پایان نامه اكولوژی گیاهان زراعی

پایان نامه اكولوژی گیاهان زراعی

مقدمه

به نام خداوند لوح و قلم حقیقت نگار وجود عدم

خدایی  كه داننده رازهاست نخستین سرآغاز آغازهاست

ثبات تولید در كشاورزی یكی از جنبه‌های مهم كشاورزی پایدار Agriculture Sustainable  می‌باشد. گرچه مفاهیم پایداری تولید در كشاورزی دیدگاه‌های همه‌جانبه‌ای را دربر دارد و جنبه‌های مختلفی را شامل می‌شود. اقلیم و خاك از مهمترین عوامل تولید می‌باشند و بهره‌برداری از زمین عمدتاً بر اساس كیفیت این دو عامل استوار است.

پراكنش و توزیع گیاهان طبیعی در عرض‌های جغرافیایی مختلف و همچنین در ارتفاعات متفاوت متفاوت در رابطه با عوامل محیطی و بخصوص بارندگی و درجه حرارت و در مرحله بعد شرائط فیزیكی و شمیایی خاك می‌باشد. این موضوع در ارتباط با گیاهان زراعی نیز صادق است و بدین‌ترتیب شناخت عوامل مختلف محیطی و انتخاب گیاهان مناسب برای شرایط متفاوت از مهمترین عوامل موثر در تولید است. حفظ ثبات با آگاهی از نیازهای محیطی و تامین شرایط مناسب برای هرمحصول امكان‌پذیری است و به همین دلیل در شرایط دیم به علت نوسانات شرایط اقلیمی و عدم امكان تامین همه نیازهای گیاه تولید از ثبات كمتری برخوردار است.

امروز روابط عوامل محیطی و تولید با كمك مدل‌های ریاضی برای اكوسیستم‌های مختلف زراعی بیان می‌شود و این روابط به صورت كمی درآورده شده است.

بدین ترتیب امكان پیش‌بینی تولید با توجه به شرایط مختلف اقلیمی در هر منطقه بیشتر شده است. این اكوسیستم‌ها چون ساخته‌ی دست بشر هستند و بر اساس نیازهای انسان بوجود آمده‌اند، قاقد تنوع لازم بوده و از نظر اكولوژیكی حساسیت بیشتری به نوسانات محیطی دارند و به همین دلیل برای حفظ ثبات تولید، شناخت عوامل محیطی در رابطه با نیازهای این اكوسیستم‌ها از اهمیت خاصی برخوردار است. در همین رابطه آگاهی از اثرات تنش‌های محیطی بر رشد و تولید این اكوسیستم‌ها نیز جهت حفظ ثبات محصول ضروری می‌باشد. بدین ترتیب به منظور بهره‌گیری هرچه بیشتر از منابع محیطی و كاهش خسارت وارده به محیط از طریق به كارگیری اصول صحیح اكولوژیكی در اكوسیستم‌های زراعی و نیز كاربرد روش‌های منطقی تولید بحث اكولوژی گیاهان زراعی مطرح می‌شود. (منبع شماره1)

فصل اول

گیاهان زراعی

تعداد گیاهان و حیواناتی كه مورد استفاده انسان قرار می‌گیرد، در مقایسه با آن چه كه در دسترس اوست، ناچیز است. برای مثال تنها در حدود 3000 گونه از 350000 گونه گیاهان گلدار، دارای ارزش اقتصادی هستند. علاوه بر آن انتقال از مرحله‌ی شكارچی‌گری به مرحله‌ی دامداری یا كشاورزی ساكن و از كشاورزی معیشتی به تجاری، مقدار گونه‌ها كاهش قابل ملاحظه‌ای یافته است. غذای انسان‌های اولیه خیلی متنوع‌تر از امروزه بوده است. هارلن (1976) معتقد است كه در دوران گذشته هزاران گیاه و صدها حیوان برای استفاده غذایی مورد استفاده قرار می‌گرفته است. در آزمایشی با آنالیز محتویات معده انسان عصر فلز (انسان تولوند) (هل بك، 1950) ملاحظه شد كه آخرین غذای او شامل هفده گیاه مختلف بود كه فقط دو عدد از آنها، یولاف و جو كشت می‌شدند و بقیه علف‌های هرز گیاهانی بودند كه كشت شده بودند.

امروزه دوازده گیاه زراعی و سه تیپ دام اهلی عمده‌ی كشورهای جهان را تامین می‌كنند. توسعه‌ی كشاورزی واقعه‌ای جدید در تاریخ تكاملی انسان محسوب می‌شود. این واقعه بستگی به انتخاب و تكثیر و به عبارت دیگر، اهلی‌كردن گونه‌های گیاهای و حیوانات با مشخصات دلخواه و مطلوب برای انسان دارد. این موضوع نه فقط تركیب نسبی جمعیت گیاهان و حیوانات را تغییر داد، بلكه حدود ده درصد از زمین‌هایی كه پوشش گیاهی طبیعی داشته‌اند، به وسیله گیاهان زراعی جایگزین شده‌اند و بخش عمده‌ای از زمین‌های باقیمانده نیز به سبب چرای دام‌ها تغییرات زیادی حاصل كرده‌اند. اكوسیستم كشاورزی ساختمان و تركیب ساده‌تری نسبت به اكوسیستم طبیعی داراست. در این اكوسیستم كم و بیش سه تیپ موجودات غلبه دارند:

1. گیاهان زراعی یا گیاهانی كه قابل زراعت هستند.
2. دام‌های اهلی
3. علف‌های هرز، آفات و بیماری‌ها

حیوانات و گیاهان اهلی شامل آنهایی هستند كه تكثیر و اصلاح آنها كم و بیش توسط انسان كنترل می‌شود. انتخاب و به‌نژادی كه اساساً روی اعاب وحشی صورت گرفته است، از یك طرف باعث حذف ویژگی‌های نامطلوب برای انسان شده است كه این ویژگی‌ها برای بقای آنها مفید بوده است و از طرفی دیگر ویژگی‌هایی كه دارای ارزش زراعی بوده‌اند، توسعه داده شده است. (جدول 1-1) در مورد گیاهانی كه اهلی شده‌اند، رابطه‌ی همزیستی آنها با انسان طوری است كه فقط تعداد معدودی از آنها بدون محافظت انسان می‌تواند به صورت وحشی بقاء داشته باشند.

جدول 1-1: بیست گیاه زراعی مهم بر حسب سطح زیر كشت

گیاهان مهم زراعی

ارزش گیاهان زراعی بسته به توانایی آنها در تولید هرچه بیشتر تولیدات مفید، نسبت به اجداد وحشی آنهاست. یكی از تفاوت‌های مشخصی كه بین گیاهان زراعی و اجداد وحشی آنها وجود دارد، رشد زیادتر آنهاست (شوانیتز، 1960) كه این تغییر در اندام‌هایی كه به عنوان محصول برداشت می‌شوند و نسبت آنها در كل گیاه مشخص است.

برای مثال در غلات بخش بیشتری از مواد ساخته شده در طول دوره فتوسنتز، به دانه می‌رود و مقدار كمتری از آن به برگ‌ها اختصاص داده می‌شود. برعكس در سیب‌زمینی منبع اصلی ذخیره مواد غده است. ویژگی مهم دیگری كه در تفاوت گیاهان زراعی و اجداد وحشی آنها وجود دارد، كاهش انتشار طبیعی بذر به وسیله انتخاب ساقه‌های محكم و غیرشكننده در غلات و بسته‌بودن نیام و میوه در نخود، لوبیا، فلفل و غیره است. همزمان با كاهش انتشار بذر بعضی از صفت‌های مطلوب مثلاً اندازه بذر افزایش یافته است. به طور مثال بذر لوبیا (Phaseolus Vulgaris) 5 تا 8 برابر بزرگتر از اجداد وحشی آن است.

اندام‌هایی كه برای برداشت انتخاب می‌شود، تركیب و فرم آنها نسبت به گذشته تغییر كرده است. مواد سمی یا تلخ در یام و لوپن كاهش و یا حذف شده است و نسبت موادی كه برای انسان باارزش و مفید هستند، مانند پروتئین، روغن، شیرینی، دارویی یا معطر به طور قابل‌ملاحظه‌ای افزایش یافته است.

