۲-۱۷- ویژگیهای گیاه گندم
گندم جزء مهمترین گیاهان زراعی جهان به ویژه در کشورهای در حال توسعه به شمار می آید. در مقایسه با سایر محصولات و غلات، بیشترین سطح زیر کشت را به خود اختصاص داده است. این گیاه از نظر ارزش غذایی با سایر غلات عمده قابل رقابت بوده و پروتئین محتوی دانه آن بیشتر از آنهاست. به طور کلی حدود ۷۵ درصد گندم جهان بهمصرف خوراک انسان، ۱۵ درصد بهمصرف خوراک دام و ۱۰ درصد مابقی برای مصارف بذری مورد استفاده قرار میگیرد. مصرف سرانه گندم در کشورهای توسعه یافته با درآمد کافی، میل به سوی مصرف دامی و در کشورهای در حال توسعه، بیشتر به مصرف خوراک انسان میرسد که در ایران، نان حاصل از گندم مهمترین منبع غذای روزانه مردم است (مجنون حسینی، ۱۳۸۵).
گندم گیاهیاست تک لپهای، علفی، یکساله، خودگشن، از تیره غلات، خانواده گندمیان، جنس Triticum که دارای گونه های بسیار زیادی میباشد. دارای ریشه های افشان یا سطحی بوده که ریشه های فرعی و اصلی از محل طوقه خارج میشوند و همگی همقطر میباشند. عمق فعالیت آنها در خاک حدود ۳۰ سانتیمتر میباشد. ساقه گندم همانند تمامی گیاهان تیره غلات، بند بند، توخالی و استوانهای است به طوری که شکل استوانه آن به همراه دستههای فیبر، موجب استحکام ساقه می شود. گندم همچنین دارای تعدادی پنجه در کنار ساقه اصلی میباشد (امین و همکاران، ۱۳۸۳).
این گیاه در هر نوع خاکی کشت می شود، مشروط به اینکه خاک شور و باتلاقی نباشد. مناسبترین اراضی برای کشت گندم خاکهای لومی، شنی لومی و لومی رسی عمیق با زهکشی خوب میباشد. در زراعت آبی، نوسانات عملکرد گندم تا حد نسبتاً کمی تحت تأثیر بافت خاک میباشد، ولی در زراعتهای دیم، خاکهای ریز بافت مناسبتر هستند. مناسبترین اسیدیته خاک برای گندم محیط خنثی تا نسبتاً قلیایی (۵/۸-۷ = pH) میباشد (امین و همکاران، ۱۳۸۳).
۲-۱۸- سطح، میزان تولید و عملکرد گندم در ایران
در سال زراعی ۱۳۹۱، سطح برداشت گندم در کل کشور حدود ۵/۶ میلیون هکتار برآورد شده که معادل ۳/۵۱ درصد از کل سطح محصولات زراعی و ۱/۷۲ درصد از کل سطح غلات کشور میباشد که سطح اراضی آبی ۳۹ درصد و اراضی دیم ۶۱ درصد است. استان خوزستان با دارا بودن ۹ درصد از کل سطح برداشت گندم بیشترین سطح و استان قم با دارا بودن ۱۴/۰ درصد، کمترین سطح برداشت گندم را به خود اختصاص دادهاند (آمارنامه کشاورزی، ۱۳۹۱).
میزان تولید گندم کشور حدود ۲/۱۳ میلیون تن برآورد شده که معادل ۱۶ درصد از کل تولید محصولات زراعی و ۶/۶۱ درصد از کل تولید غلات کشور است که سهم اراضی آبی ۹/۶۸ درصد و اراضی دیم ۱/۳۱ درصد است. استان فارس علیرغم داشتن رتبه ۶ کشوری در سطح برداشت گندم، با داشتن ۶/۱۲ درصد از تولید گندم کشور در جایگاه نخست تولید این محصول قرار گرفته است و استانهای: خوزستان با سهم ۳/۱۲درصد، گلستان با ۷/۷ درصد، خراسانرضوی با ۹/۶ درصد، کرمانشاه با ۷/۵ درصد، اردبیل با ۵/۵ درصد و همدان با ۷/۴ درصد از تولید گندم کشور، در مقامهای دوم تا هفتم قرار دارند. شایان ذکر است که ۴/۵۵ درصد از کل میزان تولید گندم کشور مربوط به هفت استان مذکور می باشد و سهم سایر استانها ۶/۴۴ درصد بیشتر نبوده است (آمارنامه کشاورزی، ۱۳۹۱). عملکرد گندم آبی کشور ۳۵۷۰ کیلوگرم در هکتار و عملکرد گندم دیم ۱۰۳۰ کیلوگرم در هکتار می باشد. بیشترین عملکرد گندم آبی با ۵۲۲۳ کیلوگرم در هکتار متعلق به استان تهران و کمترین آن با ۲۰۱۴ کیلوگرم در هکتار با استان ایلام تعلق دارد. بیشترین عملکرد گندم دیم با ۳۰۰۱ کیلوگرم در هکتار متعلق به استان کرمان و کمترین آن با ۳۵۲ کیلوگرم در هکتار به استان بوشهر تعلق دارد. سطح گندم استان گلستان در سال زراعی ۱۳۹۱ حدود ۳۷۴۹۵۴ هکتار برآورد شد که ۱۵۶۱۶۳ هکتار آن آبی و ۲۱۸۷۹۱ هکتار آن به صورت دیم بوده است. میزان تولید گندم در استان گلستان حدود ۱۰۲۲۰۹۷ تن برآورد شد که استان گلستان با ۷/۷ درصد تولید گندم کشور بعد از فارس و خوزستان در جایگاه سوم تولیدکنندگان این محصول قرار گرفته است. راندمان تولید در هکتار گندم آبی استان گلستان ۹۵/۲۹۱۵ کیلوگرم و عملکرد دیم ۳/۲۵۹۰ کیلوگرم بوده است (آمارنامه کشاورزی، ۱۳۹۱).
فصل سوم
مواد و روش ها
۳-۱- گیاهان مورد مطالعه
این تحقیق بر روی دو گیاه گندم (Triticum aestivum) و اسفناج (Spinacia oleracea) انجام شد. گیاه گندم به دلیل استراتژیک بودن و سطح زیرکشت بالا در استان انتخاب شد. گیاه اسفناج نیز بدین دلیل انتخاب شد که تحقیقات متعدد نشان داده است که این گیاه قادر به جذب مقدار زیادی از عناصر کممصرف و سنگین بدون کاهش محصول یا نشان دادن آثار مسمومیت میباشد. دلیل دیگر این که این گیاه نقش مهمی را در رژیم غذایی مردم ایران به عنوان یک سبزی دارد (بوستانی و رونقی، ۱۳۹۰).
۳-۲- لجن فاضلاب مورد استفاده
لجن فاضلاب صنعتی از تصفیه خانه شهرک صنعتی آققلا تهیه و بهمنظور انجام تجزیههای شیمیایی و استفاده در خاک گلدان، هوا خشک گردید. پس از هوا خشک شدن جهت تیمار نمودن خاک با لجن، لجن مورد نظر کوبیده و از الک ۱ سانتی متری عبور داده شد. مقداری از لجن کوبیده شده نیز جهت انجام تجزیههای شیمیایی از الک ۲ میلیمتر عبور داده شد.
۳-۳- تجزیههای شیمیایی لجن
۳-۳-۱- pH و قابلیت هدایت الکتریکی
pH و قابلیت هدایت الکتریکی لجن در نسبت ۱:۵ تعیین شد. بدین منظور به ۴۰ گرم لجن کوبیده شده و عبور داده شده از الک ۲ میلی متر ۲۰۰ سیسی آب مقطر افزوده و پس از نیم ساعت تکان دادن و یک ساعت استراحت سوسپانسیون، pH به وسیله دستگاه pH متر مدل ۷۲۰ pH WTW و هدایت الکتریکی با هدایتسنج مدل ۷۲۰ cond WTW قرائت گردید (رودز،۱۹۹۶).
۳-۳-۲- ازت کل
مقدار ازت کل در نمونه لجن با بهره گرفتن از اکسیداسیون تر و به روش کجلدال اندازه گیری شد. جهت اندازه گیری ازت به روش کجلدال، ابتدا مقدار یک گرم لجن توزین و در لولههای هضم مخصوص دستگاه اتو آنالیزور کجلتک ریخته و سپس قرصهای کاتالیزور محتوی سولفات مس و سولفات پتاسیم به همراه ۲۰ میلی لیتر اسید سولفوریک غلیظ به نمونه اضافه شد. نمونه به بلوک هضم منتقل و به مدت دو تا سه ساعت حرارت داده شد. پس از سرد شدن نمونه، با کمک دستگاه تقطیر، نمونه تقطیر شد. آنگاه به کمک دستگاه تیتراسیون اتوماتیک، با بهره گرفتن از حجم مصرفی اسید کلریدریک ۱/۰ نرمال، نمونه تیتر شده و مقدار ازت آن محاسبه گردید (بنتونوکیس، ۱۹۹۰، امامی،۱۳۷۵، پیج و همکاران، ۱۹۸۲).
۳-۳-۳- آهن کل
به ۵/۰ گرم از لجن یک میلی لیتر از محلول تیزاب سلطانی[۴۲] (محلول اسید نیتریک و اسید کلریدریک با نسبت ۱ به ۳) و ۱۰ میلی لیتر از HF (با پیپت پلاستیکی) درظرف تفلون اضافه گردید. درب ظرف بسته و در دمای ۱۱۰ درجه برای مدت ۳ ساعت بر روی حمام شن حرارت داده شد. ۸/۲ گرم از اسید بوریک به یک بالن ۱۰۰ میلی لیتر پلاستیکی ریخته، سپس محلول حاصل در ظرف تفلون (پس از ۳ ساعت هضم) به بالن مذکور منتقل و سپس با آب مقطر به حجم رسانیده شد. آهن کل در عصاره با بهره گرفتن از دستگاه جذب اتمی قرائت گردید (هوسنر، ۱۹۹۶).
۳-۳-۴- کربن آلی لجن
برای اندازه گیری کربن آلی لجن، از روش والکی و بلاک استفاده شد (نلسون، ۱۹۸۲). در این روش لجن با اسید سولفوریک غلیظ و دی کرومات پتاسیم یک نرمال مجاور میگردد. بعد از گذشت نیم ساعت و افزودن حدود ۱۰۰ میلی لیتر آب مقطر و خنک شدن نمونه، دی کرومات پتاسیم باقی مانده با محلول فروسولفات نیم نرمال در حضور معرف ارتوفنانترولین تیتر می گردد. در حین تیتراسیون، تغییر رنگ از زرد به سبز و در نهایت قرمز آجری صورت میگیرد . از روی حجم فروسولفات مصرف شده، مقدار کربن آلی لجن برآورد گردید.
۳-۴- خاک مورد استفاده
خاک مورد استفاده از عمق ۰ تا ۲۰ سانتیمتری مرزعه تحقیقاتی دانشگاه تهیه و پس از هوا خشک نمودن و عبور از الک ۲ میلیمتر، برخی از مشخصات فیزیکی و شیمیایی آن تعیین گردید که شامل: بافت خاک به روش هیدرومتری (دی، ۱۹۶۵)، ظرفیت تبادل کاتیونی به روش جایگزینی با استات آمونیوم (چاپمن ،۱۹۶۵)، کربن آلی به روش واکلی و بلاک (نلسون، ۱۹۸۲)، کربنات کلسیم معادل به روش خنثیکردن با اسیدکلریدریک (پیج و همکاران،۱۹۸۲)، قابلیت هدایت الکتریکی در عصاره اشباع خاک با هدایت سنج الکتریکی،pH خاک به روش الکترود شیشه ای در عصاره ۱:۲ خاک و نیتروژن کل خاک (بنتون و کیس، ۱۹۹۰، امامی،۱۳۷۵، پیج و همکاران،۱۹۸۲) بود.
۳-۴-۱ اندازه گیری بافت خاک
مقدار ۵۰ گرم از خاک الک شده را درون بشر ریخته، پس از اکسیداسیون با مواد آلی با آب اکسیژنه، با بهره گرفتن از ۵۰ میلی لیتر محلول هگزا متافسفات سدیم ۵ درصد، پراکنده کردن ذرات خاک انجام شد. محتویات بشر با همزن ۱۰ دقیقه مخلوط شده، سپس محتوای استوانه فلزی را به یک سیلندر مدرج ریخته و حجم کل آن را با آب مقطر به یک لیتر رسانیده و درجه حرارت مخلوط اندازه گیری، سپس به مدت یک دقیقه به وسیله همزن دستی هم زده شد و با هیدرومتر بایکاس داخل سیلندر، اولین قرائت پس از ۴۰ ثانیه اول پس از هم زدن و دومین قرائت پس از ۶ ساعت انجام شد. در قرائت اول میزان رس و سیلت و در قرائت دوم میزان رس مشخص گردید (دی، ۱۹۶۵).
