ارزیابی پاسخ‌های فیزیولوژیک و تغذیه‌ای لوبیا قرمز رقم یاقوت به رژیم‌های مختلف آبیاری و محلول‌پاشی اسید هیومیک

نوع مقاله : مقاله کامل علمی- پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد ، اگروتکنولوژی-اکولوژی گیاهان زراعی، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران.

2 استادیار، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران

3 دانشیار، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران.

4 - دانش‌آموخته کارشناسی ارشد اگروتکنولوژی-فیزیولوژی گیاهان زراعی، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه یاسوج،

چکیده

سابقه و هدف: پایداری عملکرد لوبیاقرمز (Phaseolus vulgaris L.) در بسیاری از مناطق جهان با تنش‌های محیطی، به‌ویژه خشکی، به شدت در معرض خطر است. این تنش، با تأثیر بر فرآیندهای فیزیولوژیک کلیدی گیاه نظیر فتوسنتز و جذب عناصر غذایی، کاهش چشمگیری در عملکرد دانه ایجاد می‌کند. در مناطق کم‌آب و خشک نظیر ایران، بحران منابع آبی ناشی از تغییرات اقلیمی و بهره‌برداری بی‌رویه، چالشی جدی در مسیر پایداری تولید محصولات حساس به خشکی مانند لوبیا قرمز ایجاد کرده است. در پاسخ به این چالش، توجه به روش‌های زراعی کم‌هزینه، پایدار و سازگار با محیط زیست، بیش از پیش ضرورت یافته است. اسید هیومیک به‌عنوان یک ترکیب آلی حاصل از تجزیه مواد طبیعی، از جمله گزینه‌های نوین مورد توجه در مدیریت تنش‌های غیرزیستی است. این ماده با بهبود ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی خاک، افزایش ظرفیت نگهداری رطوبت، تسهیل جذب عناصر غذایی و تقویت سازوکارهای دفاعی گیاه، نقش مؤثری در بهبود تحمل گیاهان به تنش آبی دارد. بنابراین پژوهش حاضر با هدف ارزیابی تاثیر محلول‌پاشی اسید هیومیک بر برخی شاخص‌های فیزیولوژیکی و تغذیه‌ای لوبیا قرمز رقم یاقوت، تحت شرایط کم‌آبیاری انجام گرفت.

مواد و روش‌ها: این پژوهش مزرعه‌ای در سال 1402 در شهرستان بویراحمد (جنوب غرب ایران) اجرا گردید. طرح آزمایشی به‌صورت کرت‌های خردشده در قالب بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار پیاده‌سازی شد. تیمار اصلی شامل سه سطح آبیاری بر مبنای درصد نیاز آبی برآورد شده از طریق تبخیر و تعرق مرجع با استفاده از تشت تبخیر کلاس A بود: آبیاری کامل (%100 نیاز آبی گیاه)، تنش متوسط (%80 نیاز آبی) و تنش شدید (%60 نیاز آبی). در کرت‌های فرعی نیز، محلول‌پاشی برگی اسید هیومیک در چهار سطح شامل صفر (شاهد)، 5/2، 5 و 5/7 لیتر در هکتار طی دو مرحله شش برگی و آغاز گلدهی اعمال شد. در این آزمایش، صفات پرولین، قندهای محلول، سوپراکسید دیسموتاز، کلروفیل a و b، شاخص کلروفیل، محتوای عناصر دانه (شامل نیتروژن، پتاسیم و فسفر) و عملکرد دانه مورد ارزیابی قرار گرفت.

یافته‌ها: نتایج نشان داد که آبیاری 60 درصد به میزان 94/33 درصد محتوای قندهای محلول برگ را افزایش داد و از سوی دیگر محتوای کلروفیل a و b را به‌ترتیب 15/46 و 71/52 درصد کاهش داد. همچنین اثر ساده تنش شدید با کاهش 54/6 درصدی فسفر دانه و افزایش 91/45 درصدی پتاسیم دانه همراه بود. کاربرد محلول‌پاشی 5/7 لیتر اسید هیومیک در هکتار نیز موجب افزایش 62/65، 38/52 و 49/9 درصدی کلروفیل a و b و شاخص کلروفیل شد. معنی‌داری برهمکنش‌های دوگانه نیز نشان داد در سطح آبیاری 60 درصد، کاربرد 5/7 لیتر اسید هیومیک در هکتار موجب افزایش 97/56 درصدی پرولین و 43/70 درصدی فعالیت آنزیم سوپراکسید دیسموتاز شد. درنهایت مجموعه صفات فیزیولوژیک اعمال بالاترین سطح کاربرد اسید هیومیک منجر به بهبود 41/37 و 66/20 درصدی عملکرد دانه تحت آبیاری 100 درصد و تنش شدید شد.

نتیجه‌گیری: نتایج تحقیق نشان داد که تنش کم‌آبیاری در گیاه لوبیاقرمز با برهم‌زدن تعادل فیزیولوژیکی، کاهش کارایی فتوسنتز و افت جذب عناصر غذایی موجب کاهش عملکرد می‌شود. با این‌حال، محلول‌پاشی اسید هیومیک به‌عنوان یک محرک زیستی مؤثر، با ارتقاء توان فیزیولوژیکی و تغذیه‌ای گیاه، موجب افزایش تحمل به تنش و بهبود صفات عملکردی گردید. از این‌رو محلول‌پاشی 5/7 لیتر اسید هیومیک در هکتار ضمن تقویت سامانه دفاعی و بهبود جذب عناصر غذایی، در شرایط این آزمایش منجر به بهبود عملکرد نهایی لوبیاقرمز رقم یاقوت تحت تنش کم‌آبیاری در شهرستان بویراحمد شد. جهت اطمینان از یافته‌ها تکرار آزمایش طی چند سال‌ ضروری است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Evaluation of physiological and nutritional responses of red bean to different irrigation regimes and humic acid foliar application

نویسندگان [English]

  • Reza Nikoeinejad 1
  • Hojatollah Latifmanesh 2
  • Ali Moradi 3
  • Hamid Alahdadi 4
1 M.Sc. Student in Agrotechnology – Crop Ecology, Department of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agriculture, Yasouj University, Yasouj, Iran.
2 Assistant Professor, Department of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agriculture, Yasouj University, Yasouj, Iran.
3 Associate Professor, Department of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agriculture, Yasouj University, Yasouj, Iran.
4 M.Sc. in Agrotechnology – Crop Physiology, Department of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agriculture, Yasouj University, Yasouj, Iran.
چکیده [English]

Background and Objectives: The yield stability of red bean (Phaseolus vulgaris L.) in many regions of the world is seriously threatened by environmental stresses, especially drought. This stress, by affecting key physiological processes of the plant such as photosynthesis and nutrient uptake, causes a significant reduction in grain yield. In arid and semi-arid regions such as Iran, the water crisis resulting from climate change and excessive exploitation has created a serious challenge to the sustainable production of drought-sensitive crops like red bean. In response to this challenge, the use of low-cost, sustainable, and environmentally friendly agronomic practices has become increasingly essential. Humic acid, as an organic compound derived from the decomposition of natural materials, is among the emerging options considered in the management of abiotic stresses. By improving the physical and chemical properties of the soil, increasing water-holding capacity, facilitating nutrient uptake, and enhancing the plant’s defense mechanisms, humic acid plays an important role in improving plant tolerance to water stress. Therefore, the present study was conducted to evaluate the effect of foliar application of humic acid on some physiological and nutritional traits of red bean cultivar Yaghoot under deficit irrigation conditions.

Materials and Methods: This field experiment was carried out in 2023 in Boyer-Ahmad County (southwestern Iran). The experimental design was a split-plot arrangement based on a randomized complete block design with three replications. The main factor consisted of three irrigation levels based on the percentage of crop water requirement estimated through reference evapotranspiration using Class A evaporation pan: full irrigation (100% of crop water requirement), moderate stress (80% of crop water requirement), and severe stress (60% of crop water requirement). The subplots included foliar application of humic acid at four levels: 0 (control), 2.5, 5, and 7.5 L ha-1, applied at two growth stages—six-leaf stage and beginning of flowering. The evaluated traits included proline, soluble sugars, superoxide dismutase, chlorophyll a and b, chlorophyll index, seed nutrient contents (nitrogen, potassium, and phosphorus), and grain yield.

Results: The results showed that 60% irrigation increased leaf soluble sugar content by 33.94%, while reducing chlorophyll a and b content by 46.15% and 52.71%, respectively. The simple effect of severe stress also reduced seed phosphorus by 6.54% and increased seed potassium by 45.91%. Application of 7.5 L ha-1 humic acid increased chlorophyll a, chlorophyll b, and chlorophyll index by 65.62%, 52.38%, and 9.49%, respectively. The significance of two-way interactions indicated that under 60% irrigation, application of 7.5 L ha-1 humic acid increased proline by 56.97% and superoxide dismutase activity by 70.43%. Overall, higher levels of humic acid application improved grain yield by 37.41% under full irrigation and by 20.66% under severe stress.

Conclusion: The findings showed that deficit irrigation in red bean disrupts physiological balance, reduces photosynthetic efficiency, and decreases nutrient uptake, ultimately leading to yield reduction. However, foliar application of humic acid, as an effective biostimulant, enhanced the plant’s physiological and nutritional capacity, increasing stress tolerance and improving yield-related traits. Therefore, foliar application of 7.5 L ha-1 humic acid, by strengthening the defense system and improving nutrient uptake, improved the final yield of red bean cultivar Yaghoot under deficit irrigation conditions in Boyer-Ahmad County. To validate these findings, multi-year experiments are recommended.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Proline
  • Chlorophyll Index
  • Grain Yield
  • Deficit Irrigation
  • Seed Nutrient Content

مراجع

  1. Food and Agriculture Organization of the United Nations. (2023). FAOSTAT: Crops and livestock products (QCL). Food and Agriculture Organization of the United Nations. https://www.fao.org/faostat/en/#data/QCL
  2. Bayati, K., Majnoon Hosseini, N., Moghadam, H., & Basiri, R. (2018). Effects of drought stress and nitrogen on grain yield and some agronomic traits of red kidney bean cultivars. Iranian Journal of Field Crop Science, 48(4), 1069–1081. [In Persian].
  3. Majnoun Hosseini, N. (2008). Grain legume production (in Farsi). Tehran: Jihad-Daneshghahi Publications, University of Tehran. (p. 283) [In Persian].
  4. Bandurska, H. (2022). Drought stress responses: Coping strategy and resistance. Plants, 11(7), 922.
  5. Tanhaie, R., Yadavi, A., Movahhedi Dehnavi, M., Salehi, A., Rafiee, S., & Hamidian, M. (2022). The effect of mycorrhizal fungi and phosphorus solubilizing bacteria on physiological traits and grain yield of red bean (Phaseolus vulgaris) in different irrigation regimes. Journal of Crop Production, 15(4), 39–60. [In Persian].
  6. Ozturk, M., Turkyilmaz Unal, B., García‐Caparrós, P., Khursheed, A., Gul, A., & Hasanuzzaman, M. (2021). Osmoregulation and its actions during the drought stress in plants. Physiologia Plantarum, 172(2), 1321–1335.
  7. Samfar, S., Latifmanesh, H., Moradi, A., Mirshekari, A., & Alahdadi, H. (2024). The effect of 24-Epibrassinolide foliar application on the enzymatic and non-enzymatic defense system and yield of pinto beans (Phaseolus vulgaris cv. Pinto) under low irrigation stress. Plant Productions, 47(4), 543–560. [In Persian].
  8. Hu, W.H., Yan, X.H., Xiao, Y.A., Zeng, J.J., Qi, H.J., & Ogweno, J.O. (2013). 24-Epibrassinosteroid alleviates drought-induced inhibition of photosynthesis in Capsicum annuum. Scientia Horticulturae, 150, 232–237.
  9. Gholami, F., Amerian, M. R., Asghari, H.R., & Ebrahimi, A. (2025). Evaluating the impact of yeast extract and 24-epi-brassinolid treatments on physiological characteristics and yield of cowpea (Vigna unguiculata) subjected to irrigation condition. Iranian Journal of Field Crop Science, 56(1), 1–22. [In Persian].
  10. Kazem Alilou, M., Roshdi, M., Rezadust, S., & Khalili Mahaleh, J. (2024). Evaluation of the biochemical characteristics of red beans (Phaseolus vulgaris) and seed protein under different levels of irrigation and growth stimulating compounds. Crop Science Research in Arid Regions, 6(2), 541–558. [In Persian].
  11. Rashidi, Z., Bannayan Aval, M., Azizi, K., & Nasiri Mahalati, M. (2022). Effect of drought stress on yield and yield components and radiation use efficiency of three types of red, white and pinto beans. Journal of Plant Production Research, 29(3), 143–164. [In Persian].
  12. Rezazadeh, H., Khrasani, S., & Haghighi, R. (2012). Effects of humic acid on decrease of phosphorus usage in forage maize var. KSC704 (Zea mays). Australian Journal of Agricultural Engineering, 3, 34–38.
  13. Jabbari Badkhor, Z., Dadkhah, A., & Rezvani, R. (2024). Investigation of the effect of sulphurous humic acid and plant density on the growth and yield of red beans (Phaseolus vulgaris) cultivar. Iranian Journal of Pulses Research, 15(1), 233–247. [In Persian].
  14. Nahidan, S., & Movahed, S. (2025). The effect of phosphate solubilizing fungi, humic acid and phosphorus sources on growth and phosphorus uptake of tomato plant. Iranian Journal of Soil and Water Research, 56(2), 433–444. [In Persian].
  15. Karimi, E., Shirmardi, M., Dehestani Ardakani, M., Gholamnezhad, J., & Zarebanadkouki, M. (2020). The effect of humic acid and biochar on growth and nutrients uptake of calendula (Calendula officinalis). Communications in Soil Science and Plant Analysis, 51(12), 1658–1669.
  16. Jahandideh, A., Barani, M., Dordipour, E., & Ghorbani Nasrabadi, R. (2020). The effect of humic acid on the availability of phosphorus fertilizer and some physiological traits of rapeseed (canola). Water and Soil, 33(6), 873–884. [In Persian].
  17. Hossinzadeh, N., & Pirzad, A. (2024). Biochemical response and nutrient uptake of common bean to humic acid and phosphorus sources (biological and chemical) under deficit irrigation. Journal of Crops Improvement, 26(4), 805–824. [In Persian].
  18. Seyed Sharifi, R., & Seyedsharifi, R. (2025). Effects of supplementary irrigation and some stress modifiers (vermicompost, nano iron oxide, and humic acid) on grain filling components, nodulation and grain yield of chickpea (Cicer arietinum) under rainfed conditions. Iranian Journal of Field Crops Research, 23(1), 91–108. [In Persian].
  19. Roudgarnezhad, S., Sam Deliri, M., Mousavi Mirkalaei, A.A., & Neshaee Moghaddam, M. (2018). The effect of spraying humic acid on some morphological and physiological traits of bean (Vicia faba). Journal of Plant Environmental Physiology, 49(13), 33–42. [In Persian].
  20. (2020). Guidelines for certified bean production. Seed and Plant Certification and Registration Research Institute. [In Persian].
  21. Paquine, R., & Lechasseur, P. (1979). Observations sur une méthode de dosage de la libre dans les de plantes. Canadian Journal of Botany, 57, 1851–1854.
  22. Irigoyen, J.J., Emerich, D.W., & Sanchez-Diaz, M. (1992). Water stress induced changes in concentrations of proline and total soluble sugars in nodulated alfalfa (Medicago sativa) plants. Physiologia Plantarum, 84, 55–60.
  23. Beauchamp, C., & Fridovich, I. (1971). Superoxide dismutase: Improved assays and an assay applicable to acrylamide gels. Analytical Biochemistry, 44(1), 276–287.
  24. Arnon, D.I. (1949). Copper enzyme in isolated chloroplasts. Polyphenoloxidase in Beta vulgaris. Plant Physiology, 24(1), 1–15.
  25. Van Kooten, O., & Snel, J.F.H. (1990). The use of chlorophyll fluorescence nomenclature in plant stress physiology. Photosynthesis Research, 25, 147–150.
  26. Emami, A. (1996). Methods of plant analysis (Vol. 982, No. 1, p. 128). Soil and Water Research Institute. [In Persian].
  27. Patterson, B., Macrae, E., & Ferguson, I. (1984). Estimation of hydrogen peroxide in plant extracts using titanium (IV). Annual Biochemical, 139(2), 487–492.
  28. Jones, C.A., Jacobsen, J.S., & Mugaas, A. (2004). Effect of humic acid phosphorus availability and spring wheat yield. Fertilizer Facts, No. 32, Extension Service, Montana State University, USA.
  29. Keshtegar khajedad, M., Sirousmehr, A., Khammari, I., & Dahmardeh, K. (2023). The Effect of Humic Acid Foliar Application on Morphophysiological Characteristics and Yield of Black Bean Plant Under Different Irrigation Regimes. Journal of Crops Improvement, 25(1), 127-142. [In Persian].
  30. Beheshti, S., & Tadayyon, A. (2018). Effects of drought stress and humic acid on some physiological parameters of lima bean (Phaseolus lunatus). Plant Process and Function, 6(19), 1–14. [In Persian].
  31. Sakr, M.T., Ibrahim, H.M., ElAwady, A.E., & Abo ElMakarem, A.A. (2019). Effect of humic acid, seaweed extract and essential oils as antioxidants on pre-and post-harvest quality of red radish plants. Horticulture International Journal, 3(3), 129-138.
  32. Miri, G., Ghooshchi, F., Tohidi Moghaddam, H., Larijani, H., & Kasraie, P. (2021). Evaluation of the effects of glycine betaine and gibberellic acid on antioxidant and biochemical traits of cowpea under drought stress conditions. Plant Process and Function, 10(42), 313–334. [In Persian].
  33. Gorny, M., Bilska-Wilkosz, A., Iciek, M., Hereta, M., Kamińska, K., Kamińska, A., & Lorenc-Koci, E. (2020). Alterations in the antioxidant enzyme activities in the neurodevelopmental rat model of schizophrenia induced by glutathione deficiency during early postnatal life. Antioxidants, 9, 1–24.
  34. Azizi, S., Zare, N., Sheikhzadeh, P., Azizi Mobser, J., & Karimizadeh, R. (2024). Effects of drought stress and re-irrigation at the flowering stage on the physiological and biochemical responses and yield in promising lentil lines. Iranian Journal of Field Crop Science, 55(1), 123–137. [In Persian].
  35. Hosseinzadeh, S.R., Amiri, H., & Ismaili, A. (2016). Effect of vermicompost fertilizer on photosynthetic characteristics of chickpea (Cicer arietinum) under drought stress. Photosynthetica, 54, 87–92.
  36. Khorasaninejad, S., Alizadeh Ahmadabadi, A., & Hemmati, K. (2018). The effect of humic acid on leaf morphophysiological and phytochemical properties of Echinacea purpurea L. under water deficit stress. Scientia Horticulturae, 239, 314–323.
  37. Seyed Sharif, R., & Seyed Sharifi, R. (2019). Effects of different irrigation levels and application of methanol and nano iron oxide on yield and grain filling components of sunflower. Journal of Crops Improvement, 21(1), 27–42. [In Persian].
  38. Nardi, S., Pizzeghello, D., Muscolo, A., & Vianello, A. (2002). Physiological effects of humic substances on higher plants. Soil Biology and Biochemistry, 34, 1527–1536.
  39. Hernandez, O.L., Calderín, A., Huelva, R., Martínez-Balmori, D., Guridi, F., Aguiar, N.O., Olivares, F.L., & Canellas, L.P. (2015). Humic substances from vermicompost enhance urban lettuce production. Agronomy for Sustainable Development, 35(1): 225–232.
  40. Mirzaei Heydari, M., Fathi, A., & Atashpikar, R. (2024). The effect of chemical and biofertilizer on the nutrient concentration of root, shoot and seed of bean (Phaseolus vulgaris) under drought stress. Crop Science Research in Arid Regions, 5(3), 539–554. [In Persian].
  41. Naseri nejad, H., Naeemi, M., Nakhzari Moghaddam, A., & Zarei, M. (2025). Investigating the effect of biochar and humic acid application on nutrient content and grain yield of chickpea. Iranian Journal of Soil and Water Research, 56(3), 807-823. [In Persian].
  42. Keramati, S., Gholami, A., Baradaran, M., & Abbasdokht, H. (2021). The effect of yeast extract on physiological and biochemical indicators of cowpea in drought stress conditions. Journal of Crops Improvement, 23(2), 247–261. [In Persian].
  43. Yang, F., Sui, L., Tang, C., Li, J., Cheng, K., & Xue, Q. (2021). Sustainable advances on phosphorus utilization in soil via addition of biochar and humic substances. Science of the Total Environment, 768, 145106.
  44. Vafaahd, F., Khalesro, S., Zareei, S., & Heidari, G. (2024). Response of black cumin (Nigella sativa) to digested fertilizer and humic acid in the sustainable agricultural system. Journal of Agricultural Science and Sustainable Production, 33(4), 99–112. [In Persian].
  45. Heidari, M., & Jahantighi, H. (2013). Evaluate effect of water stress and different amounts of nitrogen fertilizer on seed quality of black cumin (Nigella sativa). Iranian Journal of Field Crops Research, 11(4), 640–647. [In Persian].
  46. Donder, E., & Toogay, Y. (2021). The effect of humic acid and potassium applications on the yield and yield components in chickpea (Cicer arietinum). ISPEC Journal of Agricultural Sciences, 5(3), 568-574.
  47. Hasani, M., Tadayon, M.R., & Olia, M. (2022). The effect of organic and biological fertilizers on the growth and yield of two bean species (Phaseolus calcaratus and Pachyrhizus erosus (L.) Urban) under drought stress. Journal of Arid Biome, 12(2), 95–110. [In Persian].
  48. Maleki, N., Shakeri Bostanabad, R., Salehi Komroudi, M., & Seyedabadi, S. (2021). Investigating the status of the combined water security index of Iranian provinces in the period of 2012-2017: Application of multi-criteria analysis methods. Journal of Water and Sustainable Development, 8(2), 21–32. [In Persian].
مجله تولید گیاهان زراعی
دوره 18، شماره 2
تیر 1404
صفحه 156-174

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار