• مقدمه

در بين گياهان دارويی، زعفران جايگاه ويژهای در تغذيه و سلامت انسان دارد. اين گياه نقش قابل توجهی در و ضعيت اجتماعی و اقتصادی مناطق خشک و نيمه خشک ايران پيدا كرده است. زعفران به دليل نياز آبی پايين و ارزش اقتصادی بالا به طور ويژهای مورد استقبال واقع شده است با توجه به كاربردهای فراوان زعفران، اگر هر نفر 25/0 گرم زعفران در سال مصرف كند، جمعيت دنيا متقاضی 2000 تن كلاله خشک خواهد بود. اين تقاضا فقط برای مصرف شخصی است و جهت تأمين مصارف دارويی و غذايی بر آمار فوق افزوده خواهد شد. امروزه به دليل تأمين اين نياز و افزايش ميزان توليد در واحد سطح، متأسفانه استفاده از كودهای شيميايی به شدت رواج پيدا كرده است. مصرف كودهای شيميايی موجب آلودگی آب های زيرزمينی، كاهش جمعيت ميکروارگانيسم ها و حشرات مفيد خاكزی، اسيدی يا قليايی شدن خاك، كاهش ماده آلی و حاصلخيزی و در نهايت عدم توليد پايدار میگردد. همچنين استفاده از اين كودها به دليل وجود نمک های محلول و افزايش ميزان شوری خاك سبب تخريب ساختمان خاك نيز میشوند. ورود كودهای نيتروژنه به منابع آب و افزايش تجمع آنها در محصولات كشاورزی موجب رواج برخی بيماری ها شده است. علاوه بر اين، كودهای شيميايی حاوی مقاديری عناصر سنگين هستند. به عنوان مثال، كودهای فسفاتی معمولا حاوی كادميم می باشند كه با مصرف اين كود، كادميم وارد چرخه غذايی انسان گرديده، از اين رو ضرورت حذف يا مصرف حداقلی اين نوع كودها بيش از پيش نمايان میگردد. يکی از راه های جلوگيری از اين مشکلات، كاهش و يا حذف كودهای شيميايی در كشاورزی و جايگزينی كودهای آلی و زيستی از جمله كودهای حيوانی و بقايای گياهی به جای آنهاست.

