بررسی تعاملات بین گونه‌ای بخش زیرزمینی در کشت مخلوط گیاه سویا (Glycine max (L.) Merrill) و دان‌سیاه (Guizotia abyssinica Cass.)

بوم شناسی کشاورزی

مقاله 2، دوره 15، شماره 3 - شماره پیاپی 57، مهر 1402، صفحه 447-465   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/agry.2021.70707.1048

نویسندگان

میثم نامداری¹؛ رحمت عباسی^{* 2}؛ همت اله پیردشتی³؛ فائزه زعفریان⁴

¹گروه زراعت، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

²گروه زراعت دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

³پژوهشکده ژنتیک و زیست‌فناوری طبرستان، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.منابع طبیعی ساری

⁴گروه زراعت، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.

چکیده

ارتباط بین گونه­ای گیاهان در بخش زیرزمینی یک موضوع کلیدی جهت شناسایی ساز و کار رقابت و بهره­وری در کشت مخلوط است. بنابراین، به‌منظور ارزیابی تعاملات بخش زیرزمینی در نسبت­های مختلف کشت مخلوط گیاه دان­سیاه (Guizotia abyssinica Cass) و سویا (Glycine max (L.) Merrill) آزمایشی در دو سال زراعی (97- 1396و 98- 1397) و به‌صورت طرح بلوک­های کامل تصادفی با چهار تکرار در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری اجرا شد. تیمارهای آزمایش شامل نسبت­های کاشت 0:100، 25:75، 50:50، 75:25 و 100:0 (به‌ترتیب دان­سیاه- سویا) به‌روش جایگزینی بودند. بر اساس نتایج به‌دست آمده، نسبت­های مختلف کاشت اثر معنی‌داری بر درصد نیتروژن حاصل از تثبیت بیولوژیکی، میزان فعالیت کل میکروبی خاک، فعالیت ریشه و مقدار فنول و فلاونوئید موجود در عصاره ریشه گیاه دان­سیاه داشتند. تمامی نسبت­های مختلف کشت مخلوط در مقایسه با تیمار کشت خالص دارای قابلیت تثبیت بیولوژیکی نیتروژن بیشتری بودند. بیشترین افزایش درصد نیتروژن حاصل از تثبیت بیولوژیکی در هر دو سال زراعی مربوط به مرحله 90 روز پس از کاشت بود. در این مرحله نسبت کاشت 50:50 به‌ترتیب در سال­های مورد مطالعه با میانگین 46/85 و 58/91 درصد بیشترین درصد نیتروژن حاصل از تثبیت بیولوژیکی را در اختیار داشت. علاوه‌بر مطالب مذکور مجموع فعالیت کل میکروبی خاک در نسبت­های مختلف کشت مخلوط بیشتر از کشت خالص گیاهان مورد مطالعه بود و در مرحله 60 روز پس از کاشت نسبت کاشت 50:50 با میانگین 56/34 (g.Fluorecsceine.g^-1.h^-1μ) دارای بیشترین میزان فعالیت میکروبی خاک بود. همچنین گیاه دان­سیاه در نسبت­های مختلف کشت مخلوط ضمن افزایش فعالیت ریشه از میزان فنل و فلاونوئید بیشتری نیز در عصاره ریشه برخوردار بود. نسبت­های مختلف کشت مخلوط نیز از نظر تولید ترکیبات ثانویه موفق­تر از کشت خالص گیاه دان­سیاه عمل کردند. در نهایت، افزایش معنی­داری درصد نیتروژن حاصل از تثبیت بیولوژیکی و علاوه‌بر آن فعالیت بیشتر ریشه گیاه دان­سیاه به‌عنوان گیاه مکمل در نسبت­های کشت مخلوط می­تواند نقش مهمی در پویایی تعاملات بین­گونه­ای در بخش زیرزمینی در الگوی کشت مخلوط داشته باشد.

کلیدواژه‌ها

ترکیبات ثانویه؛ عصاره ریشه؛ فعالیت کل میکروبی خاک؛ نیتروژن حاصل از تثبیت بیولوژیک

مراجع

1. Adam, G., & Duncan, H. (2001). Development of a sensitive and rapid method for the measurement of total microbial activity using fluorescein diacetate (FDA) in a range of soils. Soil Biology and Biochemistry, 33, 943-951. https://doi.org/10.1016/S0038-0717(00)00244-3
2. Azam Khan, M., Chen, J., Li, Q., Zhang, W., Wu, L., Li, Z., & Lin, W. (2014). Effect of interspecific root interaction on soil nutrition, enzymatic activity and rhizosphere biology in maize-peanut intercropping system. Pakistan Journal Agricultural Science, 51(2), 395-406.
3. Benabdallah, A., Rahmoune, C., Boumendjel, M., Aissi, O., & Messaoud, C. (2016). Total phenolic content and antioxidant activity of six wild Mentha species (Lamiaceae) from northeast of Algeria. Asian Pacific Journal of Tropical Biomedicine, 6(9), 760-766. https://doi.org/10.1016/j.apjtb.2016.06.016
4. Callaway, R.M. (2002). The detection of neighbors by plants. Trends in Ecology and Evolution, 17(3), 104–105. https://doi.org/10.1016/S0169-5347(01)02438-7
5. Carciochi, W.D., Schwalbert, R., Andrade, F.H., Corassa, G.M., Carter, P., Gasper, A.P., Schmidt, J., & Ciampitti, A. (2019). Soybean seed yield response to plant density by yield environmental in North America. Agronomy Journal, 111(4), 1-10. https://doi.org/2134/agronj2018.10.0635
6. Cardoso, E.J.B.N., Noguira, M.A., & Ferraz, S.M.G. (2007). Biological N₂ fixation and mineral N in common bean-maize intercropping or sole cropping in southeastern Brazil. Experimental Agriculture, 43, 319-330. https://doi.org/10.1017/S0014479707005029
7. Cataldo, D.A., Haroon, M., Schrader, L.E., & Youngs, V.L. (1975). Rapid colorimetric determination of nitrate in plant tissue by nitration of salicylic acid. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 6, 71-80. https://doi.org/10.1080/00103627509366547
8. Cesco, S., Neumann, G., Tomasi, N., Pinton, R., & Weisskopf, L. (2010). Release of plant-borne flavonoids into the rhizosphere and their role in plant nutrition. Plant and Soil, 329, 1–25. https://doi.org/10.1007/s11104-009-0266-9
9. Cong, W.F., Hoffland, E., Li, L., Six, J., Haosun, J., Bao, X., Zhang, F., & Werf, W. (2014). Intercropping enhances soil carbon and nitrogen. Global Change Biology, 21(4), 1715-1726. https://doi.org/10.1111/gcb.12738
10. Corre-Hellou, G., Brisson, N., Launay, M., Fustec, J., & Crozat, Y. (2007). Effect of root depth penetration on soil N sharing and dry matter in pea-barley intercrops given different soil N supplies. Field Crops Research, 103, 76–85. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2007.04.008
11. Crews, T.E., Blesh, J., Culman, S.W., Hayes, R.C., Jensen, E.S., Mark, M.C., Peoples, M.B., & Schipanski, M.E. (2016). Going where no grains have gone before: From early to mid-succession. Agriculture, Ecosystem and Environment, 223, 223-238. https://doi.org/10.1016/j.agee.2016.03.012
12. Du, Q., Zhou, L., Chen, P., liu, X., Song, C., Yang, F., Wang, X., Liu, W., Sun, X., Du, J., Liu, J., Shu, K., Yang, W., & Yong, T. (2019). Relay-intercropping soybean with maize maintains soil fertility and increases nitrogen recovery efficiency by reducing nitrogen input. The Crop Journal, 8(1), 140-152. https://doi.org/10.1016/j.cj.2019.06.010
13. Fehr, W.R., Caviness, C.E., Burmood, D.T., & Pennington, J.S. (1971). Stage of development descriptions for soybean, Glycine max Crop Science, 11(6), 929-931. https://doi.org/10.2135/cropsci1971.0011183X001100060051x
14. Ghosh,K., Tripathi, A.K., Bandyopadhyay, K.K., & Manna, M.C. (2009). Assessment of nutrient competition and nutrient requirement intercropping system. European Journal of Agronomy, 31, 43-50. https://doi.org/10.1016/j.eja.2009.03.002
15. Giles, C.D., Brown, L.K., Adu, M.O., Mezeli, M.M., Sandral, G.A., Simpson, R.J., Wendler, R., Shand, C.A., Menezes, D., Darch, T., Stutter M.I., Lumsdon D.G., Zhang H., & George, T.S. (2017). Response-based selection of barley cultivars and legume species for complementarity: Root morphology and exudation in relation to nutrient source. Plant Science, 255, 12-28. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2016.11.002
16. Granato, D., Shahidi, F., Wrolstad, R., Kilmartin, P., Melton, L.D., Hidalgo, F.J., Miyashita, K., Camp, J., Alasalvar, C., Ismail, A.B., Elmore, S., Birch, G.G., Charalampopoulos, D., Astley, S.B., & Pegg, R. (2018). Antioxidant activity, total phenolics and flavonoids contents: Should we ban in vitro screening methods? Food Chemistry, 264, 471-475. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2018.04.012
17. Hangria, M., & Mendes, I.C. (2015). Nitrogen fixation with soybean: the perfect symbiosis. In F.J. de Bruijn (Eds). Biological Nitrogen Fixation, Volume 2, First Edition. John Wiley and Sons, Inc., Hoboken, New Jersey. p. 1009-1023.
18. Hauggaard-Nielsen, H., Gooding, M., Ambus, P., Corre-Hellou, G., Crozat, Y., Dahlmann, C., Dibet, A., Fragstein, P., Pristeri, A., Monti, M., & Jensen, E.S. (2009). Pea–barley intercropping for efficient symbiotic N₂-fixation, soil N acquisition and use of other nutrients in European organic cropping systems. Field Crop Research, 113, 64-71. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2009.04.009
19. Heimler, D., Vignolini, P., Dini, M.G., & Romani, A. (2005). Rapid tests to assess the antioxidant activity of Phaseolus vulgaris dry beans. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 53, 3053–3056. https://doi.org/10.1021/jf049001r
20. Herridge, D.F. (1984). Effects of nitrate and plant development on the abundance of nitrogenous solutes in root-bleeding and vacuum extracted exudates of soybean. Crop Science, 25, 173-179.
21. Hu, F., Gan, Y., Chai, Q., Feng, F., Zhao, C., Yu, A., Mu, Y., & Zhang, Y. (2016). Boosting system productivity through the improved coordination of interspecific competition in maize pea strip intercropping. Field Crops Research, 198, 50-60. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2016.08.022
22. Islam, M.A. & Adjesiwor, A.T. (2018). Nitrogen fixation and transfer in agricultural production systems. In A. Khan and S. Fahad (Eds.) Nitrogen in Agriculture. INTECH. Press, London. p. 95-110.
23. Jamont, M., Guillaume, P., & Fustec, J. (2013). Sharing N resources in the early growth of rapeseed intercropped with faba bean: Does N transfer matter? Plant and Soil, 371(1-3), 651-653. https://doi.org/10.1007/s11104-013-1712-2
24. Kasle, S.V., Gaikeard, S.R., Bhusari, S.A., & Kalegore, N.K. (2020). Studies on growth, yield and quality of niger (Guizotia abyssinica) as influenced by graded levels of fertilizer and plant density. The Pharma Innovation Journal, 9(11), 314-316.
25. King, A. (2014). Multifunctional agriculture: root and nitrogen dynamics in two alternative systems. Graduate PhD Dissertations, Faculty of Ecology and Evolutionary Biology, Iowa State University, United State.
26. Kong, L., Xie, Y., Hu, L., Feng, B., & Li, S. (2016). Remobilization of vegetative nitrogen to developing grain in wheat, review. Field Crops Research, 196, 134-144. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2016.06.015
27. Kuzyakov, Y., & Xu, X. (2013). Competition between roots and microorganisms for nitrogen: Mechanisms and ecological relevance. New Phytologist, 198, 656-669. https://doi.org/10.1111/nph.12235
28. Li, B., Li, Y.Y., Wu, H.M., Zhang, F.F., Li, C.J., Li, X.X., Lambers, H. & Li, L. (2016). Root exudates drive interspecific facilitation by enhancing nodulation and N₂ PNAS, 113(23), 1-6. https://doi.org/10.1073/pnas.1523580113
29. Liu, Y.C., Qin, X., Xiao, J., Tang, L., Wei, C.Z., Wei, J.J., & Zheng, Y. (2017). Intercropping influences component and content change of flavonoids in root exudates and nodulation of Faba bean. Plant Interactions, 12(1), 187-192. https://doi.org/10.1080/17429145.2017.1308569
30. Machado, S. (2009). Does intercropping have a role in modern agriculture? Soil and Water Conservation Society, 64(2), 55-57. https://doi.org/2489/jswc.64.2.55A
31. Maikhuri, R.K., Dangwal, D., & Negi, V.S. (2016). Evaluation of symbiotic nitrogen fixing ability of legume crops in Central India. Rhizosphere, 1, 26-18. https://doi.org/10.1016/j.rhisph.2016.06.001
32. Nambiar, P.T.C., Rao, M.R., & Reddy, M.S. (1983). Effect of intercropping on nodulation and N₂-fixation by groundnut. Excremental Agriculture, 19, 79-86. https://doi.org/10.1017/S001447970001053X
33. Nyawade, S.O., Karanja, N.N., Gachene, C.K.K., Gitari, H.I., Geldermann, E.S., & Parker, M.L. (2019). Short-term dynamics of soil organic matter fractions and microbial activity in smallholder potato-legume intercropping systems. Applied Soil Ecology, 142, 123-135. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2019.04.015
34. Pelzer, E., Hombert, N., Jeuffroy, M.H., & Makowski, D., (2014). Meta-analysis of the effect of nitrogen fertilization on annual cereal–legume intercrop production. Agronomy journal, 106(5), 1775-1786. https://doi.org/10.2134/agronj2015.0440
35. Ranganatha, A.R.G., Panday, A.K., Bisen, R., Jain, S., & Sharma, S. (2016). Niger. In: S.K. Gupta (Ed), Breeding Oilseed Crops for Sustainable Production, opportunities and constraints. Academic Press, Cambridge, Massachusetts. p. 169-199.
36. Ruhlemann, L., & Schmidtke, K. (2015). Evaluation of monocropped and intercropped grain legumes for cover cropping in no-tillage and reduced tillage organic agriculture. European Journal of Agronomy, 65, 83-94. https://doi.org/10.1016/j.eja.2015.01.006
37. Salvagiotti, F., Cassman, K.G., Specht, J.E., Walters, D.T., Weiss, A., & Dobermann, A. (2008). Nitrogen uptake, fixation and response to fertilizer N in soybeans: A review. Field Crop Research, 108, 1-13. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2008.03.001
38. Stern, W.R. (1993). Nitrogen fixation and transfer in intercrop systems. Field Crops Research, 34, 335-356. https://doi.org/10.1016/0378-4290(93)90121-3
39. Stomph, T., Dordas, C., Baranger, A., de Rijk, J., Dong, B., Evers, J., Gu, C., Li, L., Simon, J., Jensen, E.S., Wang, Q., Wang, Y., Wang, Z., Xu, H., Zhang, C., Zhang, L., Zhang, W., Bedoussac, L., & Werf, W.V. (2020). Designing intercrops for high yield, yield stability and efficient use of resources: Are there principles? Advances in Agronomy. In D.L. Sparks (Eds), Advances in Agronomy. Academic Press, London. p. 1-50.
40. Tsialtas, I.T., Baxevanos, D., Vlachostergios, D.N., Dordas, C., & Lithourgidis, A. (2018). Cultivar complementarity for symbiotic nitrogen fixation and water use efficiency in pea-oat intercrops and its effect on forage yield and quality. Field Crop Research, 226, 28-37. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2018.07.005
41. Unkovich, M., Herridge, D.F., Peoples, M., Cadisch, G., Boddey, B., Giller, K., Alves, B., & Chalk, P. (2008). Measuring plant-associated nitrogen fixation in agricultural systems. Australian Center for International Agricultural Research (ACIAR). p. 136-258.
42. Wang, Z., Bao, X., Li., X., Jin, X., Zhao, J., Sun, J., Christie, P., & Li, L. (2015). Intercropping maintains soil fertility in terms of chemical properties and enzyme activities on a timescale of one decade. Plant and Soil, 391(1-2), 265-282. https://doi.org/10.1007/s11104-015-2428-2
43. Waterhouse, A.L. (2002). Determination of total phenolic. Current Protocols in Food Analytical Chemistry, I1, 1-8.
44. Weisany, W., Salmasi, S., Raei, Y., & Shorabi, Y. (2016). Can arbuscular mycorrhizal fungi improve competitive ability of dill + common bean intercrops against weeds? European Journal of Agronomy, 75, 60-71. https://doi.org/10.1016/j.eja.2016.01.006
45. Xu, B.J., & Chang, S.K.C. (2007). A comparative study on phenolic profiles and antioxidant activities of legumes as affected by extraction solvents. Journal of Food Science, 72(2), 159-166. https://doi.org/10.1111/j.1750-3841.2006.00260.x
46. Yingchao, L., Yin, X., Xiao, J., Tang, L., & Zheng, Y. (2019). Interactive influences of intercropping by nitrogen on flavonoid exudation and nodulation in faba bean. Scientific Reports, 9, 4818-4829. https://doi.org/10.1038/s41598-019-41146-9
47. Young, E.G., & Conway, C.F. (1942). On the estimation of allantoin by the Rimini-Schryver reaction. Journal of Biological Chemistry, 142, 839–853. https://doi.org/10.1016/S0021-9258(18)45082-X
48. Zhang X, Huang, G., Bian, X., & Zhao, Q. (2013). Effects of root interaction and nitrogen fertilization on the chlorophyll content, root activity, photosynthetic characteristics of intercropped soybean and microbial quantity in the rhizosphere. Plant Soil and Environment, 59(2), 80-88. https://doi.org/10.17221/613/2012-PSE