ارزیابی عملکرد، بهره‌وری آب و تحمل به خشکی ارقام سورگوم علوفه‌ای [Sorghum bicolor (L.) Moench] تحت روش‌ها و رژیم‌های مختلف آبیاری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری تخصصی، گروه زراعت و اصلاح نباتات، واحد کرج، دانشگاه آزاد اسلامی، کرج، ایران

2 دانشیار، گروه زراعت و اصلاح نباتات، واحد کرج، دانشگاه آزاد اسلامی، کرج، ایران

3 دانشیار پژوهش، موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

4 استاد، گروه زراعت و اصلاح نباتات، واحد کرج، دانشگاه آزاد اسلامی، کرج، ایران

چکیده

مقدمه: کمبود منابع آب آبیاری در کشور طی سال‌های اخیر باعث کاهش عملکرد گیاهان زراعی و تهدید امنیت غذایی شده است و بنابراین لازم است راهکارهایی برای تولید گیاهان زراعی ضمن صرفه‌جویی در مصرف آب اندیشیده شود. یکی از راهکارهای افزایش تولید با منابع محدود آب آبیاری، کشت گیاهان زراعی متحمل به خشکی با کارایی مصرف آب بالا می‌باشد. سورگوم با ویژگی­های منحصر به فردی که دارد (از جمله تحمل به تنش‌های محیطی به‌ویژه خشکی و گرما، سیستم ریشه‌ای عمیق و گسترده، مسیر فتوسنتزی چهارکربنه و ...) به­عنوان یکی از گیاهان زراعی مهم در مناطق خشک و نیمه‌خشک جهان شناخته می‌شود. استفاده از روش‌های آبیاری مناسب نیز به­عنوان یکی دیگر از راهکارهای افزایش تولید گیاهان زراعی با منابع محدود آب شناخته شده است. در این راستا روش‌های آبیاری جویچه‌ای یک‌درمیان و قطره‌ای نواری به­عنوان راهکارهای نوین مدیریت آبیاری در کشور با نتایج مطلوبی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. هدف از مطالعه حاضر، بررسی اثر رژیم‌ها و روش‌های مختلف آبیاری بر عملکرد، ویژگی­های مورفولوژیک، بهره‌وری آب و تحمل به خشکی ارقام آزادگرده‌افشان و هیبرید سورگوم علوفه‌ای بود.
مواد و روش ­ها: این آزمایش به‌صورت فاکتوریل اسپلیت پلات در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار در مؤسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر کرج طی سال‌های زراعی 1398 و 1399 اجرا شد. ترکیب چهار روش آبیاری (جویچه‌ای معمول، یک‌درمیانِ ثابت، یک‌درمیانِ متغیر و قطره‌ای نواری تیپ) و سه سطح تنش خشکی (آبیاری کامل، تنش متوسط و تنش شدید، به‌ترتیب شامل تأمین 100، 75 و 50 درصد کمبود رطوبت خاک) به‌صورت فاکتوریل به‌عنوان عامل اصلی و دو رقم سورگوم (هیبرید اسپیدفید و رقم آزادگرده‌افشان پگاه) به‌عنوان عامل فرعی مورد بررسی قرار گرفتند. صفات ارزیابی شده در این آزمایش، عملکرد علوفه سیلویی، عملکرد و درصد ماده خشک، کارایی مصرف آب آبیاری، بهره‌وری اقتصادی آب آبیاری (بر اساس ارزش ناخالص و خالص تولید محصول)، نسبت برگ به ساقه، ارتفاع بوته و شاخص‌های تحمل به تنش خشکی بودند. با توجه به همگن بودن وارﻳﺎﻧﺲ خطاهای آزمایشی طی دو سال، داده‌ها با استفاده از نرم‌افزار آماری SAS 9.1 مورد تجزیه واریانس مرکب قرار گرفتند و برای مقایسه میانگین‌ها نیز از روش توکی در سطح احتمال پنج درصد استفاده شد. برای محاسبه شاخص‌های تحمل به تنش و تجزیه به مؤلفه‌های اصلی (PCA) بر اساس این شاخص‌ها نیز از نرم‌افزار آنلاین IPASTIC استفاده شد.
یافته ­های تحقیق: نتایج نشان داد که تنش خشکی در تمام روش‌های آبیاری مورد بررسی سبب کاهش عملکرد علوفه سیلویی، عملکرد ماده خشک و ارتفاع بوته و افزایش کارایی مصرف آب برای تولید علوفه و ماده خشک، درصد ماده خشک و نسبت برگ به ساقه شد. بیش­ترین عملکرد علوفه سیلویی و ماده خشک (به‌ترتیب 11/79 و 19/17 تن در هکتار) و حداکثر بهره‌وری اقتصادی آب بر اساس ارزش خالص تولید محصول (18854 ریال بر مترمکعب) از رقم پگاه تحت آبیاری کامل و روش قطره‌ای نواری حاصل شد، در حالی‌که حداکثر کارایی مصرف آب برای تولید علوفه سیلویی و ماده خشک (به‌ترتیب 53/34 و 88/7 کیلوگرم بر مترمکعب) و بیش­ترین بهره‌وری اقتصادی آب بر اساس ارزش ناخالص تولید محصول (60542 ریال بر مترمکعب) در هیبرید اسپیدفید تحت تنش شدید و روش قطره‌ای نواری ثبت شد. بیش­ترین نسبت برگ به ساقه (715/0) در روش آبیاری یک‌درمیانِ ثابت تحت تنش شدید حاصل شد و میزان این صفت در رقم پگاه حدود 6/8 درصد بیش­تر از هیبرید اسپیدفید بود. بر اساس شاخص‌های تحمل به تنش، رقم پگاه تحت روش‌های آبیاری جویچه‌ای معمول و قطره‌ای نواری تیپ و هیبرید اسپیدفید تحت آبیاری یک‌درمیانِ ثابت، تحمل به خشکی بیش­تری نشان دادند در حالی‌که در روش آبیاری یک‌درمیانِ متغیر تفاوت معنی‌داری بین ارقام مشاهده نشد.
نتیجه­ گیری: به‌منظور صرفه‌جویی در مصرف آب ضمن دستیابی به عملکرد علوفه و بهره‌وری آب مناسب، روش آبیاری قطره‌ای با تأمین 75 درصد کمبود رطوبت خاک قابل‌توصیه می‌باشد. در صورتی که امکان اجرای سیستم آبیاری قطره‌ای وجود نداشته باشد، روش آبیاری جویچه‌ای یک‌درمیانِ متغیر می‌تواند ضمن کاهش حجم آب مصرفی، عملکرد علوفه مناسبی تولید کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of yield, water productivity and drought tolerance of forage sorghum [Sorghum bicolor (L.) Moench] cultivars under different irrigation methods and regimes