گیاهان زراعی اغلب بر حسب استفاده ویژه‌ای كه دارند، طبقه‌بندی می‌شوند كه البته این موضوع از تغییرات زیادی برخوردار است. طبقه بندی جامع‌تر و عمومی‌تر براساس اندام‌هایی كه برداشت می‌شوند، صورت گرفته است كه در جدول 2-1 نشان داده شده است:

غلات (دانه)                                    بذر

حبوبات                                          بذر

گیاهان ریشه‌ای و غده‌ای                 ریشه و ساقه متورم

سبزیجات (محصول سبز)                برگ‌ها و ساقه‌ها

میوه‌ها                                          بذرهای دارای پوشش یا كپسول

دانه‌ی غلات و حبوبات یكی از منابع اولیه تامین كربوهیدرات‌ها، چربی، پروتئین، ویتامین‌ها، مواد معدنی ضروری برای تغذیه انسان‌ها و دامهاست. (جدول 2-1)

جدول 2-1: تركیبات 100 گرم از مهمترین غلات در مقایسه با گیاهان غده‌ای حبوبات و سبزیجات

دانه غلات به سبب داشتن آب نسبتاً كم و دوره‌ی خواب طولانی، علاوه بر اینكه به آسانی حمل و انبار می‌شوند، منبع غذایی فشرده نیز می‌باشند.

ریشه و غده‌ها اندام‌های حجیمی هستند كه به سبب داشتن (بیشتر از 75 درصد) سایر اندام‌ها متمایز گشته است و این موضوع عامل محدودكننده‌ برای انبارشدن بوده است، ولی عامل افزایش عملكرد در واحد سطح است. گیاهان غده‌ای (به جز سیب‌زمینی) بیشتر دو ساله هستند و در اواخر فصل اول رشد كه اندام‌های ذخیره شونده به حداكثر اندازه خود رسیدند، برداشت می‌شوند.

سبزیجات شامل آندسته از گیاهانی می‌شوند كه ارزش آنها در برگها و ساقه‌های تازه و جوان است. مقدار زیاد سلولز و فیبر در آنها سبب محدودیت در مصرف غذایی آنهاست. این گیاهان منبع اصلی ویتامین‌ها، مواد معدنی، مواد دارویی مانند نیكوتین، تانن و كافئین هستند. به سبب حجم زیاد و درصد آب بالا ذخیره‌سازی آنها بستگی به خشك‌كردن، سیلوكردن یا یخ‌زدن سریع دارد.

میوه از نظر زراعی به مواد گوشتی و آبدار كه بذر را دربر می‌گیرد (میوه‌های انگوری، سیب و گلابی) یا میوه‌های بذری (نارگیل، گیلاس و گوجه) اطلاق می‌گردد. برخی مانند موز، ممكن است حاوی مقدار زیادی كربوهیدرات باشند. در اكثر میوه‌ها ارزش اقتصادی آنها به سبب خوشمزه بودن و داشتن مقدار زیادی ویتامین c می‌باشد. همانند سبزیجات به سبب داشتن مقدار زیادی آب نگهداری آنها نیاز به نوعی ذخیره‌سازی دارد.

سهولت در كشت و كار، بستگی به فرم رشد و یا عادت رشد و سیكل زندگی هر گیاه زراعی دارد. در گیاهانی كه از طریق بذر تكثیر می‌شوند، مساله عمده در موفقیت گیاهان زراعی، تولید بذرهایی با قدرت جوانه‌زنی بالا می‌باشد. البته پیشرفت‌هایی كه در زمینه تولید بذرهای هیبرید بخصوص در غلات شده است، باعث شده است كه تكثیر بذر مستلزم كشت گیاهان خاصی باشد. تولید و تكثیر غیرجنسی در اكثر گیاهانی كه دارای ریشه و یا غده هستند، مانند سیب‌زمینی، سیب‌زمینی شیرین، كاساوا و یام كه غذای عمده‌ی مناطق حاره‌ای مرطوب را تشكیل می‌دهند، صورت می‌گیرد، چون شرایط محیطی برای كشت غلات مناسب نیست و كشت این قبیل گیاهان در مناطق حاره‌ای رایج است و همچنین برای بعضی از گیاهانی كه میوه تولید می‌كنند، مانند موز، توت‌فرنگی، آناناس و نیشكر تكثیر غیرجنسی لازم است.

