دراسة تأثیر تضاغط التربة على نمو وإنتاجیة محصول الشعیر وإتاحیة عنصر النیتروجین فی التربة والنبات

حسن بن أحمد السید الهاشم    

قسم هندسة النظم الزراعیة ، کلیة العلوم الزراعیة والأغذیة

 جامعة الملک فیصل، ص ب 380 الأحساء،  31982 المملکة العربیة السعودیة

E-mails:  HHASHEM@ KFU.EDU.SA

الملخـص :

تم إجراء هذه الدراسة فی أحد حقول  کلیة العلوم الزراعیة والأغذیة  بجامعة الملک فیصل  وذلک خلال موسمین زراعیین (2004/2005 و 2005/2006) وذلک بهدف دراسة  تأثیر تضاغط التربة على نمو وإنتاجیة محصول الشعیر وإتاحیة عنصر النیتروجین فی التربة والنبات. حیث تم إعداد تربتین ذات کثافتین مختلفتین لتمثل مستویین من تضاغط  التربة  ولهذا الغرض تم تجهیز  قطاعات تربة باستخدام أنابیب بلاستیکیة بطول 60سم وقطر داخلی 15سم. تم اختیار تربة ذات قوام رملی طمیی ذات مستوین من الکثافة الظاهریة هما 1.4 و 1.7جم/سم³ و ثلاث مستویات  مختلفة من عنصر النیتروجین  وهی : صفر(بدون إضافة) , 125 کغم/هکتار و 250کغم/هکتار. اشتملت  الدراسة على قیاس أطوال النباتات بشکل أسبوعی، تسجیل عدد السنابل خلال فترة ظهور السنابل و قیاس وزن الجذور، وزن السیقان،  وزن السنابل و وزن الحبوب. کذلک تم تقدیر محتوى النیتروجین فی  التربة والسیقان والجذور.  أظهرت النتائج انه لا یوجد تأثیر معنوی لزیادة کثافة التربة (بغض النظر عن مستوى التسمید) على کل وزن السیقان ووزن الجذور بینما یوجد فرقا معنویاً لقیم کل من طول النبات وعدد السنابل وکذلک إنتاجیة المحصول فی کلا الموسمین.  فقد قل عدد السنابل  نحو  7% بزیادة کثافة التربة  من 1.4جم/سم³ إلى 1.7جم/سم³ فی الموسم الأول و نحو  14% فی الموسم الثانی.  بالمثل فقد انخفضت إنتاجیة المحصول حوالی 20%  و22%  فی الموسم الأول والثانی على الترتیب مع زیادة کثافة التربة الظاهریة. کذلک أظهرت النتائج أن هناک تأثیر معنوی لزیادة معدل التسمید (بغض النظر عن مستوى التضاغط ) على جمیع الصفات الخضریة والإنتاجیة للمحصول  فقد زاد  متوسط وزن السیقان للموسمین  نحو 20%  و50%  عند معدل تسمید 125 و250کغم/هکتار  على الترتیب ، وأن متوسط وزن الحبوب  زاد نحو 29%   و38% عند هذین المعدلین من التسمید على الترتیب.  أیضا وجد أن محتوى النیتروجین فی التربة والجذور والسیقان أکبر  فی  التربة الأکبر کثافة (بغض النظر عن مستویات التسمید) بزیادة قدرها 21%، 7% و16% على الترتیب  کمتوسط للموسمین مقارنة مع التربة الأقل کثافة. أیضا بینت النتائج  أن محتوى التربة والجذور والسیقان من النیتروجین زاد زیادة معنویة بزیادة معدل التسمید وأن ذلک یتکرر فی الموسمین حیث وجد أن نسبة النیتروجین فی التربة زاد نحو 40%  مع معدل التسمید 125 کغم/هکتار ونحو 59% مع معدل التسمید 250 کغم/هکتار. توصی هذه الدراسة بأهمیة  اختیار نظم الحرث والجرار الزراعی المناسب عند تهیئة  الحقل  للحصول على القدر الأمثل من تضاغط التربة وأنه تحت ظروف مشابهة لهذه الدراسة  فإنه یقترح معدل تسمید 125 کغم نیتروجین /هکتار (تقریباً 270 یوریا/ هکتار) على مستوى تضاغط لا یزید عن 1.4جم/سم³ للحصول على أفضل إنتاجیة  حبوب لمحصول الشعیر. 

مقـــــدمـــــــة :