كودهای آلی كودهای كاملی هستند كه حاوی تمامی عناصر غذايی ماكرو و ميکرو مورد نياز گياهان هستند. استفاده از كودهای آلی در گياه زعفران موجب افزايش وزن و درصد ماده خشک بنه ها و توسعه سيستم ريشه ای شده كه اين اثرات ممکن است در نتيجه افزايش رطوبت خاك و نهايتاً رشد بهتر گياه باشد. در ساليان دور استفاده از كودهای آلی مديريت رايج در ميان كشاورزان بود اما با ورود كودهای شيميايی و سهولت استفاده و اثربخشی سريع آنها اين نوع مديريت رو به فراموشی نهاد.  كاربرد كودهای آلی علاوه بر حفظ چرخه عناصر غذايی موجب كاهش آلو دگی محيط و بهبود خصو صيات فيزيکی و شيميايی خاك می گردد و تأثيرگذاری آن به مراتب فراتر از كودهای شيميايی است؛ كه متاسفانه به دلايل مختلف از رواج چندانی برخوردار نيست. از جمله اين دلايل، منابع بسيار محدود تأمين كننده مواد آلی خاك كه عمدتاً شامل كودهای گاوی، بقايای گياهی و انواع كمپوست میباشد كه جوابگوی نياز روز افزون بخش كشاورزی به كودهای آلی نيست.  از طرفی زمان نسبتاً طولانی فرايند تجزيه كودهای آلی كه معمولا هماهنگ با رشد گياه نمی تواند نيازهای غذايی را برطرف كند از جمله دلايلی هستند كه كشاورز را برای رسيدن به عملکرد مورد انتظارش در كوتاه مدت وادار به استفاده از كودهای شيميايی می كند. كشاورزان در ايران برای دست يابی و حفظ عملکردهای بالا به مصرف كودهای شيميايی روی می آورند و حداكثر سرعت تجزيه و قابل استفاده شدن كود آلی برای گياه با زمان نياز گياه میابقت ندارد. بنابراين يکی از چالش ها، افزايش كارايی كودهای آلی از جمله كودهای گاوی برای تأمين عناصر غذايی است؛ كه لزوم فرآوری كودهای گاوی با هدف افزايش كارايی و در عين حال حفظ عناصر غذايی قابل استفاده گياه بايد مورد توجه قرار بگيرد. با توجه به اين موانع و مشکلات اين ايده به ميان آمد كه بتوان با ارائه راه حلی، كودهای گاوی را در مدت زمان كوتاهتر برای گياه قابل جذب كرد تا علاوه بر تأثير بلند مدت در كوتاه مدت نيز نيازهای تغذيه ای در طول فصل رشد گياه را بتواند تأمين كند. يکی از راه حل ها استفاده از اين كودها در مقیاس بسيار كوچکتر يعنی نانو میباشد كه با افزايش نسبت سطح به حجم و سطح ويژه ذرات سبب افزايش قابليت جذب برای گياه شود. دهه گذشته شاهد توسعه سريع فناوری نانو با هدف استفاده از موادی با خصوصيات جديد و ويژه كه در محدوده يک تا صد نانومتر قرار دارند بوده است. نانو ذرات از ده ها يا صدها اتم يا مولکول و با اندازه ها و مورفولوژی های مختلف ساخته شده است. اندازه نانو محدوده ای از اندازه مولکول ها و مواد است كه در اين محدوده، مواد خواص بی مانند يا به طور كيفی متفاوتی با ذرات بزرگتر از خود دارند. از خصوصياتی كه در اندازه های زير 100 نانومتر تغيير می كند سطح ويژه است. مواد با گذر از اندازه های معمول به مقياس نانو، با تغيير برخی از خواب فيزيکی و شيميايی روبرو می شوند. كه از مهمترين آن ها می توان به افزايش نسبت سطح به حجم و ورود اندازه ذره به قلمرو اثرات كوانتومی اشاره كرد كه خصوصيات فيزيکی و شيميايی را به شدت تحت تأثير قرار می دهند و مدت زمان لازم برای تجزيه توسط ميکروارگانسيم ها به طور قابل توجهی كاهش می يابد. در مواد نانو درصد بالايی از اتم ها در سطح ماده قرار گرفته اند، لذا احتمال برخورد اتم ها با يکديگر افزايش و واكنش پذيری ماده بالا می رود كه می تواند عاملی در جهت افزايش تجزيه كودهای آلی در خاك با شد. همچنين نانو كودهای آلی به دليل ماهيت كاملا ارگانيکی كه دارند سبب بهبود شرايط فيزيکی خاك و حفظ پايداری بوم نظام های كشاورزی می گردند. اين نانوذرات سطح تماس بسيار زيادی دارند و بنابراين تماس قويتری را با تركيبات ترشح شده از گياه و ميکروارگانيسم ها برقرار می كنند. در نتيجه اين عناصر با سهولت بيشتر و به تدريج در اختيار گياه قرار می گيرند و گياه در طول دوره رشد خود با كمبود اين عناصر روبرو نمی‌شود . از طرفی گياه از تمامی عناصر پرمصرف و ريزمغذی ها برخوردار بوده و به خوبی رشد می كند در نهايت عملکرد، رشد ريشه و مقاومت در برابر شوری خاك در گياه افزايش می يابد. توليد كودهايی حاوی عناصر غذايی در اندازه نانومتری، باعث می شود انحلال پذيری و پراكندگی اين عناصر غذايی در خاك افزايش يافته و بازده جذب اين عنا صر توسط گياه بهبود يابد. همچنين استفاده از نانوكودها سبب برهم كنش طولانی مدت با ميکروارگانيسم های موجود در خاك می شود. در بررسی نانوذرات هيدروكسی آپاتيت به عنوان كود فسفر نتايج اميدواركننده ای بدست آمده  است.  با كاربرد نانو ذرات هيدروكسی آپاتيت افزايش ميزان رشد و عملکرد دانه سويا به ترتيب به ميزان 33 و 20 درصد در مقايسه با كودهای جامد فسفر گزارش كردند. كه احتمالا به دليل تحرك بيشتر و سطوح واكنش پذير بيشتر نانو ذرات كه اجازه حلاليت و آزاد سازی بيشتر فسفر به آن ها را می دهد باشند. همچنين نانو كودهای آلی به دليل ماهيت كاملا ارگانيکی كه دارند سبب بهبود شرايط فيزيکی خاك و حفظ پايداری كشاورزی میگردند. همچنين می تواند به دليل سطح ويژه بالا عاملی در جلوگيری از آبشويی عناصر غذايی و آلودگی خاك و آب های زيرزمينی گردد.

هدف از اين تحقيق بررسی تأثير مصرف كود گاوی در مقياس نانو بر عملکرد كلاله خشک زعفران و برخی خصوصيات خاك در مقايسه با كودهای گاوی و شيميايی معمول بود.

  • مواد و روش ها
    • خصوصیات خاک محل اجرای تحقیق

خصوصيات خاك مورد استفاده قبل از كشت در يک نمونه مركب اندازهگيری شحد (جدول 1). توزيع اندازه ذرات خاك به روش هيدورمتری، ميزان كربن آلی به روش والکلی و بلاك، pH  گل اشباع، هدايت الکتريکی عصاره اشباع، رطوبت اشباع به روش جرمی، نيتروژن كل به روش كجلدال، كربنات كلسيم معادل به روش خنثی سازی با اسيد، فسفر قابل جذب به روش اولسن و همکاران و پتاسيم قابل جذب، اندازه گيری شدند. نتايج آزمايش خاك مورد مطالعه نشان داد كه خاك از لحاظ عناصر غذايی نيتروژن، فسفر و پتاسيم و ميزان ماده آلی جهت كشت زعفران دارای كمبود است.

  • طرح و تیمارهای آزمایشی

اين آزمايش بصورت اسپليت پلات در پايه طرح بلوك های كامل تصادفی در شهرستان تربت حيدريه بخش مركزی طی سححالهای 1399 و 1400 انجام شد. فاكتور اصلی دارای هفت سطح شامل، 1. نانو كود گاوی به ميزان پنج تن در هکتار بصورت مالچ، 2. نانو كود گاوی پنج تن در هکتار بصورت مخلوط با خاك، 3. نانو كود گاوی 20 تن در هکتار بصورت مالچ، 4. نانو كود گاوی 20 تن در هکتار بصورت مخلوط با خاك، 5. كود گاوی معمولی به ميزان پنج تن در هکتار بصورت مالچ، 6. كود گاوی معمولی 20 تن در هکتار بصورت مالچ و 7. عدم مصحرف كود گاوی به عنوان تيمار شاهد بود. فاكتور فرعی شامل عدم مصرف يا مصرف كود شيميايی (اوره، سوپرف سفات تريپل، سولفات پتا سيم) بود كه مقدار آن بر اساس آزمون خاك (جدول 1) به ترتيب به ميزان ،100 50 و 50 كيلوگرم در هکتار تعيين شد. در مجموع، آزمايش شامل 14 تيمار در سه تکرار بود كه شامل 42 واحد آزمايشی (كرت) میشود. از آن جايی كه به طور معمول زعفران کاران در دو ز مان كود گاوی را به خاك اضافه میكنند؛ يکی قبل از كشت و شوم خوردن زمين و يکی بعد از كشت و به صورت مالچ در سطح خاك در اين پژوهش نيز كود گاوی به اين دو روش مرسوم به كار برده شد تا كارايی هر روش به طور عملی و كاربردی مشخص شود. شايان ذكر است كه در روش مالچ همانند كشاورزی مر سوم منطقه، در اثر فعاليت‌های بعدی مانند وجين و سله‌شکنی مقداری از كود گاوی با خاك مخلوط شد. كود شيميايی اوره بعد از برداشت گل در سال اول در آذرماه 1399  به صورت سك و همزمان با آبياری های پس از گلدهی طی سه نوبت استفاده شد. مرحله اول 50 كيلوگرم در هکتار اوره در آبياری اول بعد از بردا شت گل (زاج آب)، مرحله دوم به ميزان 35  كيلوگرم در هکتار اوره و در نوبت بعدی آبياری و مرحله سوم 15 كيلوگرم در هکتار اوره با فاصله يک ماه بعد به كرت‌های مربوطه داده شد. كودهای سولفات پتاسيم و سوپرفسفات تريبل همزمان با اولين آبياری (گل آب) به ميزان 50 كيلوگرم در هکتار استفاده شد.

  • تولید کود دامی نانو

جهت نانو كردن كود گاوی از دستگاه آسياب گلوله ای استفاده شد (شکل 1). اين نوع آسياب ها از قدرتمندترين ابزارهای توليد نانو ذرات در مقياس صنعتی به حساب می آيند كه دارای شکل استوانه ای يا استوانه ای- مخروطی هستند و نيروی خردكننده آن ها را گلوله هايی از جنس مواد سخت تشکيل می دهد. اين گلوله ها با شدت زياد به مواد درون استوانه برخورد كرده و آن ها را خرد می كنند. كود گاوی پس از فرايند پوسيده شدن، در گرمخانه در دمای 60 درجه سانتيگراد به مدت 24 ساعت خشک شده و سپس وارد مخزن آسياب گلوله ای شد. در اثر برخورد گلوله ها به مدت 48 ساعت و 60 دور در دقيقه كود گاوی به ذارت نانومتری تبديل شد (شکل 2 ). در اين آزمايش نانو كود گاوی در اندازه های با ميانيگن 70 نانومتر توليد شدند. جهت اطمينان از حصول نتايج پيش بينی شده مبنی بر نانو بودن ذرات حاصل، نمونه گيری انجام شد و توسط دستگاه ميکروسکوپ الکترونی روبشی، عکسبرداری انجام گرفت (شکل3).

جهت بدست آوردن نيمه عمر انواع كود گاوی اضافه شده به خاك، در 6 زمان (صفر، ،11 ،24 ،48 55 و 66 هفته پس از افزايش كود گاوی به خاك)، نمو نه برداری جهت اندازهگيری ميزان ماده آلی خاك انجام گرفت. ميزان ماده آلی اضافه شده به خاك در زمان صفر از تقسيم جرم كود گاوی افزوده شده (20 تن يا پنج تن در هکتار) بر جرم خاك تا عمق 20 سانتیمتری (عمق شخم) بدست آمد. برای مراحل بعدی نمونه گيری بصورت مستقيم از خاك تا عمق اختلاط كود انجام گرفت و مقدار ماده آلی اندازه گيری شده به روش والکی و بالك از مقدار ماده آلی اوليه خاك (قبل از افزودن كودهای گاوی؛ ارايه شده در جدول 1) در آن كرت كاسته شد. در نهايت مقادير بدست آمده در فاصله های زمانی عنوان شده با قرار گرفتن در معادله شماره 1،  كه در آن t (زمان بر حسب هفته) و A (ميزان ماده آلی در هفته متناظر با آن هفته) و سپس محاسبه شيب خط معادله  (K)و قرار دادن آن در معادله 2، ، نيمه عمر كود گاوی بدست آمد.

 

  • عملیات زراعی

بنه ها ی مورد استفاده جهت كشت همگی با وزن برابر بين 11-12 گرم انتخاب شدند و در كرت هايی به ابعاد 5/1×2 متر و با تراكم 66 بنه در مترمربع و در عمق 20 سانتی متر بصورت دستی در نيمه دوم شهريورماه سال 1399 كشت شد . فاصله بين رديف های كشت 15 سانتی متر و فاصله در روی رديف ها 10 سانتی متر در نظر گرفته شد. كرت ها با ايجاد پشته هايی از يکديگر جدا شد و بين كرت ها نيم متر فاصله به عنوان راهرو در نظر گرفته شد. مقدار آب آبياری بر مبنای رساندن ميزان رطوبت خاك به حد ظرفيت زراعی انجام گرفت. عمق آب آبياری بر اساس معادله3  بدست آمد.

