تأثیر ورمی‌کمپوست و بیوچار بر رشد، خصوصیات بیوشیمیایی و غلظت عناصر برگی نهال ارس(Juniperus excelsa M. Bieb.) تحت رژیم‌های مختلف آبیاری

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه تهران

2 گروه جنگلداری و اقتصاد جنگل دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران

3 دانشگاه تامپسون ریورز

چکیده

مقدمه و هدف: ارس (Juniperus excelsa M. Bieb)، درختی دیرزی و مقاوم به شرایط سخت محیطی است که در ارتفاعات می‌روید. این گونه به‌دلیل ارزش‌های زیست‌محیطی، دارویی و صنعتی، نقش مهمی در اکوسیستم‌های کوهستانی دارد. با این حال، کاهش بارندگی و تغییرات اقلیمی، بقای آن را تهدید کرده‌اند؛ ازاین‌رو، بهبود روش‌های مدیریتی و تغذیه‌ای برای افزایش مقاومت نهال‌های ارس در برابر خشکی ضروری است. به‌کارگیری اصلاح‌کننده‌هایی مانند بیوچار و ورمی‌کمپوست، روشی مؤثر برای کاهش اثرات تنش خشکی در گیاهان به‌شمار می‌رود. بیوچار و ورمی‌کمپوست با بهبود ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی و زیستی خاک، به کاهش اثرات تنش خشکی و تقویت رشد گیاه کمک می‌کنند. اگرچه اثرات جداگانه این مواد بر گیاهان مختلف بررسی شده، اما تأثیر هم‌زمان آن‌ها بر گونه‌های مقاومی مانند ارس در مناطق خشک کمتر مطالعه شده است. این پژوهش با هدف بررسی اثرات جداگانه و ترکیبی بیوچار و ورمی‌کمپوست بر رشد، ویژگی‌های بیوشیمیایی و غلظت عناصر برگی نهال‌های ارس تحت سطوح مختلف آبیاری انجام شد.
مواد و روش‌ها:
تحقیق حاضر روی نهال‌های دوساله ارس به‌صورت آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی، در شرایط گلخانه‌ای دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران (کرج) انجام شد. نهال‌ها تحت سه سطح آبیاری شامل ۱۰۰ درصد (آبیاری کامل)، ۷۵ درصد (تنش ملایم خشکی) و ۵۰ درصد ظرفیت زراعی خاک (تنش شدید خشکی) قرار گرفتند. همچنین، سه نوع تیمار اصلاح‌کننده خاک شامل بیوچار (۵ درصد حجم گلدان)، ورمی‌کمپوست (۱۵ درصد حجم گلدان)، و ترکیب بیوچار (۲.۵ درصد) با ورمی‌کمپوست (۷.۵ درصد) اعمال شد. صفات مورد بررسی شامل وزن گیاه، محتوای کلروفیل، پرولین، فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی و غلظت عناصر پرمصرف در برگ بود.
یافته‌ها:
نتایج این پژوهش نشان داد که در نبود بیوچار و ورمی‌کمپوست، تنش خشکی در سطح ۵۰ درصد ظرفیت زراعی خاک موجب کاهش معنی‌دار شاخص‌های رشدی و تغذیه‌ای نهال‌های ارس شد؛ به‌طوری‌که در نبود بیوچار و ورمی‌کمپوست، وزن اندام هوایی ۲۶ درصد، وزن ریشه ۲۰ درصد، کلروفیل کل ۱۸ درصد، عملکرد اسانس ۲۴ درصد، نیتروژن برگ ۲۹ درصد، فسفر برگ ۲۵ درصد و پتاسیم برگ ۲۸ درصد کاهش نسبت به تیمار 100 درصد ظرفیت زراعی یافت. در مقابل، این سطح از تنش خشکی موجب افزایش محتوای پرولین به میزان ۲۴ درصد و فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی کاتالاز و سوپراکسید دیسموتاز به ترتیب ۹۷ و ۱۰۵ درصد شد. همچنین، کاربرد ترکیبی ورمی‌کمپوست و بیوچار نسبت به کاربرد جداگانه هر یک، اثرات بهتری در بهبود شاخص‌های مورد بررسی داشت؛ به‌طوری‌که در تیمار تنش 50 درصد ظرفیت زراعی، ترکیب این دو ماده موجب افزایش وزن اندام هوایی ۱۵ درصد، وزن ریشه ۱۴ درصد، کلروفیل کل ۱۳ درصد، پرولین ۱۲ درصد، درصد اسانس ۱۱ درصد، عملکرد اسانس ۲۵ درصد و غلظت نیتروژن، فسفر و پتاسیم برگ به ترتیب ۲۴، ۲۱ و ۲۲ درصد نسبت به شرایط عدم استفاده آنها شد.
نتیجه‌گیری:
کاربرد همزمان ورمی‌کمپوست و بیوچار در شرایط تنش ملایم خشکی (۷۵٪ ظرفیت زراعی) با بهبود رشد، جذب عناصر غذایی و عملکرد اسانس، بهره‌وری آب را افزایش داده و روشی مؤثر و اقتصادی برای مدیریت تنش خشکی در نهال‌های ارس ارائه می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Studying the effect of vermicompost and biochar on growth, biochemical properties, and leaf element concentrations of juniper seedlings (Juniperus excelsa M. Bieb.) under different irrigation regimes

نویسندگان [English]

  • Keyvan Fazl Karimi 1
  • vahid etemad 2
  • Anoushirvan Shirvani 1
  • Fatemeh Ghaziani 1
  • Thomas Great Piper 3
1 University of Tehran
2 Associate of Tehran uni
3 Thompson Rivers University
چکیده [English]

Introduction and Objective:
Greek juniper (Juniperus excelsa M. Bieb) is a long-lived tree species tolerant to harsh environmental conditions, typically growing at high elevations. Due to its ecological, medicinal, and industrial values, it plays a vital role in mountainous ecosystems. However, decreased rainfall and climate change threaten its survival. Therefore, improving management and nutritional strategies to enhance the drought tolerance of Greek juniper seedlings is essential. The application of soil amendments such as biochar and vermicompost is recognized as an effective approach to mitigate the adverse effects of drought stress in plants. Biochar and vermicompost improve the physical, chemical, and biological properties of the soil, thereby reducing drought stress impacts and promoting plant growth. Although the individual effects of these amendments have been studied in various plants, their combined influence on drought-tolerant species like Greek juniper in arid regions has been less explored. This study aimed to evaluate the separate and combined effects of biochar and vermicompost on growth, biochemical traits, and leaf nutrient concentrations of Greek juniper seedlings under different irrigation levels.
Materials and Methods:
This factorial experiment was conducted on two-year-old J. excelsa seedlings under a completely randomized design in the greenhouse of the Faculty of Natural Resources, University of Tehran (Karaj). Seedlings were subjected to three irrigation levels: 100% field capacity (well-watered), 75% field capacity (mild drought stress), and 50% field capacity (severe drought stress). Additionally, three soil amendment treatments were applied: biochar (5% of pot volume), vermicompost (15% of pot volume), and a combination of biochar (2.5%) with vermicompost (7.5%). Evaluated traits included plant biomass, total chlorophyll content, proline content, antioxidant enzyme activities, and concentrations of macronutrients in leaves.
Results:
The results indicated that in the absence of biochar and vermicompost, drought stress at 50% field capacity significantly reduced growth and nutritional indices of Greek juniper seedlings. Specifically, under this severe stress without amendments, shoot dry weight decreased by 26%, root dry weight by 20%, total chlorophyll by 18%, essential oil yield by 24%, leaf nitrogen by 29%, phosphorus by 25%, and potassium by 28% compared to the 100% field capacity treatment. Conversely, this drought level increased leaf proline content by 24% and antioxidant enzyme activities of catalase and superoxide dismutase by 97% and 105%, respectively. Furthermore, combined application of vermicompost and biochar outperformed individual treatments in improving the measured parameters. Under 50% field capacity stress, this combination increased shoot dry weight by 15%, root dry weight by 14%, total chlorophyll by 13%, proline by 12%, essential oil percentage by 11%, essential oil yield by 25%, and leaf nitrogen, phosphorus, and potassium concentrations by 24%, 21%, and 22%, respectively, compared to untreated controls.
Conclusion:
The simultaneous application of vermicompost and biochar under mild drought stress (75% field capacity) improved growth, nutrient uptake, and essential oil production, thereby enhancing water use efficiency. This combined treatment offers an effective and economical strategy for managing drought stress in Greek juniper seedlings.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Soil amendment
  • Drought stress
  • Enzymatic activity
  • Essential oil yield