أصبحت إنضغاطیة التربة فی الحقول الزراعیة مشکلة ذات اهتمام واسع خاصة فی المزارع ذات النظام المیکنی المتکامل. حیث أن استخدام المیکنة الزراعیة الحدیثة وما یتعلق بها من وحدات القدرة المزرعیة  المختلفة  مثل الجرارات  الزراعیة  والآلات الملحقة بها ذات القدرات و الأثقال المتعددة الأوزان  یؤدی إلى تضاغط التربة  الزراعیة   أثناء العمل علیها کما أثبتته کثیر من الدراسات المتقدمة.(Kooistra and  Tovy, 1994;  Alakukku et al., 2003 and Rosenberg,  1964)  إلا أنه أحیاناً قد لا یکون هناک موائمة بین الجرار والآلة بشکل أمثل لعدة اعتبارات وبالتالی فإن القیام ببعض العملیات الزراعیة فی ظروف أقل من الظروف المثلى قد یؤدی إلى کبس للتربة غیر مرغوب فیهوبالتالی حدوث تلف کبیر فی  خواص التربة المختلفة. إن ظاهرة تضاغط التربة من المشاکل ذات الأهمیة على مستوى العالم فی الزراعة الحدیثة (Soane and van Ouwerkerk, 1994).  ، لا سیما أن هذه الظاهرة تعتبر من العملیات المعقدة التی تتداخل فیها عوامل متعددة تتعلق بصفات التربة الفیزیائیة والکیماویة والحیویة وکذلک العوامل البیئیة المختلفة کالمناخ و أنظمة الحراثة ومعاملات التربة المختلفة والنبات المزروع Boone and Veen, 1994) Gupta and Raper, 1994; Stepniewski et al., 1994 and). لقد أدى استخدام الجرارات والمعدات الزراعیة بشکل کثیف فی الزراعة الممیکنة إلى ضغط التربة، الأمر الذی ینعکس بشکل کبیر على خصائص التربة والعملیات الحیویة المختلفة التی تحدث بداخلها حیث أن حالة  التضاغط فی التربة من أهم العوامل التی تحدد بشکل کبیر طبیعة العلاقة بین التربة والماء والتی بدورها تؤثر على نمو النبات المزروع. فقد بینت کثیر من الدراسات السابقة أن تضاغط التربة الزراعیة یحد من حرکة الماء فی قطاع التربة (Horton et al. 1994)  . وهذا بطبیعة الحال  یؤثر على تحولات العناصر الغذائیة (الأسمدة) وحرکتها فی التربة والتی من أهمها عنصر النیتروجین وتحولاته المختلفة فی قطاع التربة کما أشار إلى ذلک Brussaard and van Faassen (1994).   أیضا أشار Kemper et al. (1971)  إلى أن زیادة کثافة التربة  الظاهریة والتی تعتبر أحد مؤشرات تضاغط التربة  یؤثر على حرکة العناصر الغذائیة فی التربة و مدى استفادة النبات منها.  أیضا  فإن انخفاض مستوى تهویة التربة بسبب تضاغطها  یؤدی   إلى انخفاض فی تحول العناصر الغذائیة من الصورة العضویة إلى الصورة المعدنیة  وما یترتب على ذلک من إتاحیة هذه العناصر للنبات، کذلک فإن الانضغاط العالی للتربة قد یؤدی إلى صعوبة أکبر فی اختراق الجذور للتربة مما یقلل من نمو الجذور و ینعکس سلباً على إنتاجیة المحصول  .(Grable, 1971 and El-banna, 1990)    من جهة أخرى فإن استخدام طرق حرث مناسبة أثناء تهیئة التربة  للزراعة یعمل على تفکیک  التربة و خفض کثافتها وزیادة  مسامیتها، هذا من شانه یحسن  حالة التربة  الفیزیائیة خاصة کثافتها ویعطی اختراق أکبر للجذور ونمو أفضل للنبات .(Ross, 1986 ;  Barbosa et al. 1989 and Ibrahim et al.  2004)     فی دراسة قام بها Filipovic et al. (2006)  لمعرفة تأثیر نظم مختلفة من الحراثة  على إنضغاطیة التربة وإنتاجیة المحصول،   وجدوا أن زیادة الکثافة الظاهریة للتربة عن  1.5جم/سم³ فی الطبقة المحروثة من التربة یکون لها تأثیر سلبی على نمو وتطور المحاصیل الزراعیة.    

فی ضوء ما تقدم یهدف هذا البحث  إلى  دراسة تأثیر تضاغط التربة على نمو وإنتاجیة محصول الشعیر ومدى  إتاحیة عنصر النیتروجین  فی التربة والنبات تحت ظروف واحة الأحساء فی المملکة العربیة السعودیة.

المواد  والطرق : 

اعتمدت هذه الدراسة على إعداد تربتین ذات کثافتین مختلفتین لتمثل مستویین من التضاغط  ولهذا الغرض تم تجهیز  قطاعات تربة باستخدام أنابیب بلاستیکیة بطول 80سم وقطر داخلی 15سم (صورة 1). تم اختیار تربة ذات قوام رملی طمیی ذات مستوین من الکثافة الظاهریة هما 1.4 و 1.7جم/سم³ (D1 وD2 على التوالی) حیث أن هذه القیم تمثل غالب قیم الکثافة الظاهریة للترب خفیفة القوام فی الحقل (الهاشم والمدینی 2007). على کل قیمة من  الکثافة الظاهریة  تم اختبار ثلاث مستویات من النیتروجین (urea, 46% N) المضاف للشعیر کسماد کیماوی وهی : صفر(بدون إضافة) , 125 کغم/هکتار و 250 کغم/هکتار. الکثافة الظاهریة للتربة تم تقدیرها فی المعمل وذلک بمعلومیة  کلا من حجم قطاع التربة المطلوب (الأنبوب) ووزن التربة،  حیث أن قیمة  الکثافة الظاهریة للتربة معلوم وکذلک طول وقطر الأنبوب ومنه یمکن حساب وزن التربة المطلوب لیعطی  قیمة الکثافة المقترحة على  أساس العلاقة التالیة (Marshall and Holmes, 1988)  :

الکثافة الظاهریة = وزن التربة ÷ حجم التربة                       (1)

تم تعبئة التربة  داخل أنبوب التربة على مراحل وأحیانا مع قدر معین من الکبس وبشکل متجانس حتى الوصول  للمستوى المطلوب من الکثافة الظاهریة. تم تنفیذ التجربة فی حقل بجوار کلیة العلوم الزراعیة والأغذیة بمقر جامعة الملک فیصل بواحة الأحساء وذلک خلال موسمین زراعیین (2004/2005 و 2005/2006).  تم توزیع أنابیب التربة تحت تصمیم عاملی فی قطاعات کاملة  العشوائیة (Factorial in randomized complete block design) حیث أن الکثافة تمثل العامل الأول ومستویات النیتروجین تمثل العامل الثانی. تم تثبیت هذه الأنابیب (قطاعات التربة) على طاولة ذات قاعدة مرتفعة عن سطح الأرض تسمح بتصریف الماء الحر من أسفل کل أنبوب حیث یوجد مخرج لجمع  الصرف منه إلى قواریر (أحواض ) التجمیع. وعلى ذلک فقد اشتملت  الدراسة  قیمتان من الکثافة الظاهریة للتربة المدروسة و ثلاث مستویات  مختلفة من عنصر النیتروجین  بثلاث مکررات لیصبح العدد الإجمالی 18 معاملة.  تم زراعة محصول الشعیر (صنف جستو) تحت المعاملات المختلفة ومتابعة المحصول بجمیع المعاملات الزراعیة اللازمة من  ری و رش مبید وخلاف ذلک خلال موسمی التجربة (وزارة الزراعة و المیاه 2005).  مسمیات المعاملات المختلفة تم تعریفها کالتالی:

مستویات تضاغط التربة  :

D1 = 1.4 gm/cm³ (التربة الأقل کثافة)  

D2 = 1.7 gm/cm³ (التربة الأکثر کثافة)  

مستویات التسمید بالنیتروجین :

0 N  = بدون تسمید

125 N = 125 کغم نیتروجین/هکتار

250 N = 250 کغم نیتروجین/هکتار

صورة (1).  تبین ترتیب قطاعات التربة المخصصة  لزراعة المحصول

القیاسات : 

خلال مدة التجربة تم الآتی :

• متابعة نمو النبات وأخذ قیاس أطوال النباتات بشکل أسبوعی بمعدل خمس أطوال لکل مکرر.
• تسجیل عدد السنابل خلال فترة ظهور وطرد السنابل.
• فی نهایة الموسم ونضج المحصول  تم الحصاد وذلک بقطع السیقان  من الأسفل مباشرة من على سطح التربة فی الأنبوب وأخذ القیاسات التالیة لکل معاملة: وزن السیقان, وزن السنابل وزن الحبوب.
• تم تفریغ التربة من کل أنبوب (قطاع تربة)  وفصل المجموع الجذری بأکمله من التربة وقیاس وزن الجذور (صورة 2).
• تم تقدیر محتوى النیتروجین فی کلا من السیقان والجذور.  أیضا تم تحلیل النیتروجین فی قطاع التربة وتقدیر محتواها من النیتروجین.  تم تقدیر النیتروجین تم باستخدام جهاز بوخی (Buchi) حسب الطریقة المشار إلیها فی Page et al., 1982)) .

صورة (2).  توضح قطاع التربة بعد تفریغها  من کل أنبوب لفصل الجذور و تقدیر محتوى النیتروجین

التحلیل الإحصائی:

تم إجراء التحلیل الإحصائی للبیانات بنظام تحلیل التباین (ANOV) للتجارب العاملیة فی قطاعات کاملة العشوائیة ذو ثلاث مکررات وفقا لـ Gomez and Gomez (1984) وذلک باستخدام الحاسب الآلی وبرنامج نظم التحلیل الإحصائی (SAS, 2001)، وتم مقارنة الفروق بین متوسطات المعاملات بطریقة أقل فرق معنوی المعدلة من قبل .(Waller and Duncan, 1969)

النتائـــــــج والمناقشــــــــة:

 (1) تطور نمو المحصول :

شکل (1) یوضح تطور نمو النبات خلال موسم الزراعة (2004-2005م) عند مستویات تضاغط التربة تحت الدراسة (1.4 و 1.7جم/سم³) حیث یتضح من الشکل أن هناک زیادة متوسطة  فی نمو النبات نحو 10% خلال  فترة النمو فی المعاملة الأولى (الأقل تضاغطاً) مقارنة مع المعاملة  الثانیة (الأکبر تضاغطاً). هذه النتیجة تتوافق مع ما أشار إلیه  (Boone and Veen 1994 and Voorhees  1986). کذلک یستنتج من الشکل ربما من الأفضل تطبیق التسمید فی الفترة بعد 5 أسابیع من الزراعة ولمدة ثلاثة أسابیع لتفادی الرکود فی نمو النبات فی هذه الفترة والتی تؤثر فی الإنتاج مؤخراً.  قد یتطلب الأمر فی هذه الحالة إعادة توزیع جرعة التسمید المضاف للنبات على أکثر من مرة .

شکل (2) یبین التطور فی أعداد السنابل خلال فترة طرد السنابل ( تقریباً 14 یوم من بدایة طرد السنابل)  وعلاقتها بتضاغط التربة خلال نفس الموسم. یلاحظ من  الشکل أن زیادة تضاغط التربة یقلل عدد السنابل أثناء فترة النمو  کما یتبین  أن ما یقارب من  معدل 50%  من نمو السنابل قد حدث فی المعاملة الأقل تضاغطاً فی زمن أبکر من المعاملة الأکثر تضاغطاً ، مما یعنی سرعة نضج المحصول فی المعاملة الأولى وربما إنتاجاً أمیز   ( Barbosa et al. 1989 and Ibrahim et al.  2004) . من جهة أخرى فإن تضاغط التربة بزیادة کثافتها الظاهریة تقلل تهویة التربة وهذه لها تأثری سلبی  على وظائف الجذور ونمو النبات وإتاحیة العناصر الغذائیة کما أشار( Johan, 1999 ).

شکل (1). تطورنمو النبات عند مستویات مختلفة من تضاغط التربة خلال موسم (2004/2005).

شکل (2). تطور أعداد السنابل خلال فترة الطرد عند مستویات مختلفة من تضاغط التربة

خلال موسم (2004/ 2005).

(2) صفات النمو:

جدول (1) یبین تأثیر کل من تضاغط التربة (الکثافة الظاهریة للتربة تحت الدراسة)  ومعدلات التسمید (مستویات النیتروجین المضاف للتربة)   على کل من الصفات الخضریة وإنتاج المحصول ( طول النبات ، عدد السنابل ، وزن السیقان، وزن الجذور ووزن الحبوب). هذا الجدول یوضح عدم وجود تأثیر معنوی لزیادة کثافة التربة الظاهریة (بغض النظر عن مستوى التسمید) على کل من وزن السیقان ووزن المجموع الجذری بینما یوجد فرقا معنویاً لقیم کل من طول النبات وعدد السنابل وکذلک إنتاجیة المحصول فی کلا الموسمین.  فقد قل عدد السنابل  حوالی 7% بزیادة الکثافة الظاهریة للتربة  من 1.4جم/سم³ إلى 1.7جم/سم³ فی الموسم الأول و حوالی  14% فی الموسم الثانی.  بالمثل فقد انخفضت إنتاجیة المحصول حوالی 20%  و22%  فی الموسم الأول والثانی على التوالی مع زیادة کثافة التربة الظاهریة. هذه النتائج أیضا تتفق مع  (Butorac, et al.(1992)  حیث وجدوا أن أعلى إنتاجیة لمحصول الذرة عندما کان متوسط الکثافة الظاهریة للتربة 1.4جم/سم³ ،  بینما انخفضت  الإنتاجیة عندما کانت الکثافة الظاهریة 1.6جم/سم³. یمکن إرجاع هذه النتائج إلى أن زیادة الکثافة تعنی  زیادة  تضاغط التربة وتماسکها الأمر الذی  یؤدی

إلى انخفاض تهویة التربة والحد من نمو الجذور  .(Horton et al. 1994 and Johan 1999) من جهة أخرى فإن  زیادة  تضاغط التربة یؤدی إلى  إعاقة حرکة العناصر الغذائیة  فی التربة وتحولها على الصورة المعدنیة ومقدرة النبات على امتصاص هذه العناصر وبالتالی ینعکس سلباً على القدرة الإنتاجیة للمحصول  .(Grable, 1971; Voorhees, 1986 and Boone  and Veen, 1994)  هذا یعنی أهمیة إتباع نظام الخدمة المناسبة للتربة والحصول على القدر الأمثل من الکثافة الظاهریة لها ، فقد نوه کلا من .( Awad, 1996 and Haikel, 2001)  على أن إنتاجیة المحصول تعتمد بشکل کبیر على نظام إعداد مرقد البذرة قبل الزراعة.  

من الجدول السابق أیضا یظهر أن مستویات النیتروجین المضاف (بغض النظر عن مستوى تضاغط التربة) لها تأثیر معنوی على جمیع الصفات الخضریة والإنتاجیة للمحصول مع ملاحظة أن قیم هذه الصفات جمیعها قد زادت معنویاً مع زیادة مستوى  النتروجین المضاف للتربة فی کلا الموسمین الزراعیین، بأخذ أهم صفتین لهما علاقة مباشرة باستخدام المحصول إما محصول علف (وزن السیقان) أو محصول حبوب (وزن الحبوب)، نجد أن متوسط وزن السیقان للموسمین زاد نحو 20% عند مستوى من النیتروجین 125 کغم/هکتار و نحو50% عند مستوى 250 کغم/هکتار. کذلک نجد أن متوسط وزن الحبوب للموسمین زاد نحو29% عند مستوى من النیتروجین125کغم/هکتار ونحو38% عند مستوى 250 کغم/هکتار مقارنة مع عدم التسمید، مما یعنی نمواً خضریاً أکثر ومن ثم إنتاجیة أکبر للمحصول  نتجت بزیادة التسمید النیتروجینی حیث أن عنصر النیتروجین یزید من النمو الخضری للنبات وینعکس ذلک على الإنتاجیة.(El-Leithi et al. 1996 and Abd El-Hameed, 2004)

(3) محتوى النتروجین فی التربة النبات:

تشیر بیانات جدول (2) إلى تأثیر تضاغط التربة  ومعدل  النیتروجین المضاف على إتاحیة عنصر النیتروجین فی التربة والساق والجذر للمحصول خلال الموسمین الزراعیین. من الجدول یمکن ملاحظة أن محتوى النیتروجین فی التربة والجذور والسیقان أکبر  فی  التربة الأکبر کثافة (بغض النظر عن مستویات التسمید) بزیادة معنویة  قدرها 21%، 7% و16% على الترتیب  کمتوسط للموسمین الزراعیین مقارنة مع التربة الأقل کثافة. یمکن أن یعزى ذلک إلى محدودیة حرکة العنصر فی التربة المتضاغطة وبالتالی زیادة ترکیزه فی التربة وجذور النبات وتوفره بشکل أکبر فی السیقان. ولکن تضاغط التربة قد یؤثر بشکل کبیر على انخفاض تحول العنصر من الصورة العضویة إلى الصورة المعدنیة وعدم استفادة النبات منه بشکل کافی کما أشار إلى ذلک (Grable, 1971 and Brussaard and van Faassen, 1994).   بالمثل یبین

جدول (2): تأثیر کثافة التربة الظاهریة ومستویات النتروجین على محتوى التربة والساق والجذر من الینتروجین خلال موسمی (2004/2005 و 2005/2006).

الجدول نفسه أن محتوى التربة والجذور والسیقان من النیتروجین یزداد زیادة معنویة بزیادة معدل التسمید وأن ذلک یتکرر فی الموسمین (بغض النظر عن مستوى التضاغط). بالترکیز على محتوى  النیتروجین فی التربة  لمعرفة مقدار المتاح منه فی التربة بعد الحصاد ، وجد أن نسبة النیتروجین فی التربة زاد نحو 40%  مع معدل التسمید 125 کغم/هکتار ونحو 59% مع معدل التسمید 250 کغم/هکتار. تبرز أهمیة ذلک فی معرفة المزارع لکمیة السماد النیتروجینی المطلوب فی برنامج التسمید السنوی لنفس التربة  المزروعة لتفادی تراکم النیتروجین فی التربة وعدم الحاجة إلى  التسمید کل موسم.   من جهة أخرى ضرورة المحافظة على البیئة الزراعیة من التلوث وذلک تفادیاً لزیادة النترات أو النتریت فی الماء الأرضی  وخاصة ماء الصرف الزراعی الذی یمکن إعادة استخدامه مرة أخرى أو خلطه مع ماء الری نتیجة لشح المیاه فی منطقة الدراسة.

(4) التفاعل بین تضاغط التربة  ومعدل التسمید النیتروجینی :

شکل (3 أ و ب ) یبین تأثیر التفاعل بین تضاغط التربة و مستویات النیتروجین على عدد السنابل للموسمین.  یمکن ملاحظة أن عدد السنابل المتحصل علیه کان عددها أکبر معنویاً  فی التربة الأقل تضاغط  وان عددها یزداد بزیادة معدل التسمید  وهذه

                                                            ( أ )

                                                       ( ب )

شکل (3) تأثیر التفاعل بین مستویات النیتروجین وتضاغط التربة على عدد سنابل الشعیر 

خلال موسمی 2004/2005 (أ)  و 2005/2006 (ب).

النتیجة تتکرر فی الموسمین. یلاحظ أنه فی الموسم الأول  أن  عدد السنابل بلغ 25 سنبلة  فی التربة الأقل تضاغط عند معدل التسمید 125 کغم/هکتار،  بینما بلغ عددها 25.3 سنبلة عند معدل التسمید 250 کغم/هکتار فی التربة الأکبر تضاغطاً.  فی الموسم الثانی بلغ عدد السنابل 25 فی التربة الأقل تضاغط عند معدل التسمید 125 کغم/هکتار،  بینما بلغ عددها 23.7 سنبلة عند معدل التسمید 250 کغم/هکتار فی التربة الأکبر تضاغطاً. مما یدل على أن إنتاجیة السنابل کانت أفضل عند زراعة المحصول  فی التربة الأکثر تفکک وعند معدل تسمید منخفض مقارنة مع التربة الأکثر تضاغط عند معدل تسمید عالی. 

شکل (4 أ و ب ) یبین تأثیر التفاعل بین تضاغط التربة و مستویات النیتروجین على إنتاجیة المحصول  للموسمین.  من الشکلین یظهر أنهما على نسق متوافق مع الشکلین السابقین حیث إنتاجیة المحصول من الحبوب مصدرها السنابل.  تشیر بیانات الشکل السابق أن  أفضل إنتاجیة للحبوب کان  فی التربة الأقل کثافة وأن کمیة المحصول تزداد بزیادة معدل التسمید. حیث أن تفکیک  التربة بالحراثة المناسبة  تعمل على تهویة التربة وتحسین الصفات الخصوبیة لها  مما یساهم فی زیادة معدنة العناصر الغذائیة و استفادة النبات منها وبالتالی یعطی إنتاجیة أکبر (Feiza, et al., 2003; Basamba, et al., 2006; Sparrow, et al., 2006).  من الشکلین السابقین یلاحظ أنه لا یوجد فرق معنوی فی إنتاجیة الحبوب بین معدلی التسمید 125 و 250 کغم/هکتار فی أی من التربتین فی  الموسم الأول.  بینما یتضح أن الإنتاجیة فی التربة الأقل کثافة عند معدل تسمید 125 کغم/هکتار  قد زادت معنویاً نحو 19% و 10% فی الموسم الأول والثانی على التوالی مقارنة مع التربة الأخرى عند معدل تسمید 250 کغم/هکتار . مما یعنی أن إمکانیة استخدام معدل التسمید  125 کغم/هکتار (بشکل کافی) فی ظروف تهیئة وإعداد للتربة تعطی کثافة ظاهریة فی حدود 1.4جم/سم³  أفضل من  استخدام معدل التسمید 250 کغم/هکتار فی تربة أعلى کثافة،  للحصول على إنتاجیة أعلى من السنابل والحبوب لهذا المحصول. 

