تأثیر کمپوست برخی پسماندها و بقایای کشاورزی در دو کشت متوالی اسفناج: 2- پاسخ شناسه‌های فیزیولوژیک، رشد و عناصر مغذی در گیاه

آب و خاک

مقاله 4، دوره 38، شماره 1 - شماره پیاپی 93، فروردین و اردیبهشت 1403، صفحه 51-67   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.2023.83764.1319

نویسندگان

خدیجه سالاری نیک¹؛ محسن نائل^{* 1}؛ محمد سیاری²؛ سید سعید موسوی³

¹گروه علوم و مهندسی خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

²گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

³گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

چکیده

استفاده از کمپوست پسماندهای کشاورزی علاوه بر بهبود حاصلخیزی خاک می­تواند از طریق کاهش مصرف کودهای شیمیایی و بازچرخش پسماندها اثر مطلوبی بر کیفیت محصولات و محیط‌زیست داشته باشد. در این پژوهش اثر هشت کمپوست تهیه شده از تفاله انگور (G) (در دو سطح کم (LG) (37 تا 42 درصد) و زیاد (HG) (60 تا 63 درصد)) در ترکیب با یونجه (A)، تفاله چغندر (B) و کاه نخود (Ch)، بر رشد، عملکرد، شناسه­های فیزیولوژیک و عناصر مغذی گیاه اسفناج در دو کشت متوالی (بهار و پاییز) مطالعه و نتایج آن با دو سطح کود شیمیایی اوره (C150 و C500) مقایسه شد. تیمارهای LG-Ch-A و C500 درکشت بهار و تیمارهای LG-A-B، LG-All (متشکل از تمام پسماندها)، و HG-All در کشت پاییز بیشترین تعداد برگ، شاخص سطح برگ و عملکرد را داشتند و اختلاف معنی­داری با تیمار شاهد نشان دادند. تیمار HG-Ch-A بیشترین مقدار K و Zn را در بین تیمارها داشت که همسو با مقدار بالای این عناصر در کمپوست­های متناظرشان بود. همبستگی مثبت و معنی­داری بین مقدار P، K، Mg و Zn در اسفناج با مقدار این عناصر در کمپوست، در هر دو فصل کشت وجود داشت. همچنین رابطه­ی هم­افزایی بین عناصر P با Mg؛ P با Zn؛ و Mg با Zn در اسفناج مشاهده شد. در مقابل، رابطه­ی هم­آوردی بین دو عنصر Ca و Mg مشاهده شد، زیرا غلظت بالای کلسیم با کاهش نفوذپذیری سلول، جذب منیزیم را مهار می­کند. در هر دو فصل کشت، بیشترین و کمترین مقدار کلروفیل و کاروتنوئید به‌ترتیب در تیمارهای C500 و LG-Ch-B مشاهده شد. در کشت بهار، بیشترین و کمترین مقدار اگزالیک اسید و نسبت oxalic acid/Ca به‌ترتیب در تیمار LG-Ch-B و HG-All مشاهده شد. به­علاوه، مقدار فعالیت آنتی­اکسیدانی در تیمارهای کمپوست به‌طور معنی­داری بیشتر از تیمارهای شیمیایی بود. تیمار C500 در فصل بهار به‌طور معنی­داری بیشترین مقدار تجمع نیترات را داشت. تیمار LG-All در هر دو فصل بیشترین مقدار تجمع نیترات را در بین تیمارهای کمپوست داشت. برهمکنش بین عناصر مغذی و شناسه­های فیزیولوژیک اسفناج مشاهده شد. وابستگی متقابل بین مقدار Mg و oxalic acid/Ca (کشت بهار)، مقدار K و اگزالیک اسید، و مقدار Na و oxalic acid/Ca (کشت پاییز) می‌تواند به نقش اگزالات‌ها به‌عنوان یک جزء فعال متابولیک در جذب یون‌های معدنی توسط گیاهان مرتبط باشد. گروه­بندی تیمارهای کود توسط تجزیه و تحلیل مؤلفه­های اصلی نشان داد که تیمارهای شیمیایی و شاهد به وضوح از تیمارهای کمپوست به‌دلیل مقدار زیاد کلروفیل،کاروتنوئید، نیترات، K و Zn؛ و مقدار کم اگزالیک اسید، نسبت oxalic acid/Ca، فعالیت آنتی‌اکسیدانی، فنل و Na جدا شدند. به‌طور کلی، استفاده از تیمارهای C500، LG-Ch-A، LG-All و HG-All به‌دلیل تجمع نیترات در اسفناج توصیه نمی­شود.

کلیدواژه‌ها

اگزالیک اسید؛ تجمع نیترات؛ تفاله انگور؛ عناصر کم‌مصرف

مراجع

1. Ahmadi, F., & Jafarpour, M. (2015). The functional effect of different organic matter on spinach (Spinacia oleracea) . Journal of Earth, Environment and Health Sciences, 1(1), 1. https://doi.org/10.4103/2423-7752.159915
2. Alessa, O., Najla, S., & Murshed, R. (2017). Improvement of yield and quality of two Spinacia oleracea varieties by using different fertilizing approaches. Physiology and Molecular Biology of Plants, 23(3), 693–702. https://doi.org/10.1007/s12298-017-0453-8
3. Ali, Z.I., Malik, E.M.A., Babiker, H.M., Ramraj, V.M., Sultana, A., & Johansen, C. (1998). Iron and nitrogen interactions in groundnut nutrition. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 29(17–18), 2619–2630. https://doi.org/10.1080/00103629809370138
4. Anwar, Z., Irshad, M., Bilal, M., Irshad, U., Hafeez, F., & Owens, G. (2017). Changes in availability of plant nutrients during composting of cow manure with poplar leaf litter. Compost Science and Utilization, 25(4), 242–250. https://doi.org/10.1080/1065657X.2017.1300547
5. Arnon, D.I. (1949). Copper enzymes in isolated chloroplasts. Polyphenoloxidase in Beta vulgaris. Plant Physiology, 24(1), 1–15. https://doi.org/10.1104/pp.24.1.1
6. Ayed, I.A. (1970). A study of the mobilization of iron in tomato roots by chelate treatments. Plant and Soil, 32(1), 18–26. https://doi.org/10.1007/BF01372842
7. Bayili, R.G., Abdoul-Latif, F., Kone, O.H., Diao, M., Imael, H., Bassole, N., & Dicko, M.H. (2011). Phenolic compounds and antioxidant activities in some fruits and vegetables from Burkina Faso. African Journal of Biotechnology, 10(62), 13543–13547. https://doi.org/10.5897/ajb10.2010
8. Bergman, M., Varshavsky, L., Gottlieb, H.E., & Grossman, S. (2001). The antioxidant activity of aqueous spinach extract: Chemical identification of active fractions. Phytochemistry, 58(1), 143–152. https://doi.org/10.1016/S0031-9422(01)00137-6
9. Boldrin, A., Andersen, J.K., Møller, J., Christensen, T.H., & Favoino, E. (2009). Composting and compost utilization: Accounting of greenhouse gases and global warming contributions. Waste Management and Research, 27(8), 800–812. https://doi.org/10.1177/0734242X09345275
10. Cataldo, D.A., Haroon, M. H., 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(1), 71–80. https://doi.org/10.1080/00103627509366547
11. Cheng, K.L., & Bray, R.H. (1951). Determination of calcium and magnesium in soil and plant material. Soil Science, 72(6), 449–458. https://doi.org/10.1097/00010694-195112000-00005
12. Citak, S., & Sonmez, S. (2010). Effects of conventional and organic fertilization on spinach (Spinacea oleracea) growth, yield, vitamin C and nitrate concentration during two successive seasons. Scientia Horticulturae, 126(4), 415–420. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2010.08.010
13. Deveci, M., & Uzun, E. (2011). Determination of phenolic compounds and chlorophyll content of Spinach (Spinacia oleracea) at different growth stages. Asian Journal of Chemistry, 23(8), 3739–3743.
14. Elia, A., Santamaria, P., & Serio, F. (1998). Nitrogen nutrition, yield and quality of spinach. Journal of the Science of Food and Agriculture, 76(3), 341–346. https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-0010(199803)76:3<341::AID-JSFA938>3.0.CO;2-4
15. Erfani, F., Hassandokht, M.R., Barzegar, M., & Jabbari, A. (2006). Determination and comparison of chemical properties of seven Iranian spinach cultivars. Journal of Food Science and Technology(Iran), 3(2), 27–33.
16. Estefan, G., Sommer, R., & Ryan, J. (2013). Methods of Soil, Plant , and Water Analysis : A manual for the West Asia and North (Third Edit). International Center for Agricultural Research in the Dry Sreas.
17. Fageria, N.K., & Baligar, V.C. (1999). Growth and nutrient concentrations of common bean, lowland rice, corn, soybean, and wheat at different soil pH on an inceptisol. Journal of Plant Nutrition, 22(9), 1495–1507. https://doi.org/10.1080/01904169909365730
18. Fageria, N Kumar. (1983). Ionic interactions in rice plants from dilute solutions. Plant and Soil, 70(3), 309–316. https://doi.org/10.1007/BF02374887
19. Fageria, V.D. (2001). Nutrient interactions in crop plants. Journal of Plant Nutrition, 24(8), 1269–1290. https://doi.org/10.1081/PLN-100106981