اكثر گیاهان زراعی و بویژه آنهایی كه دانه تولید می‌كنند، یك ساله و بقیه دوساله هستند. مانند گیاهان ریشه‌ای كه اغلب به عنوان یك‌ساله كشت شده است و فقط برای تولید بذر، به آنها اجازه داده می‌شود به گل بروند.

بسیاری از گیاهان چندساله برای دوره‌های كوتاه كشت می‌شوند و یا مانند پنبه حتی به عنوان یك ساله كشت می‌شوند. تیپ رشد محدود، استحكام و مستقیم‌بودن ساقه و غیرشكننده بودن آنها و عدم پراكندگی بذر سبب تسهیل در برداشت می‌شود.

بنابراین تعجب‌آور نیست كه در غلات كه عمده‌ترین گیاهان اهلی را تشكیل می‌دهند، دارای بیشترین ویژگی‌های لازم برای یك گیاه زراعی بوده است و بیشترین توجه از نظر برداشت مكانیزه را به خود معطوف كرده‌اند. بزرگترین مشكل در مورد گیاهان ریشه‌ای، میوه‌ها و سبزیجات است كه در آنها برداشت مكانیزه به سادگی باعث خسارت به آنها شده، رشد نامحدود در آنها امكان پراكنش بذر نیز مشكل‌آفرین است.

غلات

طبق نظریه هارلن (1976) مهمترین گیاهان زراعی (جدول 3-1) از نظر ارزش، تولید و سطح زیر كشت گیاهانی هستند كه مصرف غذایی دارند و دارای بازده زیادی از نظر مواد ذخیره‌ای به ازاء هر واحد كار دارند و از نظر نمود بیولوژیكی (نسبتاً با ثبات هستند) بی‌خطر هستند و نیازهای غذایی عمده انسان و دام‌ها را تامین می‌كند.

در میان اینها غلات از لغت سرس یا الهه غذایی گرفته شده است و دارای ارزش بالایی هستند (شكل 1-1). این گیاهان شامل غلات دانه‌ریز (گندم، جو، برنج، چاودار، یولاف) و یا غلات دانه درشت (ذرت، سورگوم، ارزن) می‌شوند و جمعاً 50 درصد انرژی و پروتئین مورد نیاز جهان را تامین می‌كنند (بیش از هفتاد و پنج درصد زمانی كه غذایی كه برای تغذیه دام‌ها استفاده می‌شوند نیز محسوب شود) و دو سوم زمین‌های زیر كشت را شامل می‌شوند. غلات اولین گیاهان اهلی شده بودند كه از دیرباز منبع غذایی انسان بوده‌اند.

غلات از نظر حجمی و ارزش عمده‌ترین مواد غذایی، در تجارت جهانی است و امروزه ذخیره غذایی جهان (غذای ذخیره شده) بر حسب مقدار دانه‌های غذایی كه سالانه پس از تجارت باقی می‌مانند، سنجیده می‌شود.مسلماً اهمیت غلات در ارتباط با ارزش غذایی آنها (شامل
12-10درصد پروتئین)، سهولت كشت، حمل و نقل و انباركردن، دامنه وسیع سازگاری به شرایط محیطی و زودرسی آنها می‌باشد. سه غله عمده و قدیمی: برنج، گندم و ذرت كه هر یك شامل واریته‌ها و نژادهای زیادی هستند، با سابقه‌ای طولانی توسط انسان انتخاب و به‌نژادی شده‌اند.

جدول 3-1: گیاهان زارعی عمده

گندم و چاودار از غلاتی هستند كه برای تهیه نان استفاده می‌شوند و هر دو دارای مقدار بیشتری پروتئین نسبت به سایر غلات هستند. گندم دارای مقدار زیادی پرتئین گلوتن است كه باعث ورآمدن خمیر می‌شود و در نتیجه آرد آن سبك‌تر و متخلخل‌تری كه دارای ارزش انرژی بیشتری از چاودار است، تولید می‌كند و بیشتر از چاودار مورد استفاده است.

البته آرد چاودار به سبب دارابودن پروتئین از نوع لیسین، دارای ارزش غذایی بیشتری است، ولی ارزش انرژی‌زایی آن كمتر از گندم است. نان سیاه چاودار هنوز در اروپای شرقی غذای فقراست، ولی به وسیله مهاجرین به عنوان غذای ویژه برای رژیم غذایی آمریكای شمالی معرفی شده است. چاودار در مقایسه با سایر غلات مقاومت بیشتری به یخبندان دارد و از نظر نوع خاك نیز كم‌توقع‌تر است.

با وجود كاهش سطح زیر كشت غلات، هنوز این گیاه در اروپای شمالی به مقدار زیادی جهت تهیه غذای دام و الكل كشت می‌شود. هیبرید تریتیكاله اخیراً از تلاقی بین گندم و چاودار است. البته این گیاه كمبود گلوتن دارد و فقط تعداد كمی لاین اصلاح شده آن آرد مناسبی برای نان تولید می‌كنند. بنابراین امید می‌رود كه رقم‌هایی اصلاح ‌شوند كه نسبت به چاودار از نظر تولید و از نظر مقاومت از گندم بهتر باشند.

گندم و برنج از مهم‌ترین دانه‌های غذایی هستند. گندم دارای مقدار پروتئین بالایی است، ولی نسبت آن به واریته و شرایط محیطی كه در آن رشد می‌كند، بستگی دارد. با دارابودن دامنه‌ی وسیع سازگاری به آب و هوا و شرایط خاك سطح زیر كشت آنها، از هر گیاه دانه‌دار دیگری بیشتر است.

به سبب دارابودن ریشه عمیق در خاك‌های سنگین كه مواد غذایی بالایی دارند، بخوبی رشد می‌كنند. حدود 80-70 درصد واریته‌های گندم جهان، آنهایی هستند كه دارای عملكرد بالا بوده و زمستانه می‌باشند كه در پاییز كشت می‌شود و بلافاصله رشد می‌كند و در طول تابستان بعد می‌رسند. واریته‌های بهاره احتیاج به دوره‌ی رشد كمتری دارند و به سبب عملكرد بالقوه‌ كمتر، دامنه‌ی وسعت آنها محدود است. در مناطقی كه ‌باران كم و تابستان گرم دارند، افزایش گلوتن، كاهش محصول را در گندم‌های سخت جبران می‌كند. آرد این گندم‌ها برای تولید نان مناسب است. در مقابل گندم‌های نرم كه سازگاری بهتری با آب و هوا و سرد و مرطوب دارند، آردهایی چندمنظوره دارند كه در شیرینی، بیسكویت، مواد مخصوص صبحانه و غذای دام استفاده می‌شود.

در مناطقی كه آب و هوای مرطوب و گرم دارند، كشت گندم به ارتفاعات محدود می‌شود. حساسیت به حمله قارچ‌ها و مشكلات برداشت و انبارنمودن باعث شده است كه این گیاه، در مناطقی كه درجه‌ی حرارت زیاد و رطوبت نسبی هوا نیز بالاست، كشت شود.

اگرچه سطح زیر كشت برنج، به اندازه‌ی گندم نیست، با این وجود نصف غذای جمعیت، دنیا را تشكیل می‌دهد. حدود 95% آن در مناطق گرم و مرطوب و سواحل پست نیمه گرمسیری خاور دور به كشت برنج كه تنها غذای آنهاست، اختصاص دارد. برنج مانند گندم، سابقه تاریخی طولانی كشت دارد.

امروزه دارای 14000 واریته محلی سازگار به شرایط محیطی مختلف و سیستم‌های سنتی تولید است. دو گروه ایندیكا (بومی جنوب آسیا) و ژاپونیكا (بومی ژاپن، شمال چین و كره) از برنج وجود دارد كه ارقام آنها به روزهای بلند با فصل كوتاه این مناطق سازگار شده‌اند.

برنج در میان غلات، از این نظر قادر است در آب جوانه زده و رشد كند، منحصر به فرد است. این گیاه درجه‌ی حرارت‌های زیاد (حداقل
12-10 درجه سانتی‌گراد) برای جوانه‌زدن نیاز دارد. البته واریته‌های زودرس، باعث می‌شود كه بتوان تا مناطق هوكایدو (ژاپن) آنرا كشت كرد و آبیاری باعث شده است در مناطق خشك دنیا توسعه یابد.

جو و یولاف دو غله دیگر مناطق معتدله‌ عمدتاً به عنوان غذای دام مورد استفاده قرار می‌گیرند. جو زودتر از سایر غلات می‌رسد. ضمن اینكه نیاز آب و هوایی آن، نظیر گندم است. ولی می‌توان در عرض‌های جغرافیایی بالاتر و خشك‌تر نسبت به گندم كشت كرد.

پروتئین جو در رابطه با واكنش این گیاه به آب و هوا نظیر گندم است و این فاكتور در رابطه با استفاده از جو به عنوان غذای دام یا در صنایع تخمیری موثر است. بالابودن نسبت نشاسته به پروتئین در جو، در شرایط مرطوب برای تهیه مالت مناسب‌تر از دانه‌های سخت كه دارای پروتئین بالا هستند، می‌باشد. اگرچه نیاز غذایی جو مانند گندم نیست، اما عدم زهكشی و بالابودن اسیدیته را كمتر تحمل و در برابر غلظت نسبتاً زیاد نمك‌های قلیایی مقاوم‌تر است.

یولاف (هر دو قسمت كاه و دانه) به عنوان غذایی دام استفاده می‌شود. اگرچه ارزش غذایی آن از نظر چربی (8درصد) و پروتئین (16درصد) بالاست، ولی پتانسیل تولید آن كم است. پوست دانه، فیبری و نرمتر از سایر غلات است. یولاف از گیاهان شاخص نواحی معتدله سرد و مرطوب است، اما مقاومت آن كم و از نظر خاك قانعتر از گندم و جو است.

ذرت، سورگوم و ارزن سه غله‌ی عمده مناطق گرم می‌باشند. ذرت كه به عنوان یك گیاه غذایی در آمریكای مركزی، منشاء گرفته است، با گندم و جو اولین گیاهان زراعی بودن كه اهلی شدند. این گیاه دارای تنوع ژنتیكی و دامنه وسیع از نظر سازگاری به شرایط محیطی است و از پرمحصول‌ترین غلات است. مهمترین گروه‌های تجارتی آن عبارتند از:

1. ذرت غلافدار                   (Zea mays tunicate)
2. ذرت آردی                     (Z.m. amylacea)
3. ذرت پاپ‌كرن                  (Z.m. everta)
4. ذرت سخت                     (Z.m. indurate)
5. ذرت دندانه‌ای                 (Z.m. indentata)
6. ذرت شیرین                    (Z.m. saccharata)

فهرست مطالب

مقدمه

فصل اول

گیاهان زراعی

گیاهان مهم زراعی

غلات

بقولات

گیاهان ریشه‌ای و غده‌ای

فصل دوم

اقلیم زراعی و عوامل موثر بر رشد و نمو گیاهان زراعی

شدت نور

آب

نقش آب به عنوان كنترل‌كننده سیر انرژی در گیاهان

مشخصات باران

باران‌های كنوكتیو

باران‌های كوهستانی

خصوصیات بارندگی

بازگردش مواد در اكوسیستم‌های طبیعی

فصل سوم

اهمیت بعضی از عوامل خاكی

فقر خاك و انبوهی پوشش گیاهی جنگل‌های حاره مرطوب

تناقظی كه در «ساوان» مستتر است

تاثیر بافت خاك بر روی گیاهان

ارزش گیاهان به عنوان معرف خاك‌های شور و قلیایی

بعضی از گیاهان معرف خاك‌های شور و قلیایی

فصل چهارم

اكولوژی جمعیت گیاهی در كشاورزی

تولیدات كشاورزی به عنوان یك فرایند جمعیتی

مرحله بذری

جوانه‌زنی

مرحله نونهالی

تولید مثل

تفاوتهای موجود در جمعیت گیاهان زراعی

رقابت علفهای هرز

تحقیقات كشاورزی و بیولوژی جمعیت گیاهی

كشاورزی از دیدگاه مدیریت جمعیت گیاهی

افزایش شاخص برداشت از طریق تغییر استراتژی زراعی

اصلاح محصولات زراعی از نظر اكولوژیكی

فصل پنجم

مناطق اكولوژیكی زراعی ایران

منطقه خوزستان

منطقه ساحلی جنوب

منطقه فلات مركزی (نمكزار)

منطقه فلات مركزی بدون نمكزار

منطقه كوهستانی مدیترانه‌ای بری

منطقه كوهستانی معتدله سرد

منطقه ساحلی دریای خزر

پیشنهادات

منابع و ماخذ