شکل ( 5- أ و ب) یوضح مستوى النیتروجین فی التربة تحت تأثیر التفاعل بین مستویات تضاغط التربة (1.4 و 1.7جم/سم³ ) ومستویات النیتروجین المضاف للتربة خلال الموسمین الزراعیین.  یتبین من هذه الشکلین أنه بزیادة التسمید النیتروجینی (صفر، 125، 250کجم/هکتار) یزید محتوى التربة من النیتروجین بعد الحصاد کما یلاحظ أن مستوى النیتروجین کان أعلى فی التربة الأعلى تضاغطاً . یمکن تفسیر ذلک بسبب قلة حرکة النیتروجین فی التربة واحتمالیة  ترسبه فیها  وهو ما یتفق مع ذکره (Brussaard and van Faassen 1994) ویظهر  من  الشکلین  أن ذلک  یتکرر  فی  الموسمین

       ( أ )

           ( ب )

شکل (4)  تأثیر التفاعل بین مستویات النیتروجین وتضاغط التربة على إنتاجیة محصول الشعیر 

خلال موسمی 2004/2005 (أ)  و 2005/2006 (ب).

                                   ( أ )

( ب )

شکل (5) تأثیر التفاعل بین مستویات النیتروجین وتضاغط التربة على محتوى النیتروجین فی التربة خلال موسمی 2004/2005 (أ)  و 2005/2006 (ب).

الزراعیین. أیضاً وجد أن  متوسط نسبة النیتروجین فی التربة (للمستویات الثلاث) قد زاد نحو 21% و 26% فی التربة  الأعلى تضاغطاً فی الموسم الأول والثانی على التوالی مقارنة مع التربة الأخرى. کما تبین أن نسبة متوسط النیتروجین فی التربة  خلال الموسمین قد زاد نحو 75% فی التربة  الأعلى تضاغطاً عند استخدام أعلى مستوى من التسمید مقارنة مع عدم التسمید  بینما هذه النسبة زادت نحو 38 % فی التربة  الأقل تضاغطاً. تشیر هذه النتائج إلى أهمیة  معرفة محتوى التربة من النیتروجین بعد عملیة الحصاد لکی  یؤخذ فی الاعتبار معدل التسمید المراد أضافته والحاجة الحقیقة  لذلک من مع المحافظة على المحیط البیئی کما سبق توضیحه. حیث أنه فی التربة المتضاغطة  قد یترکز مستوى النیتروجین فی التربة دون أن یستفید منها النبات استفادة کلیة فی زیادة إنتاجیة المحصول من الحبوب للأسباب التی تم توضیحها سابقا عند مناقشة  جدول(1) وشکل(3أ - ب).

شکل ( 6- أ و ب) یوضح محتوى السیقان من النیتروجین تحت تأثیر التفاعل بین مستویات تضاغط التربة (1.4 و 1.7جم/سم³ ) ومستویات النیتروجین خلال الموسمین الزراعیین.  یتبین من هذه الشکلین أنه بزیادة  معدل التسمید النیتروجینی تزید نسبة النیتروجین فی السیقان بعد الحصاد کما  یلاحظ أن مستوى النیتروجین کان أعلى فی التربة الأعلى تضاغطاً للسبب نفسه الذی سبق ذکره عند مناقشة جدول(2) . أیضاً یتضح أن متوسط نسبة النیتروجین فی السیقان  (للمستویات الثلاث) قد زادت نحو 17% و 15% فی التربة  الأعلى تضاغطاً فی الموسم الأول والثانی على التوالی مقارنة مع التربة الأخرى. کما تبین أن نسبة متوسط النیتروجین فی السیقان   خلال الموسمین قد زادت نحو 144% فی التربة  الأعلى تضاغطاً عند استخدام أعلى مستوى من التسمید مقارنة مع عدم التسمید  بینما هذه النسبة زادت نحو 50 % فی التربة  الأقل تضاغطاً. بالرجوع إلى جدول (1) نجد  عدم وجود تأثیر معنوی لزیادة کثافة التربة الظاهریة على وزن السیقان بالرغم من  أن قیم وزن السیقان کانت أکبر  فی التربة الأکثر کثافة و أن إنتاجیة المحصول انخفضت حوالی 20%  و22%  فی الموسم الأول والثانی على التوالی مع زیادة الکثافة.   یمکن تفسیر ذلک أن النبات فی التربة الأکثر کثافة قد استفاد من النیتروجین فی تکوین فروع وتفریخات خضریة أکثر أثرت على إنتاجیة المحصول من الحبوب. هذه الزیادة فی الجزء الخضری تعتبر میزة مطلوبة عندما یکون الغرض من استخدام بقایا المحصول (بعد الحصاد) کعلف.

( أ )

( ب )

شکل (6)  تأثیر التفاعل بین مستویات النیتروجین وتضاغط التربة على محتوى النیتروجین فی السیقان خلال موسمی 2004/2005 (أ)  و 2005/2006 (ب).

