دانلود رایگان مقاله انگلیسی اصلی
اثرات فیزیکی خشکاندن خاک بر روی ریشه ها و رشد محصولات کشاورزی
چکیده:
ماهیت و اثر فشارها بر روی رشد ریشه در محصولات کشاورزی در معرض خشکسازی مورد مرور و بازبینی قرار میگیرد. خشکسازی فشار پیچیده ای است که بر روی رشد گیاه از نظر تعداد روشهای تعاملی تاثیر میگذارد. درپاسخ، تعدادی از روشهای وجود دارند که در آنها گیاه در حال رشد قادر به انطباق یافتن یا تسکین دادن این فشارها میباشد. این موضوع مطرح میشود که بارزترین فرصت برای پیشرفت در غلبه بر فشار خشکسالی و افزایش برداشت محصول کشاورزی درک و بررسی شرایط در خاک میباشد که در آنها شرایط ریشه های گیاه قادر به حداکثر رساندن استفاده آنها از منابع میباشند. این روند میتواند مستقیم نباشد، با فشارهای چندگانه که گاهی اوقات بر روی عملکردهای ریشه رقابت میکنند و شرایطی که بر روی ریشه ها و بسته به چیستی خاک، میزان عمق و مرحله رشد ریشه اثرات متفاوتی میگذارند. چندین فرآیند و تعامل بین این فرآیندها در خاک نادیده گرفته شده اند. دیدگاه ما این است که خشکسالی تنها یک فشار منفرد و ساده نیست و اینکه فعالیت کشاورزی که به دنبال انطباق با تغییرات جوی است باید رویه های چندگانه هر دو نوع استرس ناشی از کاهش در اثر آب نامناسب در کنار فشارهای تعاملی دیگر از قبیل گرما، بیماری، قوت خاک، وضعیت تغذیه ای پایین و حتی کمبود اکسیژن در بافت در نظر گرفته شوند. درهرحال پتانسیل انطباق احتملالا بالاست. تغییرات احتمالی در فشار به عنوان نتیجه تغییرات جوی مطرح شده در شرایط انگلستان مورد ارزیابی قرار میگیرند و این احتمال و امکان وجود دارد که زمستانهای گرم و مرطوب بر روی رشد ریشه اما نه به اندازه تابستانهای گرم و خشک اثر خواهند گذاشت.
کلمات کلیدی: محصول کشاورزی، خشکسالی، کمبود اکسیژن در بافت، مقاومت مرکب مکانیکی، فشار فیزیکی، ریشه، محیط ریشه، رشد ریشه، خاک، ثبت روزانه آب.
مقدمه:
هدف این مقاله بررسی چیزی است که درباره تعاملات بین فشارههای وارد بر رشد ریشه ناشی از خشکسالی در خاک شناخته شده است. توانایی ریشه ها برای نفوذ در خاکهای قوی توسط کلارک و همکارانش (2003)، پاسخ ریشه ها به فشارهای فیزیکی خاک توسط بنگوف و همکارانش (2006)، مدیریت سیستمهای ریشه توسط هواد و همکارانش (2001) و ابزارهای احساس محیط ریشه توسط کلارک و همکارانش (2005) مورد مطالعه قرار گرفتند.
مطالعه محیط فیزیکی ریشه:
رصد محیط رشد ریشه
پیشرفت در درک چگونگی پاسخ دادن ریشه ها و گیاهان به محیطشان توسط توانایی ما در اندازه گیری دقیق فشارهای فیزیکی مورد مواجهه آنها در خاک قرار گرفته است. در حوزه میدانی، اندازه گیری پتانسیل ماتریسی میتواند غیردقیق و گمراه کننده باشد. کشش سنج پر از آب میتواند پتانسیلهای ماتریسی از ترتیب 90- کیلوپاسکال گزارش دهند حتی اگر این خاک عملا خشکتر از این شود. مثالی از چنین خروجی گمراه کننده ای از یک کشش سنج در شکل 1 نشان داده میشود.
دشواریهای تجربی در بررسی اثرات فشارهای فیزیکی بر روی رشد گیاه
همانطور که میتلر (2006) مشاهده کرده است، مصرف بیش از حد نتایج برآمده از داده های آزمایشگاهی درباره اثرات فشار آب بر روی رشد گیاه نادیده گرفته شده اند. این روند تقریبا به خاطر این حقیقت است که چندین فشار وارد بر رشد ریشه مستقل از همدیگر نیستند.
مدلسازی اثرات خشکسازی بر روی ریشه ها
بنگوف و همکارانش (2006) در مروری که بر روی پاسخ ریشه ها به شرایط فیزیکی خاک داشتند، استفاده از «دامنه آب با حداقل محدودیت مرتبط عملیاتی و مناسب» (LLWR) ارائه شده توسط داسیلوا و کای مطرح شده بود. این مفهوم بیانگر دامنه محتوای آب در خاک میباشد که در ان ریشه ها قادر به رشد و رسوخ در ماتریس خاک هستند.
اثرات خشکسازی:
سلاختار خاک
هیچ نتیجه ای درباره چگونگی فایده رساندن ساختار خاک به رشد محصول کشاورزی (یا موارد دیگر) وجود ندارد، اگرچه غالبا این فرض مطرح میشود که خاک «دارای ساختار خوب» اجازه و امکان رسوخ و نفوذ عمیق ریشه و دسترسی به آب در عمق و احتمالا به هوا را فراهم میکند. در این فضا، ساختار خوب معمولا به موجودیت روزنه های ممتد از سطح تا عمق خاک دلالت میکند که به ریشه اجازه میدهد تا از خاک فشرده شده یا آسیب دیده عبور کند.
آبرفتگی و آماسیدگی
خاکهای دارای مقادیر مناسبی از مواد معدنی رسی تمایل به آبرفتگی دارند زمانیکه این خاکها خشک میشوند اما در زمان مرطوب سازی مجدد آماسیده میشوند. نوعا در سطح خاک روند آبرفتگی ایزوتروپیک است و در زمان خشکسازی این آبرفتگی منجر به تغییر در ارتفاع زمین در کنار باز شدن ترکهای خاک میگردد، ترکهایی که بعضی از آنها میتوانند به عمق حیرت انگیزی برسند.
پسماند
در زمان مرطوب سازی، تغییر در پتانسیل آب یعنی از رابطه متفاوتی با تغییر در محتوای آب یعنی از زمان خشکسازی تبعیت میکند (شکل 6). علوم خاک به صوتر قراردادی تصور میکنند که آب خاک انحنا را رهاسازی میکند زیرا اندازه گیریهای این رابطه به صورت ساده تر در خاکی صورت میگیرند که به صورت ممتد و پیوسته خشک میشود.
ثبت روزانه آب
روند ثبت روزانه آب قبلی میتواند فشار را از روند خشکسازی و به صورت غیرمستقیم تشدید کند. دیکین و رایت (2008) نشان دادند گندمی که به صورت کوتاه و بعد از برداشت محصول ثبت روزانه آب شده است، بین 20 تا 24 درصد را از دست میدهد.
گنجاندن
ریشه ها تامین کننده روند لنگراندازی در خاک میباشند. در بادهای شدید، برای یک گیاه فایده دارد که در خاک متوسط و قوی لنگر داشته باشد به گونه ای که فشارهای برآمده از این باد را بتوان در بخشی بزرگی از سیستم ریشه پرورش داد.
پاسخهای انطباقی گیاهان با خشکسازی:
رژیم آب در خاک به نظر میرسدد که منجر به شرایط کاملا شدیدی برای ریشه ها شود. این محیط را میتوان به سرعت از خیلی مرطوب به تنفس به خیلی قوی به نفوذ تغییر داد؛
تراوش
فرآیند تراوش ماده غنی از کربن به خاک و دیگر فرآیندهای تهی سازی اکسیژن از بافت گیاه و خاک به عنوان نتیجه چرخش ریشه موضوع مطالعات متنوعی قرار گرفته است.
بالابری هیدرولیک
پژمردگی زمانی اتفاق میافتد که پتانسیل آب برگ از انتگرال پتناسیل آب در تداخل خاک- ریشه اصلاحی توسط مقاومت در برابر شرایط انتقال در گیاه فراتر رود. اگرچه باراکلوف و همکارانش (1989) نشان دادند که خاکهای خشک شده در روتامستید میتوانستند محصولات قابل مقایسه ای از گندم و با استفاده از آب کمتر نسبت به قطعات کنترل ارائه دهند، اما یک روند تنفسی حداقلی برای بهره وری کامل موردنیاز است.
رشد و توزیع ریشه
هو و همکارانش (2005) بیان میکنند گیاهانی که تراکم ریشه خود را در خاک بالا افزایش میدهند قادر هستند تا فسفر را به صورت کارآمدتری نسبت به گیاهان دیگر جذب کنند. آنها این بحث را داشتند که ژنوتیپهای دارای ریشه هایی که در عمق خاک نفوذ میکنند توانایی بهتری برای غلبه بر فشار خشکسالی دارند.
تغییرات جوی:
پیش بینی میشود که شرایط جوی در بسیاری از بخشهای بریتانیا در زمستان و با تابستانهای گرمتر اما خشکتر گرمتر شود. ما میتوانیم اثر این تغییرات را بر روی ریشه ها و محصولات کشاورزی و با استفاده از فشارها و پاسخها به فشار مورد بحث در این مطالعه پیش بینی کنیم (جدول 2).
نتیجه گیری:
دیدگاه ما این است که خشکسالی یک فشار منفرد و ساده نیست و اینکه فعالیت کشاورزی که به دنبال انطباق با تغییرات جوی است باید رویه های چندگانه هر دو فشار ناشی از آب نامناسب در کنار فشارهای تعاملی دیگر مانند گرما، بیماری، قوت خاک، موضعیت تغذیه ای پایین و حتی کمبود اکسیژن در بافت گیاه مدنظر قرار گیرند. پتانسیل انطباق احتمالا بزرگ است. اجزای بالای زمین گیاهان به خوبی مورد مطالعه قرار میگیرند زیرا در دسترس قرار دارند. ریشه ها کمتر مورد مطالعه قرار میگیرند نه فقط به این خاطر که آنها قابل مشاهده نیستند بلکه به این خاطر هم که کنترل کامل شرایطی که در آن رشد میکنند به گونه ای که نشان دادن این شرایط کار سختی است.
Physical effects of soil drying on roots and crop growth