نویسندگان [English]

  • Mohsen Tavazoh 1
  • Davood Habibi 2
  • Farid Golzardi 3
  • Mohammad Nabi Ilkaee 2
  • Farzad Paknejad 4
1 Ph.D. Student, Department of Agronomy and Plant Breeding, Karaj Branch, Islamic Azad University, Karaj, Iran
2 Associate Professor, Department of Agronomy and Plant Breeding, Karaj Branch, Islamic Azad University, Karaj, Iran
3 Research Assistant Professor, Seed and Plant Improvement Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran
4 Professor, Department of Agronomy and Plant Breeding, Karaj Branch, Islamic Azad University, Karaj, Iran
چکیده [English]

Introduction
The lack of irrigation water resources in the country in recent years has reduced the yield of crops and threatened food security; Therefore, it is necessary to think of ways to produce crops while saving water. One of the ways to increase production with limited irrigation water resources is the cultivation of drought-tolerant crops with high water use efficiency. Sorghum is known as one of the most important crops in arid and semi-arid regions of the world with its unique characteristics (including tolerance to environmental stresses, especially drought and heat, deep and extensive root system, C4 photosynthetic pathway, etc.). The use of appropriate irrigation methods is also known as another way to increase the production of crops with limited water resources. In this regard, the irrigation methods of alternate furrow irrigation and drip irrigation have been used as new irrigation management solutions in the country with favorable results. This study aimed to evaluate the effect of different irrigation regimes and methods on yield, morphological characteristics, water productivity, and drought tolerance of open-pollinated and hybrid forage sorghum cultivars.
Materials and methods
This experiment was conducted as a factorial split-plot based on a randomized complete block design with three replications at the Seed and Plant Improvement Institute, Karaj, Iran, during the 2019 and 2020 cropping seasons. The factorial combination of four irrigation methods (CFI, conventional furrow irrigation; FFI, fixed alternate furrow irrigation; AFI, variable alternate furrow irrigation; and drip irrigation) and three levels of drought stress (full irrigation, moderate stress, and severe stress; including the supply 100, 75, and 50% of soil moisture deficit, respectively) as the main factor and two sorghum cultivars (Speedfeed and Pegah) as sub-factor were investigated. In this study, traits including silage yield, dry matter yield and percentage, irrigation water use efficiency, benefit per drop, net benefit per drop, leaf-to-stem ratio, plant height, and drought stress tolerance indices were evaluated. Due to the homogeneity of the variances of experimental errors over two years, the data were subjected to combined analysis of variance using SAS 9.1 statistical software, and Tukey's test (P≤0.05) was used to compare the means. In addition, IPASTIC online software was used to calculate stress tolerance indices and principal component analysis (PCA) based on these indices.
Research findings
The results showed that drought stress in all investigated irrigation methods decreased the silage yield, dry matter yield, and plant height and increased water use efficiency for silage and dry matter production, dry matter percentage, and leaf-to-stem ratio. The highest silage and dry matter yields (79.11 and 17.19 ton ha-1, respectively), and the maximum net benefit per drop (18854 Rials m-3) were obtained by cv. Pegah under full irrigation and drip method, whereas the maximum water use efficiency for silage and dry matter production (34.53 and 7.88 kg m-3, respectively) and the highest benefit per drop (60542 Rials m-3) were recorded in hybrid Speedfeed under severe stress and drip method. The highest leaf-to-stem ratio (0.715) was obtained in the FFI method under severe stress and the amount of this trait in cv. Pegah was about 8.6% higher than that of hybrid Speedfeed. Based on the stress tolerance indices, cv. Pegah under the CFI and drip methods and hybrid Speedfeed under the FFI method had more drought tolerance. In contrast, there was no significant difference between the cultivars under the FFI method.
Conclusion
In order to save water while achieving suitable forage yield and water productivity, the drip irrigation method and supplying 75% of soil moisture deficiency is recommended. If it is impossible to implement the drip irrigation system, the variable alternate furrow irrigation method can produce suitable forage yield while reducing the amount of water consumed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Alternate furrow irrigation
  • Deficit irrigation
  • Drip irrigation
  • Dry matter yield
  • Hybrid
  • Open-pollinated cultivar