التوصیــــــــات:

من نتائج هذه الدراسة یمکن القول ببعض التوصیات لعل من أهمها : الحاجة إلى اختیار نظم الحرث المناسب لتهیئة وإعداد التربة للزراعة و اختیار أنسب الجرارات الزراعیة  وملحقاتها للحصول على القدر الأمثل من تفکیک  التربة الزراعیة وتفادی زیادة کثافة التربة الظاهریة نتیجة التضاغط المترتب على دخول هذه المعدات إلى الحقل. فی محیط مشابه لظروف هذه الدراسة بمنطقة الأحساء   فإنه یقترح معدل تسمید نیتروجینی 125 کغم نیتروجین /هکتار (تقریباً 270 یوریا/ هکتار)  و تهیئة وإعداد للتربة تعطی مستوى من التضاغط لا یزید عن 1.4جم/سم³ للحصول على أفضل إنتاج لحبوب الشعیر.

شکر وتقدیــــــر:

یتوجه الباحث بالشکر والتقدیر للشرکة السعودیة للصناعات الأساسیة (سابک)على دعم هذا البحث مالیا، والشکر موصول لعمادة البحث العلمی بجامعة الملک فیصل على اهتمامهم المتواصل لإنجاز هذه الدراسة.

المراجــــــــــــع:

الهاشم ، حسن السید  وعبد الرحمن محمد المدینی (2007). تأثیر وزن الجرار الزراعی و مستوى رطوبة التربة عند الحراثة على بعض صفات التربة الفیزیائیة و إنتاجیة محصول الشعیر  بواحة الأحساء بالمملکة العربیة السعودیة. مجلة الإسکندریة ،  29(3) :184-194.

وزارة الزراعة و المیاه (2005). المفکرة الزراعیة،  إدارة الإرشاد و الخدمات الزراعیة، الریاض، المملکة العربیة السعودیة.

Abd El-Hameed, A.M. (2004).  The  influence of N & P fertilization on yield and miniral composition of wheat plants under foliar application with zinc and ascorbic acid. Zagazig J. Agric. Res., 31(6): 2795 - 2811.

Alakukku, L., Weisskopf, A. P., Chamen, W. C. T., Tijink, F. G. J. van der Linden, J. P., Pires, S., Sommer, C and Spoor, G. (2003). Prevention strategies for field trafic-subsoil compaction: A review, Part 1: Machine/soil interaction. Soil and Tillage Research , 73 (1-2): 145-160.

Awad, R. (1996). Effect of mechanical systems on seed-bed on some physical properties: M. Sc. Thesis, Fac. Agri. Mansoura University, 1-76.  

Barbosa, L. R.; O. Diaz and R.G. Barber (1989). Effect of deep tillage on soil properties, growth and yield of soya in a compacted ustochrept in Santa Cruz, Bolivia. Soil & Tillage Research, 15:(1-2) pp 51-63.

Basamba, T. A., Barrios, E.,  Ame'zquita, E.,  Rao, I. M. and Singh B. R. (2006). Tillage effect on maize yield in  a Colombian savarna oxisol: Soil organic matter and fractions. Soil & Tillage Research, 91: 131-142.

Boone, F. R. and Veen, B. W. (1994). Mechanisms of crop responses of soil compaction. In: Soil Compaction in Crop Production. (Eds. Soane, B.D. and C, van Quwerkerk),  Elsevier, Netherlands, pp. 237-260.

Brussaard, I. and van Faassen, H.G. (1994). Effects of Compaction on Soil Biota and Soil Biological Processes. In: Soil Compaction in Crop Production. (Eds. Soane, B.D. and C, van Quwerkerk),  Elsevier, Netherlands, pp. 215-236.

El-banna, E. B.  (1990). Effects of traffic ability on soil compaction. Misr  J. Agri. Eng. 7(2): 160-171)

El-Leithi, A.A.; K.M. Sayed and M.S. Elyamani (1996). Influence of different levels of N, K and Zn fertilization on wheat yield and chemical composition in salt affected soil.. Journal of  Agriculture. Science, Mansoura Univ., 21 (10):3735-3741.

Feiza, V., Feizeine, D. and Riley, H. C. F. (2003). Soil available N and P offtake responses to different tillage and fertilization systems in the hilly morainic landscape of western Lithuania. Soil & Tillage Research, 74: 3-14.

Filipovic, D.; Husnjak, S.; Kosutic, S. and Gospodaric (2006). Effects of tillage systems on compaction and crop yield of Albic Luvisol in Croata. Journal of Terramechanics, 43: 177-189.

Gomez, K. A. and Gomez A. A. (1984). Statistical Procedures for Agricultural Research. 2^nd Ed. John Wally & Sons.

Grable, A. R. (1971). Effects of compaction on content and transmission of air in soils. In: Compaction of Agricultural Soils (Eds. K. K. Barnes, W. M. Claeton, H. M. Taylor, R. I. Throckmorton & G. E. Vanden Berg), American Society of Agricultural Engineering, St. Joseph, MI, USA, pp. 154-164.

Gupta, S. C. and Raper, R. L. (1994). Prediction of soil compaction under vehicles. In: Soil Compaction in Crop Production. (Eds. Soane, B.D. and C, van Quwerkerk),  Elsevier, Netherlands, pp. 71-90.

Haikel, M.A. (2001). Effect of preceding crops,  seed-bed preparation and weed control methods on wheat productivity in newly reclaimed calcareous soils under gun irrigation system. Journal of  Agriculture. Science, Mansoura Univ., 26 (9):5177-5192.

Horton, R.; Ankeny, M.D. and Allmaras, R.R. (1994). Effects of Compaction on Soil Hydraulic Properties.  In: Soil Compaction in Crop Production. (Eds. Soane, B.D. and C, van Quwerkerk),  Elsevier, Netherlands, pp. 141-165.

Ibrahim, A.; E. Cakir; M. Topakci; M. Canakci and O. Inan (2004). The effect of subsoiling on soil resistance and cotton yield. Soil & Tillage Research ,77:(2) pp 203-210..

Johan, A. (1999).  Nutrients uptake and growth of barley as affected by soil compaction. Plant and Soil, 208:9-19. 

Kemper, W. D., Stewart, B. A. and Porter, L. K. (1971). The effect of compaction on soil nutrient status. In: Compaction of Agricultural Soils (Eds. K. K. Barnes, W. M. Claeton, H. M. Taylor, R. I. Throckmorton & G. E. Vanden Berg), American Society of Agricultural Engineering, St. Joseph, MI, USA, pp. 178-189.

Kooistra, M. J. and Tovy, N. K.  (1994). Effect of compaction in soil microstructure.  In: Soil Compaction in Crop Production. (Eds. Soane, B.D. and C, van Quwerkerk), Elsevier, Netherlands, pp. 91-111.

Marshall T.J. and Holmes J.W.  (1988). Soils Physics. Cambridge University Press.

Page, A. L.; Miller, R. H.  and Keeney,  DR. (1982). Methods of soil Analysis: Part 2. Soil Scie. Soci. of Amer., Madison, W1, USA.

Rosenberg, N.J. (1964). Response of plant to the physical effects of soil compaction . Advances in Agronomy , 16: 181-196.

Ross, C. W. (1986). The effect of subsoiling and irrigation on potato production. Soil & Tillage Research, 7:(4) pp 315-325.

SAS Institute (2001). SAS for Windows, SAS user's guide: Statistics. Version 8.0 e. SAS Inst., Inc., Cary, North Carolina.

Soane, B.D. and van Ouwerkerk, C. (1994). Soil Compaction Problems in World Agriculture.   In: Soil Compaction in Crop Production. (Eds. Soane, B.D. and C, van Quwerkerk),  Elsevier, Netherlands, pp. 1-21.

Sparrow, S. D., Lewis, C. E. and Knight, C. W. (2006). Soil quality response to tillage and crop residue removal under subarctic conditions. Soil and Tillage Research,, 91: 15-21.

Stepniewski, W.; Glinski, J. and Ball, B. C. (1994). Effect of compaction in soil aeration properties.  In: Soil Compaction in Crop Production. (Eds. Soane, B.D. and C, van Quwerkerk),  Elsevier, Netherlands, pp. 167-190.

Voorhees, W.B. (1986). The effect of soil compaction on crop yield. Society of Automotive Engineers. Technical paper series; 860729.

Waller, R.A. and D. P. Duncan (1969). A bays rule for symmetric multiple comparison problem. Amer. Stat. Assoc. J. December: 1485- 1503.

EFFECT OF SOIL COMPACTION ON THE GROWTH AND PRODUCTIVITY OF BARLEY AND AVAILABILITY OF NITROGEN IN SOIL AND PLANT

Hasan  Ahmed S.  Al-Hashem

Department of Agricultural systems  Eng., Collage of Agriculture  and Food Science,King Faisal University, Al-Hasa, Saudi Arabia

E-mails:  (HHASHEM@ KFU.EDU.SA).

ABSTRACT:

An experiment was conducted for two consecutive seasons (2004/2005 and 2005/2006) at one of the fields of Agricultural and Food Science Collage of King Faisal University to investigate the effect of Effect of soil compaction on the growth and productivity of barley and availabilityof nitrogen in soil and plant. A soil of sandy loam texture was chosen to prepare soils of different bulk density of 1.4 and 1.7 kg/cm³ to present two levels of compactions. For this purpose a plastic pipes of 60cm length and 15cm diameter were used to prepare the soil blokes.  Three levels of solid Nitrogen of 0, 125, 250 kg/ha were chosen. Measurements included plant length, number of spikes, weights of roots, stems and grains. Concentration of nitrogen in soil and plant also was determined. Results showed that soil compaction (regardless of  nitrogen rate) had no significant effect  on weights of roots, stems. However there was a significant effect on plant length, number of spikes and grain weight in both seasons.  Number of spikes decreased 7 and 14% when soil bulk density increased from 1.4 to 1.7 kg/cm³ in the first and second seasons, respectively. Grain yield also reduced 20 and 22% in the first and second seasons, respectively as the soil density increased. Significant influence on all vegetative growth and grains was observed when increasing nitrogen rates (regardless of soil density). It was found that the average stem weight of the two seasons increased 20 and 50% at 125 and 250 kg/ha nitrogen rates, respectively, also the average grain weight increased 29 and 38% at the same rates. Regardless of nitrogen rate used, concentration of nitrogen in soil, roots and stems was bigger in the soil of higher density with an increase of 21%, 7% and 16%, respectively as an average for the two seasons compared with the soil of lower density. Results showed also that in both seasons concentration of nitrogen in soil, roots and stems increased as nitrogen rate increased. It was found that concentration of nitrogen in soil increased 40%  and  59% at 125 and 250 kg/ha  nitrogen rates, respectively. Tillage system and suitable tractor weight at land preparation has to be highly considered achieve optimum compaction and within a condition similar to this study, it is possibly to suggest  a nitrogen rate of 125 kg/ha  ( 270 Urea/ ha) at soil bulk density not exceed  1.4 kg/cm³  to get the best  barley  yield production.

Key words: Soil compaction, growth & productivity of barley, availability of Nitrogen