ارزیابی کشت مخلوط گندم سیاه و لوبیا چشم بلبلی در بهبود عملکرد و کنترل علف هرز در شرایط کم‌آبیاری

نوع مقاله : مقاله کامل علمی- پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری ، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج ایران،

2 دانشیار، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج ایران،

3 استاد، گروه گیاه پزشکی، دانشکده گروه کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج ایران،

4 دانشیار، گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، کرج ایران،

10.22069/ejcp.2024.22685.2639

چکیده

سابقه و هدف: کشاورزی فشرده طی سال‌ها اگر چه باعث افزایش عملکرد به واسطه استفاده از نهاده‌های شیمیایی شده است، اما کاهش تنوع زیستی، آسیب به سلامت انسان و منابع محیطی را نیز به همراه داشته است. توسعه راهبردهای افزایش بهره‌وری سامانه‌های کشاورزی در مناطق خشک و نیمه خشک به وسیله کم آبیاری و روش‌های سازگار کنترل علف‌های هرز با محیط زیست مانند کشت مخلوط برای کشاورزی پایدار یک امر مهم است. به همین منظور، این پژوهش با هدف بررسی ارزیابی صفات مختلف کشت مخلوط گندم سیاه و لوبیا چشم بلبلی در شرایط کم آبیاری و وجین علف هرز انجام شد.
مواد و روش‌ها: این آزمایش به صورت کرت‌های دو بار خرد شده بر پایه طرح بلوک‌های کامل تصادفی در سه تکرار در مزرعه دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران در سال زراعی 1401 انجام شد. عامل اصلی کم آبیاری در سه سطح فراهم کردن 100% نیاز آبی گیاه (شاهد)، 85% نیاز آبی و 70% نیاز آبی نسبت به شاهد، و عامل فرعی شامل الگوی کاشت که در پنج سطح شامل کشت خالص گندم سیاه، کشت خالص لوبیا چشم بلبلی، سه سطح کشت مخلوط گندم سیاه و لوبیا چشم بلبلی شامل ردیف‌های کاشت (1:1)، (3:1)، (1:3) بودند. همچنین، عامل فرعی فرعی شامل زمان‌های وجین علف هرز در پنج سطح عدم وجین (شاهد آلوده)، و وجین تا دو، چهار، شش و هشت هفته پس از سبزشدن محصول بود.
یافته‌ها: بالاترین عملکرد دانه در هر دو گیاه گندم سیاه (9/2436 کیلوگرم در هکتار) و لوبیا چشم بلبلی (5/2495 کیلوگرم در هکتار)، در تیمار کشت خالص با هشت هفته وجین علف هرز و آبیاری کامل به دست آمد. تعداد ردیف‌های کاشت این دو گیاه در کشت خالص نسبت به مخلوط بیشتر بود که طبیعتا عدد بالاتری را ثبت کردند. کشت مخلوط یک ردیف گندم سیاه و یک ردیف لوبیا چشم بلبلی با هشت هفته وجین علف هرز، بالاترین مقدار شاخص سطح برگ برای لوبیا چشم بلبلی (36/3) و گندم سیاه (1/4) و همین الگوی کاشت با شش هفته وجین بیشترین تعداد شاخه در بوته را برای گندم سیاه (16 عدد) ثبت نمود. کمترین زیست توده علف هرز در تیمار عدم وجین نیز توسط همین الگوی کاشت تحت آبیاری 70 درصد (1/12 گرم در مترمربع) به ثبت رسید. بیشترین وزن خشک علف هرز (7/145 گرم در مترمربع) در الگوی کشت خالص لوبیا تحت 85 درصد آبیاری و عدم وجین علف هرز ثبت شد. الگوی کاشت یک ردیف گندم سیاه و یک ردیف لوبیا چشم بلبلی با دو هفته وجین تحت آبیاری 100 درصد، بالاترین نسبت برابری زمین (08/1) را در بین الگوهای کشت مخلوط ثبت نمود.
نتیجه گیری: بیشتر الگوهای کشت مخلوط توانستند نسبت برابری زمین بالاتر از یک را کسب کنند که نشان دهنده بهره‌وری بیشتر این سامانه کاشت نسبت به کشت خالص است. همچنین از لحاظ کنترل زیست توده علف هرز، افزایش عملکرد تحت شرایط کم آبیاری و برخی از صفات در هر دو گیاه، الگوی کشت مخلوط یک ردیف گندم سیاه با یک ردیف لوبیا چشم بلبلی توانست موفق عمل کند. در نتیجه استفاده از کشت مخلوط می‌تواند تا حدی اثرات زیانبار علف کش‌ها را کم و کارایی استفاده از زمین را افزایش دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Evaluation of intercropping buckwheat and cowpea in improving yield and weed control under deficit irrigation conditions

