SUPERVISOR
Mohammad Mehdi Majedi,Mohammad Reza Mosaddeghi
محمد مهدی مجیدی (استاد مشاور) محمدرضا مصدقی (استاد راهنما)
STUDENT
Zahra Gholami
زهرا غلامی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395
TITLE
Interactive effect of tall fescue genotype and drought stress on soil structural stability and physical quality indicators
Water scarcity, climate change and frequent and severe drought periods pose a major threat to agriculture. Therefore, it is critical to identify and select crop species and genotypes with enhanced recovery and persistence in drought periods, which could maintain good soil quality as well. Presence of plant roots in the soil can substantially affect the rhizosphere properties such as soil structural stability due to mucliage exudation and decomposition of death roots. Tall fescue with extensive root system and high resistance and adaption to drought stress is usually considered as a drought-resistant plant. In this study, the interaction effect of 17 genotypes of tall fescue [including 5, 7 and 5 early- (E), mid- (M) and late-season (L) flowering genotypes, respectively] and three environments (i.e., no, moderate and severe drought stress treatments) was studied on structural stability and quality indicators of the rhizosphere soil in a complete randomized block design. After three years of plant cultivation and application of the treatments, soil quality indicators including water repellency, organic carbon content, percentage of water-stable aggregates, dispersible clay, hot water soluble carbohydrates, and stability indices of high energy moisture characteristic (HEMC) were measured in the rhizosphere and bulk soil without plant root (i.e., control). The rhizosphere soil quality was generally improved due to root exudates and decomposition of death roots when compared with bulk soil. Soil water repellency and organic carbon content in the rhizosphere varied highly among the genotypes and were greater than in the bulk soil. In addition, percentage of water-stable aggregates was different in the rhizosphere of different genotypes and was significantly greater in the moderate and severe stress environments compared to the bulk soil. Presence of roots of different genotypes affected the dispersible clay content of rhizosphere; it was greater in the rhizosphere of some genotypes in the non-stress environment when compared with the bulk soil. The genotypes affected the hot water soluble carbohydrates of rhizosphere in different ways, i.e., it was greater in the rhizosphere compared to the control in the non-stress and moderate stress environments. Results of interaction between environment and genotype indicated that with increasing drought stress, genotypes performed differently and the water repellency, ethanol sorptivity and soil-water contact angle were in the order severe stregt;moderate stregt;non-stregt;control. Grouping the genotypes using the principal components analysis (PCA) separately for the stress treatments indicated that some genotypes in the moderate stress had high structural stability (PC1) and water repellency (PC2) of rhizosphere soil. Overall, moderate stress environment was favorable for the substantial effects of genotypes on the soil structural stability. The early-season flowering genotype of 1E was present in all the stress treatments as a typical genotype in terms of good structural