۳-۴-۲- pH، قابلیت هدایت الکتریکی و کربنآلی
۲۰۰ تا ۴۰۰ گرم از نمونه خاکهای کوبیده شده و عبور داده شده از الک ۲ میلیمتر، در یک لیوان پلاستیکی ریخته و به وسیله آب مقطر به گل اشباع تبدیل شد. سپس pH و هدایت الکتریکی نمونهها در عصاره گل اشباع قرائت (رودز، ۱۹۹۶) و برای اندازه گیری کربن آلی از روش والکی و بلاک استفاده گردید (نلسون، ۱۹۸۲). در این روش خاک با اسید سولفوریک غلیظ و دیکروماتپتاسیم یک نرمال مجاور میگردد. بعد از اتمام واکنش اکسایش-کاهش، دیکروماتپتاسیم باقیمانده با محلول فروسولفات در حضور معرف ارتوفنانترولین تیتر میگردد.
۳-۴-۳- اندازه گیری کربنات کلسیم معادل
برای اندازه گیری کربنات کلسیم (CCE) ابتدا یک گرم خاک هوا خشک در یک ارلن ۲۵۰ میلیلیتر ریخته شد و به آن ۲۵ میلیلیتر اسید کلریدریک یک نرمال اضافه شد. پس از گذشت ۳۰ دقیقه، ۱۰۰ میلیلیتر آب مقطر به آن اضافه شد. سپس به مدت ۱۵ دقیقه در دستگاه حمام آب جوش قرار گرفت. بعد از خنک شدن به آن ۳ تا ۴ قطره معرف فنول فتالئین اضافه شد و عمل تیتراسیون با محلول سود یک نرمال تا ثابت شدن رنگ ارغوانی انجام شد (پیج و همکاران، ۱۹۸۲). آزمایش در دو تکرار انجام و میانگین محاسبات منظور گردید.
۳-۴-۴- اندازه گیری ظرفیت تبادل کاتیونی
برای اندازه گیری ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC) 5 گرم خاک هوا خشک در یک لوله سانتریفیوژ ریخته، به آن ۳۳ میلیلیتر استات سدیم نرمال (۲/۸ =pH) اضافه شد. بعد از ۵ دقیقه تکان دادن، تا شفاف شدن محلول رویی، حدود ۵ دقیقه و با ۳۰۰۰ دور در دقیقه سانتریفیوژ گردید و محلول صاف رویی دور ریخته شد. این عمل دو مرتبه دیگر نیز تکرار شد. در مرحله بعد، عمل شستشوی خاک با ۳۳ میلیلیتر الکل انجام شد و تا پایینآمدن قابلیت هدایت الکتریکی محلولرویی به زیر ۴۰ میکروموس بر سانتی متر، این عمل تکرار گردید. سپس خاک سه مرتبه و هر بار با ۳۳ میلیلیتر از محلول استات آمونیوم نرمال (۷=pH) به روش بالا شستشو داده شد و محلول صاف رویی در یک بالن حجم سنجی ۱۰۰ میلیلیتری جمعآوری و با استاتآمونیوم به حجم رسانیده شد. در نهایت غلظت کاتیون سدیم در محلول خاک با بهره گرفتن از دستگاه فلیمفتومتر اندازه گیری و CEC محاسبه شد. آزمایش در دو تکرار انجام و میانگین محاسبات منظور گردید (چاپمن، ۱۹۶۵).
۳-۴-۵- اعمال لجن فاضلاب به خاک گلدانها
برای آمادهکردن گلدانها ابتدا نمونه خاک در هوا خشک شده و بهوسیله چکش چوبی کوبیده شد. لجن فاضلاب نیز با چکش چوبی کاملاً کوبیده شد و به صورت همگن و یکنواخت درآمد. سپس در مقادیر ۰، ۵/۲۲، ۴۵، ۹۰، ۱۸۰ و ۳۶۰ تن در لجن خشک در هکتار بر اساس وزن مخصوص ظاهری و عمق ۲۰ سانتیمتر به خاک اضافه شد و کاملاً با خاک مخلوط شدند.
۳-۵- طرح آماری آزمایش و تیمارهای مورد استفاده
این پژوهش در قالب طرح کاملا تصادفی با کاربرد سطوح مختلف لجن فاضلاب صنعتی (صفر(شاهد)، ۵/۲۲، ۴۵، ۹۰، ۱۸۰ و ۳۶۰ تن در هکتار) در خاک و کشت دو گیاه گندم (رقم مروارید) و اسفناج (رقم شهررضا) به صورت گلدانی با ۴ تکرار در گلخانه مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی گرگان در سال زراعی ۱۳۹۲ به انجام رسید.
۳-۶- عملیات کاشت و نحوه آبیاری
برای گیاه گندم در گلدانهایی حاوی ۷ کیلوگرم خاک، تعداد ۲۰ عدد بذر گندم رقم مروارید در عمق ۲ سانتیمتری خاک در هر گلدان کشت شد و پس از استقرار گیاهان، شمار بوتهها به ۹ عدد تنک گردید. همچنین برای گیاه اسفناج، تعداد ۲۰ عدد بذر اسفناج رقم شهرضا در گلدانهایی حاوی ۴ کیلوگرم خاک کشت شد که پس از رشد، تعداد بوتهها به ۵ عدد تنک گردید. عملیات آبیاری و وجین علفهای هرز در هر دو گیاه با دست انجام پذیرفت. در طول کشت از هیچگونه کود شیمیایی، علفکش، سم و حشرهکش استفاده نگردید و در طول دوره رشد رطوبت گلدانها با توزین روزانه در حدود رطوبت گنجایش زراعی نگهداشته شد و بهمنظور ایجاد شرایط یکنواخت و کاهش تأثیر عوامل محیطی، گلدانها هر دو هفته یکبار جابهجا شدند.
شکل ۳-۱- گیاه گندم در مرحله خوشه رفتن
شکل ۳-۲- گیاه اسفناج در مراحل اولیه رشد
۳-۷- برداشت گیاهان و نمونهبرداری از خاکهای تیمار شده
گیاهان پس از ۹۰ روز برداشت شدند. خاک گلدانها نیز به منظور انجام برخی آنالیزها هوا خشک گردید و سپس از الک ۲ میلیمتری عبور داده شد و برخی از ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی نظیر pH،
قابلیت هدایت الکتریکی و کربن آلی تعیین شد. پس از برداشت گیاهان، وزن خشک اندام هوایی و ریشه پس از گذاشتن نمونهها در آون (به مدت ۴۸ ساعت در دمای ۷۰ درجه سانتی گراد)، تعیین گردید. سپس غلظت آهن در اندام هوایی و ریشه به روش خشک[۴۳] عصارهگیری گردید. در این روش ۲ گرم پودر گیاهی توزین و در کروزه چینی ریخته و سپس بوتهها به مدت ۵ ساعت در کوره با دمای ۵۵۰ درجه سانتی گراد قرار داده شد. آنگاه خاکستر حاصل توسط ۱۰ میلیلیتر اسید کلریدریک ۲ نرمال در دمای ۸۰ درجه سانتی گراد هضم شد.
شکل ۳-۳- گیاه گندم در هنگام برداشت
شکل ۳-۴- گیاه اسفناج در هنگام برداشت
به محض خروج اولین بخارات سفید، محتویات کروزه از کاغذ صافی شماره ۴۲ واتمن به درون بالن حجم سنجی ۱۰۰ میلیلیتری صاف گردید. کروزه و کاغذ صافی چندین بار با دقت با اسید کلریدریک رقیق شسته شد و سپس بالن یاد شده به حجم رسانیده شد (پیج[۴۴] و همکاران، ۱۹۸۲). سپس غلظت عناصر در نمونههای صاف شده به وسیله دستگاه جذب اتمی مدل Unicam 919 قرائت گردید.
شکل ۳-۵- دستگاه جذب اتمی مدل ۹۱۹ Unicam
۳-۸- اندازه گیری مقدار آهن قابل استخراج با DTPA
مقدار ۱۰ گرم از خاک هوا خشک با ذرات کوچکتر از ۲ میلی متر را در دو تکرار وزن و در ظروف پلی اتیلن اسیدشویی قرار داده شد. ۲۰ میلی لیتر از محلول استخراج کننده (۰۰۵/۰ مولار DTPA، ۱/۰ مولار تری اتانول آمین و ۰۱/ ۰ مولار کلرید کلسیم بافر شده در ۳/۷=pH) به خاک اضافه و به مدت دو ساعت با سرعت ۱۲۰ دور در دقیقه تکان داده شد. سپس سوسپانسیون حاصل از طریق کاغذ صافی شماره ۴۲ واتمن صاف گردید. سپس غلظت آهن در عصاره حاصل توسط دستگاه جذب اتمی مدل ۹۱۹ Unicam قرائت گردید (لیندزی[۴۵] و نورول، ۱۹۷۸).
۳-۹- تعیین شکلهای آهن با بهره گرفتن از روش تسیر و همکاران (۱۹۷۹)