20. Ferreira, J.F., Sandhu, D., Liu, X., & Halvorson, J.J. (2018). Spinach (Spinacia oleracea) response to salinity: nutritional value, physiological parameters, antioxidant capacity, and gene expression. Agriculture, 8, 163.
21. Ghaly, F., Baddour, G., & El-Azazy, H. (2017). Nitrate accumulation and oxalate formation in spinach plants (Spinacia oleracea) as affected by nitrogen fertilization levels and iron foliar application. Journal of Soil Sciences and Agricultural Engineering, 8(11), 571–576. https://doi.org/10.21608/jssae.2017.38092
22. Graham, R.F., Wortman, S.E., & Pittelkow, C.M. (2017). Comparison of organic and integrated nutrient management strategies for reducing soil N₂O emissions. Sustainability (Switzerland), 9(4). https://doi.org/10.3390/ su9040510
23. Gupta, K., & Wagle, D.S. (1988). Nutritional and antinutritional factors of green leafy vegetables. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 36(3), 472–474. https://doi.org/10.1021/jf00081a016
24. Hargreaves, J.C., Adl, M.S., & Warman, P.R. (2008). A review of the use of composted municipal solid waste in agriculture. Agriculture, Ecosystems and Environment, 123(1–3), 1–14. https://doi.org/10.1016/j.agee.2007.07.004
25. Hodges, D.M., & Forney, C.F. (2003). Postharvest ascorbate metabolism in two cultivars of spinach differing in their senescence rates. Journal of the American Society for Horticultural Science, 128(6), 930–935. https://doi.org/ 10.21273/jashs.128.6.0930
26. Huang, C.Y.L., & Schulte, E.E. (1985). Digestion of plant tissue for analysis by ICP emission spectroscopy. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 16(9), 943–958. https://doi.org/10.1080/00103628509367657
27. Kemp, A. (1983). The Effect of fertilizer treatment of grassland on the biological availability of magnesium. In role of magnesium in animal nutrtition (pp. 143–157).
28. Khan, M.A.I., Ueno, K., Horimoto, S., Komai, F., Tanaka, K., & Ono, Y. (2007). Evaluation of the physio-chemical and microbial properties of green tea waste-rice bran compost and the effect of the compost on spinach production. Plant Production Science, 10(4), 391–399. https://doi.org/10.1626/pps.10.391
29. Kunicki, E., Grabowska, A., Sękara, A., & Wojciechowska, R. (2010). The effect of cultivar type, time of cultivation, and biostimulant treatment on the yield of spinach (Spinacia oleracea) . Folia Horticulturae, 22(2), 9–13. https://doi.org/10.2478/fhort-2013-0153
30. Li, W., Pickard, M.D., & Beta, T. (2007). Effect of thermal processing on antioxidant properties of purple wheat bran. Food Chemistry, 104(3), 1080–1086. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2007.01.024
31. Lichtenthaler, H.K., & Wellburn, A.R. (1983). Determinations of total carotenoids and chlorophylls a and b of leaf extracts in different solvents. Biochemical Society Transactions, 11(5), 591–592. https://doi.org/10.1042/bst0110591
32. Lomnitski, L., Bergman, M., Nyska, A., Ben-Shaul, V., & Grossman, S. (2003). Composition, efficacy, and safety of spinach extracts. Nutrition and Cancer, 46(2), 222–231. https://doi.org/10.1207/S15327914NC4602_16
33. Loneragan, J.F., Grunes, D.L., Welch, R.M., Aduayi, E.A., Tengah, A., Lazar, V.A., & Cary, E.E. (1982). Phosphorus accumulation and toxicity in leaves in relation to zinc supply. Soil Science Society of America Journal, 46(2), 345–352. https://doi.org/10.2136/sssaj1982.03615995004600020027x
34. Machado, R.M.A., Alves-Pereira, I., Lourenço, D., & Ferreira, R.M.A. (2020). Effect of organic compost and inorganic nitrogen fertigation on spinach growth, phytochemical accumulation and antioxidant activity. Heliyon, 6(9). https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2020.e05085
35. Machado, Rui M.A., Alves-Pereira, I., Robalo, M., & Ferreira, R. (2021). Effects of municipal solid waste compost supplemented with inorganic nitrogen on physicochemical soil characteristics, plant growth, nitrate content, and antioxidant activity in Spinach. Horticulturae, 7(3), 53. https://doi.org/10.3390/horticulturae7030053
36. Maynard, D.N., Barker, A.V., Minotti, P.L., & Peck, N.H. (1976). Nitrate accumulation in vegetables. Advances in Agronomy, 28(C), 71–118. https://doi.org/10.1016/S0065-2113(08)60553-2
37. Mengel, K., & Kirkby, E. (2001). Principles of plant nutrition. In International Potash Institute, Bern, Switzerland (5th Ed, Vol. 129, Issue 1). https://doi.org/10.1097/00010694-198001000-00011
38. Minitab Inc. (2013). MINITAB statistical software. In Version: Release 16 (No. 18; Vol. 14, Issue c, p. 10). Pennsylvania State University.
39. Moraghan, J.T., & Mascagni, H.J. (2018). Environmental and soil factors affecting micronutrient deficiencies and toxicities. In Micronutrients in Agriculture (pp. 371–425). https://doi.org/10.2136/sssabookser4.2ed.c11
40. Murphy, L.S., Ellis, R., & Adriano, D.C. (1981). Phosphorus-micronutrient interaction effects on crop production. Journal of Plant Nutrition, 3(1–4), 593–613. https://doi.org/10.1080/01904168109362863
41. Naik, V.V, Mahavidyalaya, S.P.K., & Sindhudurg, D. (2014). Methodology in determination of oxalic acid in plant tissue: a comparative approach. Journal of Global Trends in Pharmaceutical Sciences, 5(2), 1662–1672.
42. Nakata, P.A. (2003). Advances in our understanding of calcium oxalate crystal formation and function in plants. Plant Science, 164(6), 901–909. https://doi.org/10.1016/S0168-9452(03)00120-1
43. Rasband, W. (2018). ImageJ (2.0.0-rc-69/1.52p; java 1.8.0_172 [64-bit]). Bethesda, Maryland: U. S. National Institutes of Health.
44. Rashid, M., Yousaf, Z., Din, A., Munawar, M., Aftab, A., Riaz, N., Younas, A., Alaraidh, I.A., Okla, M.K., & AbdElgawad, H. (2022). Assessment of mineral nutrient efficiency in genetically diverse spinach accessions by biochemical and functional marker strategies. Frontiers in Plant Science, 13. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.889604
45. Sadasivam, S., & Balasubramanian, T. (1987). Practical Manual in Biochemistry.
46. Salarinik, Kh., & Nael, M. (2024). The effect of agricultural waste and residue composts in two consecutive spinach cultivations: 1- response of soil fertility indicators, plant nutrient uptake, and yield. Journal of Water and Soil, 37(6), 871-890. (In Persian with English abstract). https://doi.org/10.22067/jsw.2023.83762.1318
47. SAS Institute Inc. (2013). SAS/ACCESS® 9.4 Interface to ADABAS: Reference. (9.4). Cary, NC: SAS Institute Inc.
48. Shukla, U.C., & Mukhi, A.K. (1980). Ameliorative role of Zn, K, and gypsum on maize growth under alkali soil conditions. Agronomy Journal, 72(1), 85–88. https://doi.org/10.2134/agronj1980.00021962007200010017x
49. Singleton, V.L., & Rossi, J.A. (1965). Colorimetry of total phenolics with phosphomolybdic-phosphotungstic acid reagents. American Journal of Enology and Viticulture, 16(3), 144–158.
50. Stagnari, F., Di Bitetto, V., & Pisante, M. (2007). Effects of N fertilizers and rates on yield, safety and nutrients in processing spinach genotypes. Scientia Horticulturae, 114(4), 225–233. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2007. 06.016
51. Tanaka, F., Kim, T.H., & Yoneyama, T. (2001). Relationship between oxalate synthesis and nitrate reduction in spinach (Spinacia oleracea) plants tracing by 13C and 15N. Plant Nutrition, 302–303. https://doi.org/10.1007/0-306-47624-x_145
52. Wang, F., Wang, G., Li, X., Huang, J., & Zheng, J. (2008). Heredity, physiology and mapping of a chlorophyll content gene of rice (Oryza sativa). Journal of Plant Physiology, 165(3), 324–330. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2006.11.006
53. Wang, N., Fu, F., Wang, H., Wang, P., He, S., Shao, H., Ni, Z., & Zhang, X. (2021). Effects of irrigation and nitrogen on chlorophyll content, dry matter and nitrogen accumulation in sugar beet (Beta vulgaris). Scientific Reports, 11(1). https://doi.org/10.1038/s41598-021-95792-z
54. Xu, C., & Mou, B. (2016). Responses of spinach to salinity and nutrient deficiency in growth, physiology, and nutritional value. Journal of the American Society for Horticultural Science, 141(1), 12–21. https://doi.org/10.21273/jashs.141.1.12
55. Yang, S., Zhang, Z., Cong, L., Wang, X., & Shi, S. (2013). Effect of fulvic acid on the phosphorus availability in acid soil. Journal of Soil Science and Plant Nutrition, 13(3), 526–533. https://doi.org/10.4067/S0718-95162013005000041
56. Yosefi, Z., Tabaraki, R., Gharneh, H.A.A., & Mehrabi, A.A. (2010). Variation in antioxidant activity, total phenolics, and nitrate in spinach. International Journal of Vegetable Science, 16(3), 233–242. https://doi.org/ 10.1080/19315260903577278