stability and water repellency of rhizosphere soil. Besides, genotype 19M was superior in terms of water repellency and structural stability in both non-stress and moderate stress environments. Overall, genotypes 1E, 16E, 19M and 3L might be recommended for cultivation in the poor soils of arid and semi-arid regions due to their significant effects on soil quality. Keywords: Tall fescue, Early-, mid- and late-season flowering genotypes, Drought stress, Soil structural stability, Dispersible clay, High energy moisture characteristic curve
بحران کمبود آب، تغییر اقلیم و افزایش شدت و مدت دوره های خشک سالی به شدت کشاورزی را تهدید می کند. از این رو شناسایی و انتخاب گونه ها و ژنوتیپ های گیاهی با مقاومت زیاد، توان بازگشت پس از خشک سالی های مکرر و حفظ ساختمان خاک اهمیت زیادی دارد. حضور ریشه های گیاه در خاک با ترشح موسیلاژها و پوسیدن ریشه های مرده بر ویژگی های خاک نزدیک ریشه (ریزوسفر) موثر بوده و باعث پایداری ساختمان خاک می گردد. سیستم ریشه ای گسترده و مقاومت و سازگاری زیاد در برابر تنش خشکی سبب انتخاب فسکیوی بلند به عنوان گیاهی مقاوم در برابر تنش شده است. در این پژوهش اثر برهم کنش 17 ژنوتیپ فسکیوی بلند (به ترتیب 5، 7 و 5 ژنوتیپ با دوره گل دهی زودرس یا E، میان رس یا M و دیررس یا L) در سه محیط (تنش خشکی) بر شاخص های پایداری ساختمان و کیفیت خاک ریزوسفر در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی بررسی شد. پس از گذشت سه سال از کشت گیاهان و اعمال تیمارها، شاخص های کیفیت خاک شامل آب گریزی، کربن آلی، درصد خاکدانه های پایدار در آب، رس قابل پراکنش، کربوهیدرات محلول در آب داغ و شاخص های پایداری منحنی مشخصه رطوبتی پر انرژی (HEMC) در ریزوسفر و توده خاک بدون ریشه گیاه (شاهد) اندازه گیری شد. در کل کیفیت خاک ریزوسفر به دلیل مواد مترشحه ریشه ای و پوسیدگی ریشه های گیاه نسبت به توده خاک بهبود یافت. میزان آب گریزی و کربن آلی خاک تنوع گسترده ای در ریزوسفر ژنوتیپ های مختلف داشت و شرایط خاک ریزوسفری نسبت به توده خاک بهبود یافت. درصد خاکدانه های پایدار در آب نیز در ریزوسفر ژنوتیپ های مختلف متفاوت بود و در محیط های تنش متوسط و شدید، نسبت به توده خاک به طور معنی داری افزایش یافت. حضور ریشه های ژنوتیپ های مختلف بر میزان رس قابل پراکنش ریزوسفر نیز اثر گذاشت به گونه ای که در محیط بدون تنش، میزان رس قابل پراکنش در ریزوسفر برخی ژنوتیپ ها بیشتر از توده خاک شد. ژنوتیپ ها در محیط های مختلف تنش اثر متفاوتی بر میزان کربوهیدرات های محلول در آب داغ داشتند به طوری که در تنها محیط های بدون تنش و تنش متوسط، مقدار آن در ریزوسفر نسبت به شاهد افزایش یافت. نتایج بررسی برهم کنش محیط و ژنوتیپ نشان داد که با افزایش تنش خشکی، ژنوتیپ ها متفاوت عمل کرده اند به طوری که شاخص آب گریزی، جذب پذیری اتانول و زاویه تماس آب-خاک به ترتیب تنش شدید تنش متوسط بدون تنش شاهد بود. نتایج گروه بندی ژنوتیپ ها به روش تجزیه به مولفه های اصلی (PCA) به تفکیک سه محیط تنش نشان داد برخی ژنوتیپ ها در محیط تنش متوسط از نظر مؤلفه های اول و دوم پایداری ساختمانی زیاد و آب گریزی ریزوسفر زیادی را نشان دادند. در مجموع می توان گفت محیط تنش متوسط به عنوان محیطی با حضور ژنوتیپ های مؤثر بر پایداری ساختمان خاک بوده است. ژنوتیپ زودرس E1 در هر سه محیط تنش خشکی به عنوان ژنوتیپ شاخص از نظر پایداری ساختمان و آب گریزی خاک ریزوسفر قابل معرفی است. همچنین ژنوتیپ M19 به عنوان ژنوتیپ شاخص از نظر پایداری ساختمان و آب گریزی خاک در محیط بدون تنش و تنش متوسط مطرح است. در کل ژنوتیپ های E1، E16، M19 و L3 به دلیل تاثیر چشم گیر بر کیفیت خاک قابل توصیه برای کشت در خاک های فقیر مناطق خشک و نیمه خشک هستند. واژ ه های کلیدی : فسکیوی بلند، ژنوتیپ های زودرس، میان رس و دیررس، تنش خشکی، پایداری ساختمان خاک، رس قابل پراکنش، منحنی مشخصه رطوبتی پر انرژی