كرت های آزمايشی به تعداد 7 بار در طول هر فصل رشد با فواصل 24 روز آبياری شد. حجم آب آبياری در هر مرحله بر حسب ميزان رطوبت باقی مانده در خاك قبل از آبياری (بر اساس معادله 2) متغير بود. پس از مرحله كاشت، تمامی عمليات زراعی مانند آبياری، سله شکنی، وجين علف های هرز بصورت يکسان انجام شد.

 

  • صفات اندازه گیری

نمونه برداری از كرت های آزمايشی در سال دوم پس از كشت و در زمان گلدهی با حذف اثر حاشيه ای از 18 آبان تا چهارم آذرماه سال 1400 انجام شد. در سال اول (پاييز 1399) چون هنوز تيمارهای كودی يا اعمال نشده و يا اثرگذار نبودند عملکرد كلاله خشک فقط سال دوم از رشد گياه ارزيابی شد. صفات مورد بررسی شامل ميزان عناصر غذايی برگ (شامل نيتروژن به روش كجلدال، فسفر به روش رنگ سنجی و پتاسيم به روش نورسنج شعله ای)، در صد رطوبت جرمی خاك و مقاومت مکانيکی خاك در آذرماه 1400 بعد از برداشت گل اندازه گيری شدند. رطوبت خاك به روش جرمی و مقاومت مکانيکی خاك با استفاده از پنترومتر جيبی اندازه گيری شدند. برای تبديل اعداد به دست آمده از پنترومتر به كيلوپاسکال دستگاه پنترومتر روی ترازوی ديجيتال گذاشته شد و با فشارهای متوالی بر آن مقادير جرمی روی ترازو به همراه عدد پنترومتر مربوب به آن فشار يادداشت شد. سپس اعداد روی ترازو از وزن اوليه دستگاه پنترومتر كسر شد. سپس عدد به دست آمده بر حسب كيلوگرم بر سطح پنترومتر بر حسب سانتیمتر مربع تقسيم شد و در عدد 98/066  ضرب گرديد. اعداد بد ست آمده بر حسب كيلوپاسکال همراه با اعداد پنترومتر اوليه، روی نمودار خطی كه از صفر شروع می شود برده شد. از اين نمودار يک معادله خطی با يک مجهول به دست آمد. در نهايت اعداد بدست آمده از قرائت پنترومتر در مزرعه در معادله 4،y = 521.4x  قرار گرفت و ميزان مقاومت مکانيکی بر حسب كيلوپاسکال محاسبه شد. جهت تجزيه آماری از نرمافزار SAS استفاده شد و مقايسه ميانگين برای صفات ذكر شده به روش LSD انجام گرديد.

  • نتایج و بحث

نتايج تجزيه واريانس اثر تيمارهای كود گاوی و شيميايی بر نيمه عمر كود گاوی، ميزان نيتروژن، فسفر و پتاسيم برگ، خصو صيات خاك و عملکرد زعفران در جدول شماره 2 نشان داده شده است.

  • منابع

American Society of Agronomy, Soil Science Society of America, Madison, Wisconsin, 595- 624.

Chen, J.H. 2008. The combined use of chemical and organic fertilizers and/or bio-fertilizer for crop growth and soil fertility. International workshop on sustained management of the soilrhizosphere system for efficient crop production and fertilizer use. National Chung Hsing University, Taiwan, 16 – 20 October 2006, p. 1- 11.

Chen, J.H., Wang, Y.J., Zhou, D.M., Cui, Y.X., Wang, S.Q., and Chen, Y.C. 2010. AdsorptionAtarodi, B., Zabihi, H.R., and Zangiabadi, M. 2022.

Evaluation of Nutrition status of saffron (Crocus sativus L.) in South Khorasan province by “Deviation from optimum percentage” (DOP) method. Saffron Agronomy and Technology 10 (2): 117-127. (In Persian whit English Summary). https://doi.org/10.22048/jsat.2022.315828.1443 .

Bremner, J.M., and Mulvaney, C.S. 1982. NitrogenTotal. In: Methods of soil analysis. Part 2. Chemical and microbiological properties, Page, A.L., Miller, R.H., and Keeney, D.R. Eds.,