-11.
31.Yuan, L., Huang, J., Li, X., and Christie, P. 2004. Biological mobilization of potassium from clay minerals by ectomycorrhizal fungi and eucalypt seedling roots. Plant Soil. 262: 351-361.
32.Zain, N.A.M., Ismail, M.R., Puteh, A., Mahmood, M., and Islam, M.R. 2014. Drought tolerance and ion accumulation of rice following application of additional potassium fertilizer. Communications in Soil Science and Plant Analysis. 45: 2502-2514.
33.Zheng, J., Chen, T., Wu, Q., Yu, J., Chen, W., Chen, Y., Siddique, K.H.M., Chi, W.M., and Xia, G. 2018. Effect of zeolite application on phenology, grain yield and grain quality in rice under water stress. Agricultural Water Management. 206: 241-251.
مجله مدیریت خاک و تولید پایدار
دوره 10، شماره 3
آذر 1399
صفحه 135-150

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار