تأثیر ذغال زیستی بر بهبود برخی صفات مورفوفیزیولوژیک و بیوشیمیایی لوبیا چشم‌بلبلی (Vigna unguiculata L.) کشت‌شده در خاک آلوده به کروم

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

2 گروه زراعت - دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

چکیده

سابقه و هدف: کروم در غلظت‌های بالا به‌عنوان یک آلاینده اصلی و عنصر سنگین سبب بسیاری از مشکلات زیست‌محیطی شده و زنجیره‌غذایی را آلوده می‌سازد. در گیاهان، اثرات سمی کروم نیز مشهود هستند و سبب تأخیر در جوانه‌زنی، آسیب و کاهش رشد ریشه، زیست‌توده و ارتفاع گیاه، اختلالات فتوسنتزی، کاهش عملکرد دانه و در نهایت مرگ گیاه می‌شود. در سال‌های اخیر استفاده از اصلاح‌کننده‌های آلی مانند بایوچار در خاک‌های آلوده به فلزات سنگین با عملکرد قابل‌توجه در تثبیت فلزات سنگین در خاک و آب مورد توجه قرار گرفته‌ است. از این‌رو، پژوهش حاضر به‌منظور بررسی استفاده از سطوح مختلف بایوچار تولید شده از کاه برنج جهت کاهش اثرات منفی این فلز در گیاه لوبیا چشم‌بلبلی (V. unguiculata L.) اجرا شد.

مواد و روش‌ها: پژوهش به‌صورت آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی در گلخانه تحقیقاتی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری در سال 1402 انجام شد. تیمارها شامل بایوچار (صفر، یک، دو و چهار درصد وزنی) و کروم (صفر، 5/2، 5، 10 و 25 میلی‌گرم بر کیلوگرم) و با سه تکرار بودند. در این آزمایش قطر ساقه، ارتفاع بوته، وزن خشک ریشه و اندام‌هوایی، کلروفیلa و b و کاروتنوئید، نشت الکترولیت، پراکسید هیدروژن و فعالیت دو آنزیم کاتالاز و سوپراکسید دیسموتاز اندازه‌گیری شدند.

یافته‌ها: بر اساس یافته‌ها برهم‌کنش کاربرد سطوح بایوچار در غلظت‌های مختلف کروم به‌غیر از صفت قطر ساقه، در سایر صفات معنی‌دار بود. افزایش غلظت کروم اثر منفی بر صفات مورد بررسی نشان داد ولی استفاده از بایوچار اثرات منفی آن را کاهش داده و همواره بهترین عملکرد صفات مورفولوژیک و فیزیولوژیک در تمامی سطوح کروم در سطح چهار درصد وزنی بایوچار مشاهده شد. به‏طوری که استفاده از سطح بایوچار چهار درصد وزنی، صفات فیزیولوژیک شامل غلظت کلروفیل‌های a و b و کاروتنوئید و استحکام غشاء را به‏ترتیب به‌میزان 88/92، 27/95، 36/95 و 94/36 درصد افزایش داد. در مقایسه، فعالیت آنتی‌اکسیدان‌های آنزیمی کاتالاز و سوپراکسید دیسموتاز و تولید پراکسید هیدروژن را به‌میزان 88/4، 68/53 و 25/34 درصد کاهش داد. بین فعالیت آنزیم‌های کاتالاز و سوپراکسید دیسموتاز و تولید پراکسید هیدروژن با وزن خشک اندام‌هوایی همبستگی منفی و معنی‌داری (به‌ترتیب **89/0-، **85/0- و **81/0-) مشاهده شد.

نتیجه‌گیری: به‌طور کلی، افزایش غلظت کروم در خاک به‌صورت منفی تمامی صفات مورفوفیزیولوژیک و بیوشیمیایی مورد مطالعه را تحت تأثیر قرار داد و بالعکس استفاده از سطوح مختلف بایوچار اثرات منفی کروم را تعدیل کرد. غلظت 25 میلی‌گرم بر کیلوگرم کروم بیشترین اثر منفی را ایجاد کرد و در تمامی سطوح کروم، همواره سطح چهار درصد وزنی بایوچار بهترین نتایج را با توجه به پارامتر مورد ارزیابی به‌همراه داشت. بر اساس یافته‌های تحقیق حاضر، بایوچار می‌تواند رشد گیاه لوبیا چشم‌بلبلی را در شرایط تنش کروم به‌طور قابل‌توجهی بهبود بخشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The effect of biochar on the improvement of some morphophysiological and biochemical characteristics of cowpea (Vigna unguiculata L.) grown in chromium-contaminated soil

نویسندگان [English]

  • Hemmatollah Pirdashti 1
  • Sharifesadat Nabavi 1
  • Fardin Sadeghzadeh 1
  • Yasser Yaghoubian 2
1 Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University
2 Department of Agronomy - Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran.
چکیده [English]

Background and Objectives: Chromium (Cr) at higher concentrations acts as a major pollutant and heavy metal (HM), causing many environmental problems and contaminating the food chain. In plants, the toxic effects of Cr are also evident, exhibiting symptoms such as delayed germination, damaged roots and reduced root growth, decreased biomass, reduced plant height, photosynthesis, reduced grain yield and ultimately cause plant death. In recent years, the use of organic amendments such as biochar in HM-contaminated soils with a significant performance in the stabilization of HMs in soil and water has been considered. Therefore, the present research was conducted to investigate the use of different levels of rice straw-derived biochar in mitigating the negative effects of Cr in cowpea (V. unguiculata L.).

Materials and Methods: A factorial experiment based on a completely randomized design was used in 2023 at research greenhouse of Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University. The treatments consisted of biochar (0, 1, 2 and 4 weight percent) and Cr (0, 2.5, 5, 10 and 25 mg kg-1) with three replications. In this experiment stem diameter (SD), plant height (PH), root and shoot dry weight (RDW and SDW), chlorophyll a, b (Chl a and b) and carotenoids (CAR), electrolyte leakage (EL), hydrogen peroxide (H2O2), the activity of catalase (CAT) and superoxide dismutase (SOD) were measured.

Results: Based on the findings, the interaction of the application of biochar levels in different concentrations of Cr showed a significant difference in all traits except for the SD trait. Increasing the Cr concentration adversely affected the studied traits, but the application of biochar could mitigate these negative effects and the best performance in all Cr levels was always observed at the 4-weight percent level of biochar. So that, the use of four weight percent biochar increased physiological traits including Chl a and b, CAR and EL by 92.88, 95.27, 95.36 and 63.94%, respectively. It also reduced the activity of CAT and SOD enzymes and H2O2 production by 4.88, 53.68 and 34.25 percent, respectively. In addition, between the activity of the two enzymes of CAT and SOD and the production of H2O2 with the SDW, a negative and significant correlation of (-0.89**, -0.85** and -0.81**) was observed, respectively.

Conclusion: Overall, increasing the concentration of Cr in the soil negatively affected all the studied morpho-physiological and biochemical traits and conversely, the use of different levels of biochar moderated the negative effects of chromium. The use of different levels of biochar improved these traits. The concentration of 25 mg/kg of Cr had the most negative effects, and at all levels of Cr, the level of 4 (weight percent) of biochar always had the best results in terms of evaluated parameter. According to the results of the current research, biochar can significantly improve the growth of the cowpea under Cr stress conditions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Heavy metals
  • oxidative stress
  • enzyme activity
  • soil amendment
  • stem diameter