نویسندگان [English]

  • kiavash arvin 1
  • Seyed mohammad bagher Hoseini 2
  • Mostafa Oveisi 2
  • Ahmad Ashouri 3
  • Hamed Ebrahimian Taleshi 4
1 Department of Agronomy and Plant Breeding, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran.,
2 Associate Professor, Department of Agriculture and Plant Breeding, Faculties of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran,
3 Professor, Department of Phytomedicine, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran,
4 Associate Professor, Department of Irrigation and Land Development Engineering, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran,
چکیده [English]

Background and objectives: Modern intensive agriculture has boosted crop yields through chemical inputs. However, this approach has caused decreased biodiversity, harm to human health, and environmental degradation. Developing sustainable agricultural practices that increase productivity while minimizing negative effects, especially in arid and semi-arid regions, requires strategies like deficit irrigation and environmentally compatible weed control methods such as intercropping. This study aims to assess the performance of an intercropping system comprising buckwheat and cowpea under deficit irrigation and minimal weeding. The research seeks to provide insights into the viability of this approach for sustainable agriculture in water-limited environments.

Materials and methods: A field experiment was conducted in 2022 at the Agriculture and Natural Resources campus of the University of Tehran research farm in a randomized complete block design with split-split plot arrangements. The main plot factor included three levels of irrigation: 100% of the plant's water requirement (control), 85% of the water requirement and 70% of the water requirement compared to the control. The subplot factor consisted of five planting patterns: sole cultivation of buckwheat, sole cultivation of cowpea, and three intercropping patterns of buckwheat and cowpea with different row ratios (1:1, 3:1, and 1:3). Timing of weed removal, as the sub-subplot factor, was implemented at five levels: no weeding (control), weeding until the second, fourth, sixth, and eighth weeks after cultivation.

Results: The highest grain yield of buckwheat (2436.9 kg ha-1) and cowpea (2495.5 kg ha-1) was observed in the sole cultivation plot with eight weeks of post-planting weeding under full irrigation. These results are attributed to higher planting densities in sole cultivation compared to intercropping. The 1:1 intercropping pattern with eight weeks of post-planting, exhibited the best cowpea leaf area index (3.36), and buckwheat (4.1) and similarly, this intercropping pattern with six weeks of post-planting resulted in the highest number of branches per plant (16). Sole cowpea plot under 85% deficit irrigation exhibited the highest weed dry weight (145.7 g m-2). The highest Land Equivalent Ratio (1.08), was observed in the 1:1 intercropping pattern with two weeks of post-planting weeding under full irrigation. Interestingly, the 1:1 intercropping pattern also showed the lowest weed biomass (12.1 g m-2) without specific weed management under 70% irrigation.

Conclusion: Most intercropping treatments achieved a land equivalent ratio greater than one, highlighting the superior efficiency of this planting method compared to sole cultivation. Specifically, the 1:1 intercropping pattern successfully controlled weed biomass, increased grain yields under deficit irrigation, and some for both crops. Therefore, intercropping offers a promising strategy to reduce reliance on herbicides and improve overall land use efficiency.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Planting pattern
  • Drought stress
  • Weed biomass
  • Sustainable agriculture
  • Land equivalent ratio

مراجع

  1. Nyaupane, S., Ram Prasad, M., Toyanath, J., & Ranjana, D. (2023). Plant-based agro-biodiversity solutions for reducing agrochemical use and effects. In M. C. Ogwu & S. Chibueze Izah (Eds.), Sustainable Development and Biodiversity 34, (pp. 545–563). Springer Singapore.
  2. Thierfelder, C., & Blessing, M. (2022). Short-term yield gains or long-term sustainability? – A synthesis of conservation agriculture long-term experiments in Southern Africa. Agriculture, Ecosystems and Environment, 326, 107812.
  3. Saudy, H. S., El-Bially, M. E., & Hashem, F. A. (2023). The changes in yield response factor, water use efficiency, and physiology of sunflower owing to ascorbic and citric acids application under mild deficit irrigation. Gesunde Pflanzen, 75(4), 899–909.
  4. Saudy, H. S., El-Bially, M. E., El-Metwally, I., & Shahin, M. (2021). Physio-biochemical and agronomic response of ascorbic acid-treated sunflower (Helianthus annuus) grown at different sowing dates and under various irrigation regimes. Gesunde Pflanzen, 73(2), 169–179.
  5. Iqbal, J., Cheema, Z. A., & An, M. (2007). Intercropping of field crops in cotton for the management of purple nutsedge (Cyperus rotundus L.). Plant and Soil, 300(1–2), 163–171.
  6. Scavo, A., Fontanazza, S., & Restuccia, A. (2022). The role of cover crops in improving soil fertility and plant nutritional status in temperate climates: A review. Agronomy for Sustainable Development, 42(5), 93.
  7. Virili, A., Marusig, D., Delle Vedove, G., & Marraccini, E. (2024). Buckwheat (Fagopyrum esculentum Moench.) as an emerging companion crop in annual cropping systems: A systematic review. Italian Journal of Agronomy, 19(1),1-7.
  8. Huda, M. N., Lu, S., Jahan, T., Ding, M., Jha, R., Zhang, K., Georgiev, M. I., Park, S. U., & Zhou, M. (2021). Treasure from garden: Bioactive compounds of buckwheat. Food Chemistry, 335, 127653.
  9. Biszczak, W., Różyło, K., & Kraska, P. (2020). Yielding parameters, nutritional value of soybean seed, and weed infestation in relay-strip intercropping system with buckwheat. Acta Agriculturae Scandinavica, Section B—Soil & Plant Science, 70(8), 640–647
  10. Beshir, B., Amsalu, B., Dagmawit, T., Selamawit, K., Teamir, M., & Bezawit, Y. (2019). Cowpea production, marketing, and utilization in Ethiopia. Ethiopian Institute of Agricultural Research
  11. Das, A., Patel, D. P., Ghosh, P. K., & Munda, G. C. (2018). Cereal-legume cropping system in Indian Himalayan region for food and environmental sustainability. In M. L. Pareek (Ed.), Legumes for Soil Health and Sustainable Management (pp. 33–76). Springer Singapore.
  12. Namatsheve, T., Cardinael, R., Corbeels, M., & Chikowo, R. (2020). Productivity and biological N2-fixation in cereal-cowpea intercropping systems in sub-Saharan Africa: A review. Agronomy for Sustainable Development, 40(4), 30.
  13. Adigun, J. A., Osipitan, A., Lagoke, S. T., Adeyemi, R. O., & Afolami, S. O. (2014). Growth and yield performance of cowpea (Vigna unguiculata (L.) Walp) as influenced by row-spacing and period of weed interference in South-West Nigeria. Journal of Agricultural Science, 6(4), 188.
  14. Nadeem, M., Li, J., Yahya, M., Sher, A., Ma, C., Wang, X., & Qiu, L. (2019). Research progress and perspective on drought stress in legumes: A review. International Journal of Molecular Sciences, 20(10), 2541.
  15. Rahman, T., Zhang, G., Li, X., & Niaz, A. (2017). Water use efficiency and evapotranspiration in maize-soybean relay strip intercrop systems as affected by planting geometries. PLOS ONE, 12(6), e0178332.
  16. Landschoot, S., Taverniers, J., De Ketelaere, B., & Steppe, K. (2024). Cereal-legume intercropping: A smart review using topic modelling. Frontiers in Plant Science, 14.
  17. Gabr, M. E. (2022). Modelling net irrigation water requirements using FAO-CROPWAT 8.0 and CLIMWAT 2.0: A case study of Tina Plain and East South ElKantara regions, North Sinai, Egypt. Archives of Agronomy and Soil Science, 68(10), 1322–1337.
  18. Chauhdary, J. N., Bakhsh, A., Engel, B. A., & Ragab, R. (2019). Improving corn production by adopting efficient fertigation practices: Experimental and modeling approach. Agricultural Water Management, 221, 449–461.
  19. Allen, R., Pereira, L. S., Raes, D., & Smith, M. (1998). Crop evapotranspiration: Guidelines for computing crop water requirements. Food and Agriculture Organization of the United Nations.
  20. Yan, H., Shi, X., Yu, J., & Liao, Q. (2015). Study of evapotranspiration and evaporation beneath the canopy in a buckwheat field. Theoretical and Applied Climatology, 122(3–4), 721–728.
  21. Willey, R. W. (1979). Intercropping: Its importance and research needs. Field Crop Abstracts, 1, 1–10.
  22. Yogendra, N. D., Khar, S., Gurjar, R., & Satish, K. (2024). Livelihood enhancement and resource use efficiency under lemongrass intercropping with food crops. Ecological Frontiers, 44(2), 266–274.
  23. Porte, A., Bellon, S., Brunsell, N., & Nkouka, K. (2022). Does a soybean intercrop increase nodule number, N uptake, and grain yield of the followed main crop soybean? Agriculture, 12(4), 467.
  24. Falquet, B., Heilig, R., & Ramseier, R. (2015). Weed suppression by common buckwheat: A review. Environment Control in Biology, 53(1), 1–6.
  25. Xiang, D. B., Tang, X., Liu, Y., & Lin, J. (2016). Effect of planting density on lodging-related morphology, lodging rate, and yield of Tartary buckwheat (Fagopyrum tataricum). Plant Production Science, 19(4), 479–488.
  26. Rangappa, K., Namsa, N. D., Thakur, V. S., & Kalita, P. (2023). Year-round growth potential and moisture stress tolerance of buckwheat (Fagopyrum esculentum L.) under fragile hill ecosystems of the Eastern Himalayas (India). Frontiers in Sustainable Food Systems, 7.
  27. Aubert, L., Konrádová, D., Barris, S., & Quinet, M. (2021). Different drought resistance mechanisms between two buckwheat species (Fagopyrum esculentum and Fagopyrum tataricum). Physiologia Plantarum, 172(2), 577–586.
  28. Uchino, H., Iwama, K., & Yamasaki, S. (2009). Yield losses of soybean and maize by competition with interseeded cover crops and weeds in organic-based cropping systems. Field Crops Research, 113(3), 342–351.
  29. Zhou, Q., Wang, J., & Han, J. (2023). Increasing planting density can improve the yield of Tartary buckwheat. Frontiers in Plant Science, 14.
  30. Olorunwa, O. J., Shi, A., & Barickman, T. C. (2021). Varying drought stress induces morpho-physiological changes in cowpea (Vigna unguiculata (L.) genotypes inoculated with Bradyrhizobium japonicum). Plant Stress, 2, 100033.
  31. Kanda, E. K., Senzanje, A., & Mabhaudhi, T. (2020). Effect of moistube and subsurface drip irrigation on cowpea (Vigna unguiculata (L.) Walp) production in South Africa. Water SA, 46(2 April).
  32. Namatsheve, T., Cardinael, R., Corbeels, M., & Chikowo, R. (2024). Do intercropping and mineral nitrogen fertilizer affect weed community structures in low-input maize-based cropping systems? Crop Protection, 176, 106486.
  33. Duke, S. O. (2018). Weed physiology (1st ed.). Reproduction and Ecophysiology Boca Raton: CRC Press.176.
  34. Kalinova, J., & Vrchotova, N. (2009). Level of catechin, myricetin, quercetin, and isoquercitrin in buckwheat (Fagopyrum esculentum Moench), changes of their levels during vegetation and their effect on the growth of selected weeds. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 57(7), 2719–2725.
  35. Cheriere, T., Lorin, M., & Corre-Hellou, G. (2020). Species choice and spatial arrangement in soybean-based intercropping: Levers that drive yield and weed control. Field Crops Research, 256, 107923.
  36. Abdulkareem, B. M., Chen, X., Zhang, Y., & Li, Q. (2024). Enhancing cotton sustainability: Multi-factorial intercropping, irrigation, and weed effects on productivity, quality, and physiology. Heliyon, 10(5), e27135
مجله تولید گیاهان زراعی
دوره 17، شماره 3
مهر 1403
صفحه 123-142

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار