ارزیابی عملکرد ذرت علوفه‌ای (Zea mays L.) در کشت مخلوط با لوبیا‌چیتی (Phaseolus vulgaris L.) تحت شرایط کم‌آبیاری و محلول‌پاشی اسپرمیدین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری زراعت، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، تهران، ایران،

2 دانشیار، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، تهران، ایران،

3 استاد، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، تهران، ایران،

4 استاد، گروه اگروتکنولوژی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران،

چکیده

سابقه و هدف: تأمین نیازهای غذایی آینده با ارائه راهکاری جهت دستیابی به کارایی مصرف آب بیش‌تر با توجه به مسئله کمبود آب در جهان، به‌عنوان اولویت اصلی در کشاورزی مطرح است. بنابراین، در کشورهای مناطق خشک و نیمه‌خشک، لازم است روش‌هایی جهت بهبود مدیریت آبیاری در همه‌ی سیستم‌های کاشت ذرت، به‌کار گرفته شود. استفاده از سیستم‌های کشت مخلوط در مناطق خشک که کمبود آب، به‌عنوان یک تهدید جدی در پایداری کشاورزی است، راهبردی موثر در کاهش چالش کم‌آبی می‌باشد. کم‌آبیاری، به معنای کاهش آب مصرفی در واحد زمین، روشی دیگر برای مدیریت آبیاری است. یکی دیگر از راهکارهای مدیریتی بهبود تولید و افزایش تحمل گیاهان در برابر کمبود آب، استفاده از پلی‌آمین‌ها به عنوان منابع خارجی است که افزایش تحمل و رشد گیاه را در پی دارد. این پژوهش با هدف بررسی عملکرد ذرت علوفه‌ای و لوبیا‌چیتی در شرایط کم‌آبیاری و محلول‌پاشی اسپرمیدین، انجام شد.
مواد و روش‌ها: به‌منظور بررسی عملکرد ذرت علوفه‌ای و لوبیا‌چیتی در شرایط کم‌آبیاری و محلول‌پاشی اسپرمیدین، آزمایشی به‌صورت کرت‌های دو بار خرد شده در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی در سه تکرار انجام شد. کرت‌های اصلی در برگیرنده سه سطح آبیاری بر اساس 60 ،80 و 100 میلی‌متر تبخیر تجمعی از تشتک تبخیر کلاس A(به ترتیب به‌عنوان شاهد و دو سطح کم‌آبیاری)، کرت‌های فرعی شامل ﻣﺤﻠﻮل‌پاﺷﻲ و عدم محلول‌پاشی اسپرمیدین و کرت‌های فرعی - فرعی در برگیرنده پنج الگوی کشت مخلوط (کشت خالص ذرت، کشت خالص لوبیا‌چیتی، کشت مخلوط 50% ذرت: 50% لوبیا‌چیتی، کشت مخلوط 80% ذرت: 60% لوبیا چیتی و کشت مخلوط 80% ذرت: 40% لوبیا‌چیتی) بود که در مزرعه تحقیقاتی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران در سال زراعی 99-1398 انجام شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که برهمکنش تیمارهای آزمایشی روی صفات عملکرد علوفه تر و خشک ذرت، عملکرد دانه و ماده خشک لوبیا چیتی و شاخص سطح برگ گیاهان مورد بررسی معنا‌دار بود. اگرچه با توجه به افزایش سطح زیر کشت ذرت و لوبیا در تیمارهای تک کشتی، بیش‌ترین عملکرد دانه لوبیا (62/2 تن در هکتار) و عملکرد علوفه تر ذرت (53/66 تن در هکتار) مربوط به تیمار تک کشتی تحت آبیاری نرمال و محلول‌پاشی بود، میزان نسبت برابری زمین (LER) در تمامی نسبت‌های مختلف کشت مخلوط و در سطوح آبیاری بالاتر از یک بود که نشان‌دهنده برتری و سودمندی کشت مخلوط نسبت به تیمارهای تک کشتی در هر دو شرایط کم‌آبیاری و آبیاری نرمال است. کاهش میزان آبیاری تا 80 میلی‌متر، منجر به کاهش کم‌تر از 10 درصد عملکرد علوفه تر و خشک ذرت و عملکرد دانه و ماده خشک لوبیا چیتی شد و محلول‌پاشی اسپرمیدین منجر به افزایش تمامی صفات گردید. کم‌ترین عملکرد دانه لوبیا (56/0 تن در هکتار) و علوفه تر ذرت (92/29 تن در هکتار) به ترتیب از کشت مخلوط 80% ذرت: 40% لوبیا‌چیتی و کشت مخلوط 50% ذرت: 50% لوبیا‌چیتی تحت کم‌ترین میزان آبیاری و عدم محلول‌پاشی به‌دست آمد.
نتیجه‌گیری: نتایج به‌دست آمده از این مطالعه اثر مفید کشت مخلوط لوبیاچیتی با ذرت و کاربرد پلی‌آمین اسپرمیدین بر بهره‌وری منابع را نشان داد و با توجه به افت ناچیز عملکرد علوفه ذرت در کم‌آبیاری 80 میلی‌متر و الگوهای کشت مخلوط افزایشی (به‌ترتیب کم‌تر از شش و 20 درصد نسبت به تیمار کشت خالص در آبیاری نرمال و عدم محلول‌پاشی) به‌نظر می‌رسد چنانچه هدف تولید علوفه ذرت باشد، می‌توان کم‌آبیاری تا 80 میلی‌متر تبخیر از تشتک و کشت مخلوط افزایشی همراه با محلول‌پاشی اسپرمیدین را برای کشت ذرت و لوبیا جهت افزایش پایداری و تولید علوفه در منطقه کرج به‌کار برد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of forage maize (Zea mays L.) yield in intercropping with pinto bean (Phaseolus vulgaris L.) under deficit irrigation and spermidine foliar application

نویسندگان [English]

  • Zohreh Emdadi 1
  • Seyed mohammad bagher Hoseini 2
  • Mohammad reza Jahansuz 3
  • ‌‌‌‌Behnam Kamkar 4
1 Doctoral student of Agriculture, Department of Agriculture and Plant Breeding, Faculty of Agriculture, Campus of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Tehran, Iran.
2 Associate Professor, Department of Agriculture and Plant Breeding, Faculty of Agriculture, Campus of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Tehran, Iran.
3 Professor, Department of Agriculture and Plant Breeding, Faculty of Agriculture, Campus of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Tehran, Iran.
4 Professor, Department of Agrotechnology, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.
چکیده [English]

Background and objectives: Providing future food demand by providing a solution to achieve greater water use efficiency in the water shortage throughout the world, is a major priority in agriculture. Therefore, in arid and semi-arid countries, it is necessary to use methods to improve irrigation management in all maize planting systems. The use of intercropping systems in arid areas where water deficiency poses a serious threat to agricultural sustainability is an effective strategy to reduce the challenge of water scarcity. Deficit irrigation, which means reducing water consumption per unit area, is another way to manage irrigation. Another management strategy to improve production and increase plant tolerance to water scarcity is the use of polyamines as an external source that increases plant tolerance and growth. This study was performed to evaluate the yield of forage maize and pinto bean under deficit irrigation and spermidine foliar application treatments.
Materials and Methods: An experiment was conducted as split split plots based on a randomized complete block design with three replications. Main plots comprised three irrigation levels ((based on 60 (as control: NI), 80 and 100 mm cumulative evaporation from Class A evaporation pan as deficit irrigation (DI80 and DI100)), subplots included foliar and non-foliar spraying of spermidine and sub-sub-plots consisted five intercropping pattern (maize monoculture (Z), bean monoculture (F), intercropping of 50% maize: 50% bean, (Z %50: F %50), 80% maize: 60% bean (Z %80: F %60) and 80% maize: 40% bean (Z %80: F %40). It was carried out in the research farm of the Campus of Agriculture and Natural Resources of the University of Tehran in the 2009-2010 year.
Results: the result showed that the experimental treatments was significant on maize Fresh and dry forage yield, bean grain and biological yield, bean and maize leaf area index. Due to the higher planting area in bean and maize monoculture treatments, the highest bean grain yield (2.62 t/ha) and fresh yield of maize (66.53 t/ha) were related to monoculture under normal irrigation and spraying treatments, Land Equivalent Ratio (LER) in all intercropping patterns was more than one, indicating their superiority over monoculture treatments that indicated higher ground productivity in intercropping pattern than in monoculture of crops all levels of irrigation. Deficit irrigation up to 80 mm, decreased maize Fresh and dry forage yield, bean grain and biological yield less than 10 percent and spermidine increased all traits values. The lowest bean grain yield (0.56 t/ha) and fresh yield of maize (29.92 t/ha) were obtained from 80%: 40% and 50%: 50% under the lowest irrigation rate and non-foliar spraying, respectively.
Conclusion: the result showed that intercropping pattern and spraying treatments is usefulness. Due to the slight decrease in forage maize yield in 80 mm evaporation and additive intercropping patterns (less than 6 and 20%, respectively, compared to monoculture under normal irrigation and non- foliar spraying), if the goal is to produce forage maize, deficit irrigation up to 80 mm evaporation from the pan and additive intercropping along with spermidine foliar application is recommended for maize and bean cultivation to increase the sustainability and forage production in karaj area.

کلیدواژه‌ها [English]

  • evaporation pan
  • intercropping pattern
  • Land equivalent ratio
  • Semi-arid areas
  • Sustainability
  1. 1.Manning, D.T., Lurbe, S., Comas, L.H., Trout, T.J., Flynn, N. and Fonte, S.J. 2018. Economic viability of deficit irrigation in the Western US. Agric. Water. Manag. 196. 114-123.

    2.Zuazo, V.H.D., Garcia-Tejero, I.F., Rodriguez, B.C., Tarifa, D.F., Ruiz, B.G. and Sacristan, P.C. 2021. Deficit irrigation strategies for subtropical mango farming. A review. Agron. Sustain. Dev. 41: 1.  1-22.

    3.Franco, J.G., King, S.R. and Volder, A. 2018. Component crop physiology and water use efficiency in response to intercropping. Eur. J. Agron. 93: 27-39.

    1. ain, M., Kataria, S., Hirve, M. and Prajapati, R. 2019. Water deficit stress effects and responses in maize. In "Plant Abiotic Stress Tolerance". Springer, Agron. Mol. Bio. App. 129-151.

    5.Liu, M., Li, M., Liu, K. and Sui, N. 2015. Effects of drought stress on seed germination and seedling growth of different maize varieties. J. Agric. Sci. 7: 231.

    6.Chen, G., Kong, X., Gan, Y., Zhang, R., Feng, F., Yu, A., Zhao, C., Wan, S. and Chai, Q. 2018. Enhancing the systems productivity and water use efficiency through coordinated soil water sharing and compensation in strip-intercropping. Sci. Reports. 8: 10494.

    7.Abaye, A O., Trail, P., Thomason, W.E., Thompson, T.L., Gueye, F., Diedhiou, I., Diatta, M.B. and Faye, A. 2016. Evaluating intercropping (living cover) and mulching (desiccated cover) practices for increasing millet yields in Senegal. Agron. J. 108: 1742-1752.

    8.Sharma, N., Singh, R.J., Mandal, D., Kumar, A., Alam, N. and Keesstra, S. 2017. Increasing farmer’s income and reducing soil erosion using intercropping in rainfed maize-wheat rotation of Himalaya, India. Agric. Eco. Environ. 247: 43-53.

    9.Williams, J.J., Henry, W.B., Varco, J.J., Reynolds, D.B., Buehring, N.W., Krutz, L.J., Falconer, L.L. and Boykin, D.L. 2018. Deficit irrigation, planting date, and hybrid selection impacts on a mid‐south corn production system. Crop, Forage & Turfgrass Manag. 4: 1. 1-8.

    10.Stepanovic, S., Rudnick, D. and Kruger, G. 2021. Impact of maize hybrid selection on water productivity under deficit irrigation in semiarid western Nebraska. Agric. Water. Manag. 244: 106610.

    11.Galston, A.W. and Sawhney, R.K. 1990. Polyamines in plant physiology. Plant Physio. 94: 406-410.

    12.Sharma, D.K., Dubey, A.K., Srivastav, M., Singh, A.K., Sairam, R.K., Pandey, R.N., Dahuja, A. and Kaur, C. 2011. Effect of putrescine and paclobutrazol on growth, physiochemical parameters, and nutrient acquisition of salt-sensitive citrus rootstock Karna khatta (Citrus karna Raf.) under NaCl Stress. J. Plant. Growth. Regul. 30: 301-311.

    13.Lenis, Y.Y., Elmetwally, M.A., Maldonado-Estrada, J.G. and Bazer, F.W. 2017. Physiological importance of polyamines. Zygote. 25: 3. 244-255.

    14.Torabian, S., Shakiba, M.R., Mohammadi Nasab, A.D. and Toorchi, M. 2018. Exogenous spermidine affected leaf characteristics and growth of common bean under water deficit conditions. Commun. Soil. Sci. Plant Anal. 49: 11. 1289-301.

    15.Nahar, K., Hasanuzzaman, M., Alam, M.M. and Fujita, M. 2015. Exogenous spermidine alleviates low temperature injury in mung bean (Vigna radiata L.) seedlings by modulating ascorbate-glutathione and glyoxalase pathway. Int. J. Mol. Sci. 16: 30117-30132.

    1. Allen, R. G., Pereira, L. S., Raes, D. and Smith, M. 1998. Crop evapotranspiration-Guidelines for computing crop water requirements-FAO Irrigation and drainage paper 56. FAO, Rome. 300: 9. D05109.

    17.Dhima, K. V., Lithourgidis, A. S., Vasilakoglou, I. B. and Dordas, C.A. 2007. Competition indices of vetch and cereal intercrops in two ratios. Field Crops Res. 100: 249-256.

    18.Dormann, C. 2020. Environmental data analysis: an introduction with examples in R. Springer. 264 p.

    19.Nasrollah Zadeh Asl, A.,  Valizadegan, E., Jalili, F. and Chavoshgoli, A. 2011. Valuation of corn (Zea Mays L.) and Pinto Bean (Phaseolus Vulgaris L.) intercropping based on additive and replacement methods. J. Res. Crop Sci. 4: 13. 115-129. (In Persian)

    20.Namatsheve, T., Cardinael, R., Corbeels, M. and Chikowo, R. 2020. Productivity and biological N2-fixation in cereal-cowpea intercropping systems in sub-Saharan Africa. A review. Agron. Sustain. Dev. 40: 4. 1-12.

    21.Aslam, M., Naeem, M., Rehman, A., Zafar, M.M., Iqbal, R., Shahzad, M.A., Khan, R.M.I. and Iqbal, J. 2021. Maize (Zea mays L.) intercropping with legumes enhances growth, dry matter and its forage yield under deficit irrigation. Int. J. Agric. Bio. 25: 1. 89-97.

    22.El-Sherif, M.A. and Ali, M.M. 2015. Effect of deficit irrigation and soybean/maize intercropping on yield and water use efficiency. Int. J. Curr. Microbiol. Appl. Sci. 4: 12. 777-794.

    23.Dong, L., Li, L., Meng, Y., Liu, H., Li, J., Yu, Y., Qian, C., Wei, S. and Gu, W. 2022. Exogenous Spermidine Optimizes Nitrogen Metabolism and Improves Maize Yield under Drought Stress Conditions. Agric. 12: 8. 1270.

    24.Banon, S., Ochoa, J., Franco, J. A., Sánchez-Blanco, M. J. and Alarcon, J. J. 2003. Influence of water deficit and low air humidity in the nursery on survival of Rhamnus alaternus seedlings following planting. J. Hortic. Sci. Biotechnol. 78: 4. 518-522. 25.

    25.Oraee, T., Shoor, M., Tehranifar, A. and Nemati, H. 2019. Alleviation of drought stress effects by exogenous application of spermidine and salicylic acid on hollyhock (Alcea rosea). J. Ornamental plants. 9: 4. 303-318.

    26.Lulie, B., Worku, W. and Beyene, S. 2016. Determinations of Haricot Bean (Phaseolus vulgaris L.) planting density and spatial arrangement for staggered intercropping with maize (Zea mays L.) at Wondo Genet, Southern Ethiopia. Academic Research J. Agric. Sci. Res. 4: 6. 297-320.

    27.Siddiqui, M.H., Alamri, S.A., Al-Khaishany, M.Y., Al-Qutami, M.A., Ali, H.M., AL-Rabiah, H. and Kalaji, H.M. 2017. Exogenous application of nitric oxide and spermidine reduces the negative effects of salt stress on Tomato. J. Hortic. Environ. Biotechnol.  58: 6. 537-547.

    28.Reddy, M.M., Padmaja B. and Reddy, D.V.V. 2012. Response of maize (Zea mays L.) to irrigation scheduling and nitrogen doses under no till condition in rice fallows. J. Res. Angrau. 40: 1. 6-12.

    29.Iqbal, N., Hussain, S., Ahmed, Z., Yang, F., Wang, X., Liu, W., Yong, T., Du, J., Shu, K., Yang, W. and Liu., J. 2019. Comparative analysis of maize–soybean strip intercropping systems: a review. Plant Pro. Sci. 22: 2. 131-142.

    30.Moghadam, N. A., Dehghanpoor, A. and Rahemi, K.A. 2016. Effect of Nitrogen and intercropping cultivation ratios of replacement on forage yield and Barley and pea competition indicators. Crop Pro. 9: 1. 214-199. (In Persian)

    31.Heshmat, K., Asgari Lajayer, B., Shakiba, M.R. and Astatkie, T. 2020. Assessment of physiological traits of common bean cultivars in response to water stress and molybdenum levels. J. Plant. Nutr. 44: 3.  366-372.

    32.Shi, J., Fu, X. Z., Peng, T., Huang, X. S., Fan, Q. J. and Liu, J. H. 2010. Spermine pretreatment confers dehydration tolerance of citrus in vitro plants via modulation of antioxidative capacity and stomatal response. Tree Physio.. 30: 7. 914-922.

    33.Yang, F., Wang, X., Liao, D., Lu, F., Gao, R., Liu, W., Yong, T., Wu, X., Du, J., Liu, J. and Yang, W. 2015. Yield response to different planting geometries in maize–Soybean relay strip intercropping systems. Agron. J. 107: 296-304.