تاثیر تنش خشکی بر روابط آبی و ویژگی‌های مورفوفیزیولوژیکی کهور پاکستانی (.Prosopis juliflora (Sw.) DC) در شرایط آبیاری با آب شور

نوع مقاله : علمی- پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار بخش تحقیقات جنگل و مرتع، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان یزد، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، یزد، ایران

2 استاد، بخش تحقیقات بیابان، مؤسسه تحقیقات جنگلها و مراتع، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران

3 دکتری، گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده مهندسی منابع طبیعی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

سابقه و هدف: خشک‌سالی و بیابان‌زایی از چالش‌های مهم بوم‌شناختی جهانی است که تأثیر قابل‌توجهی بر پوشش گیاهی گذاشته است. کهور آمریکایی (Prosopis juliflora (Sw.) DC.) به‌عنوان گونه‌ای مقاوم، توانایی سازگاری با شرایط سخت محیطی ‌به‌ویژه خشکی را دارد. شناسایی سازوکارهای تحمل این گونه در برابر تنش خشکی می‌تواند به مدیریت آن در برنامه‌های بیابان‌زدایی، تثبیت شن و کنترل ریزگردها کمک کند. این پژوهش با هدف بررسی تأثیر کم‌آبیاری یا تنش خشکی با شوری 2/7 دسی‌‌زیمنس بر متر آب آبیاری بر ویژگی‌های مرتبط با روابط آبی و مورفوفیزیولوژیکی در شرایط لایسیمتری انجام شد.
مواد و روش‌‌ها: آزمایش در ایستگاه تحقیقات بیابان‌زدایی شهید صدوقی یزد با استفاده از نُه لایسیمتر وزنی و زهکش‌دار، هرکدام با حجم 95/1 متر مکعب اجرا ‌شد. خاک لایسیمترها ازنظر بافت، فشردگی و ظرفیت زراعی بررسی و آماده شد. تیمارهای آبیاری شامل شاهد (ظرفیت زراعی)، 30 درصد کم‌آبیاری و ۶۰ درصد کم‌آبیاری بود که از ابتدای کاشت نهال‌ها در فروردین ۱۴۰۰ به مدت دو سال اعمال شد. شاخص‌‌های مورد ارزیابی شامل حجم و وزن خشک تاج‌‌پوشش، وزن خشک ریشه، نسبت اندام‌‌ هوایی به ریشه، محتوای نسبی آب برگ، پتانسیل آب، کارایی مصرف آب و غلظت رنگ‌دانه‌های فتوسنتزی شامل کلروفیل کل، کلروفیل a، کلروفیل b و کارتنوئید بود. حجم تاج‌پوشش با اندازه‌گیری ارتفاع و قطر تاج درختان محاسبه شد. وزن خشک اندام‌های گیاهی پس از خشک شدن در دمای ۷۰ درجه سانتی‌گراد به مدت ۴۸ ساعت تعیین ‌شد. محتوای نسبی آب برگ و پتانسیل آب با استفاده از روش‌های استاندارد اندازه‌گیری شد. کارایی مصرف آب از نسبت جرم خشک تولیدی به میزان تبخیرتعرق گیاه محاسبه ‌شد. داده‌ها با استفاده از طرح کامل تصادفی و با سه تکرار توسط نرم‌افزار آماری SAS تجزیه و تحلیل شدند.
نتایج: تیمارهای کم‌آبیاری، تأثیر معنی‌داری بر ویژگی‌های رشدی و فیزیولوژیکی کهور ‌‌آمریکایی داشتند. کاهش میزان تبخیرتعرق در تیمار 60 درصد کم‌آبیاری نسبت به تیمار شاهد به میزان 7/61 درصد و درنتیجه، کاهش 5/37 درصدی در سطح تاج‌پوشش را نشان داد. چنانچه رشد رویشی گیاه به‌طور معنی‌‌داری تحت تأثیر تنش شدید خشکی قرار گرفت (P<0.01). وزن خشک اندام هوایی و ریشه نیز در شرایط تنش خشکی شدید به‌طور معنی‌داری کاهش یافت (P<0.01). به‌‌‌طوری‌که وزن خشک اندام هوایی 8/60 درصد و وزن خشک ریشه 2/54 درصد کاهش نشان داد. نسبت اندام هوایی به ریشه نیز کاهش معنی‌داری داشت (P<0.01). چنانچه از 2/2 در تیمار شاهد به 7/2 در تیمار 60 درصد کم‌آبیاری کاهش یافت که بیانگر تخصیص بیشتر منابع به ریشه برای جذب بهتر آب در شرایط خشکی بود. بررسی ویژگی‌های فیزیولوژیکی کهور ‌‌آمریکایی نشان داد که تیمار کم‌آبیاری نسبت به شاهد سبب افزایش معنی‌دار پتانسیل آبی و محتوای نسبی آب برگ شد (P<0.01). افزایش پتانسیل آبی و بهبود محتوای نسبی آب برگ موجب بهبود تحمل به خشکی از طریق حفظ فرایندهای فتوسنتزی شد.
نتیجه‌گیری کلی: براساس نتایج این پژوهش، کهور‌‌ آمریکایی با بهره‌گیری از سازوکارهای متعدد مانند کاهش تبخیرتعرق، افزایش تخصیص منابع به ریشه، حفظ محتوای نسبی آب برگ، تجمع موادی مانند سدیم در برگ، تنظیم پتانسیل آبی و بهبود شرایط فتوسنتزی، توانایی زیادی در تحمل تنش خشکی دارد. ‌باتوجه‌به مقاومت کهور آمریکایی در برابر تنش هم‌زمان خشکی و شوری ‌به‌ویژه با توسعه ریشه، می‌توان این گونه را گزینه‌ای مناسب برای تثبیت شن‌های روان، کنترل ریزگردها و احیای اراضی بیابانی و تخریب‌یافته با شوری زیاد آب و خاک دانست. بااین‌حال، استفاده از این گیاه، نیازمند مدیریت دقیق و لحاظ کردن ملاحظات بوم‌شناختی است. زیرا احتمال مهاجم بودن آن می‌تواند تهدیدی برای محیط اطراف محسوب شود.
 
 

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

The impact of drought stress on water relations and morpho-physiological characteristics of .Prosopis juliflora (Sw.) DC under saline water irrigation conditions

نویسندگان [English]

  • Mohammad Hadi Rad 1
  • Mohammad Khosroshahi 2
  • Moslem Yazdanii 3
1 Associate Professor, Department of Forests and Rangelands Research, Agricultural and Natural Resources Research and Education Center of Yazd Province, Agricultural Research, Education, and Extension Organization (AREEO), Yazd, Iran.
2 Prof., Desert Research Division, Research Institute of Forests and Rangelands, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Tehran, Iran
3 Ph.D., Department of Rangeland and Watershed Management, Faculty of Natural Resources Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
چکیده [English]

Background and Objectives: Drought and desertification are among the major global ecological challenges that significantly affect vegetation cover. Prosopis juliflora (Sw.) DC., as a resistant species, has the ability to adapt to harsh environmental conditions, especially drought. Identifying the mechanisms of drought tolerance in this species can support its management in desertification control programs, sand stabilization, and dust storm mitigation. This study aimed to investigate the effects of deficit irrigation or drought stress with irrigation water salinity of 7.2 dS/m on water relation traits and morpho-physiological characteristics under lysimetric conditions.
Methodology: The experiment was conducted at the Shahid Sadoughi Yazd Desertification Research Station in Yazd province, Iran using nine weighing and drainage lysimeters, each with a volume of 1.95 m³. The lysimeter soil was analyzed and prepared in terms of texture, compaction, and field capacity. Irrigation treatments included control (field capacity), 30% and 60% deficit irrigation, applied from seedling planting in April 2021 for a period of two years. Evaluated indices included canopy volume and dry weight, root dry weight, shoot-to-root ratio, leaf relative water content (RWC), water potential, water use efficiency (WUE), and concentrations of photosynthetic pigments including total chlorophyll, chlorophyll a, chlorophyll b, and carotenoids. Canopy volume was calculated by measuring tree height and canopy diameter. Plant dry weights were determined after oven-drying at 70°C for 48 hours. Leaf relative water content and water potential were measured using standard methods. Water use efficiency was calculated as the ratio of produced dry biomass to plant evapotranspiration. Data were analyzed in a completely randomized design with three replications using SAS statistical software.
Results: The results indicated that deficit irrigation treatments had significant effects on the growth and physiological traits of P. juliflora (SW.) DC. Reduced evapotranspiration under 60% deficit irrigation compared to control by 61.7%, leading to a decrease of 37.5% in canopy area, showed that vegetative growth was significantly affected (P<0.01) by severe drought stress. Dry weights of both shoots and roots also significantly decreased (P<0.01) under severe drought stress, with shoot dry weight reduced by 60.8% and root dry weight reduced by 54.2%. The shoot-to-root ratio also decreased significantly (P<0.01) from 2.2 in the control treatment to 2.7 under 60% deficit irrigation, indicating greater resource allocation to roots for improved water uptake under drought. Physiological assessments revealed that deficit irrigation increased water potential and RWC in P. juliflora, showing significant differences from the control (P<0.01). Increases in water potential and improved RWC enhanced drought tolerance through maintaining photosynthetic processes.
Conclusion: The findings of this study demonstrated that P. juliflora employs multiple mechanisms such as reducing evapotranspiration, increasing resource allocation to roots, maintaining RWC, accumulating substances such as sodium in leaves, regulating water potential, and enhancing photosynthetic conditions to achieve high drought tolerance. Considering that drought stress was applied under saline irrigation conditions, it can be concluded that P. juliflora, as a drought and salt tolerant species, can be effectively used for stabilizing sand dunes, controlling dust storms, and rehabilitating degraded desert lands with saline water and soil. However, this must be weighed against the concern that it may act as an invasive species, threatening its surrounding ecosystems.
 
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Lysimeter
  • dust storm control
  • relative leaf water content
  • water potential

مراجع

- Abdalla, M.M. and El-Khoshiban, N.H., 2007. The influence of water stress on growth, relative water content, photosynthetic pigments, some metabolic and hormonal contents of two Triticium aestivum cultivars. Journal of Applied Sciences Research, 3(12): 2062-2074.
- Amiri, M., Shafiezadeh, M., Tarkesh Esfahani, M. and Moslemi, S.M., 2023. Ensemble modeling of the potential invasion of Prosopis juliflora (SW.) DC in the Makuran region. Environmental Sciences, 21(1): 205-224 (In Persian with English summary).
- Arndt, S.K., Livesley, S.J., Merchant, A., Bleby, T.M. and Grierson, P.F., 2008. Quercitol and osmotic adaptation of field-grown Eucalyptus under seasonal drought stress. Plant, Cell and Environment, 31(7): 915-924.
- Askari, F., Yousef-Elahi, M. and Fazaeli, H. 2019. Chemical composition and digestibility of Prosopis juliflora pods and leaves and effect of pods in ration on the performance of fattening Tali kids. Journal of Ruminant Research, 7(2): 1-16 (In Persian with English summary).
- Askari, Y., Behnamfar, K. and Sadeghi, S.M., 2025. Distribution of Prosopis juliflora (Sw.) DC. in Kohgiluyeh and Boyer-Ahmad Province. Journal of Iran Nature, 9(6): 53-60 (In Persian with English summary).
- Byrt, C.S., Xu, B., Krishnan, M., Lightfoot, D.J., Athman, A., Jacobs, A.K., ... and Gilliham, M., 2014. The Na+ transporter, TaHKT1;5-D, limits shoot Na+ accumulation in bread wheat. The Plant Journal, 80(3): 516-526.
- Chaves, M.M. and Oliveira, M.M., 2004. Mechanisms underlying plant resilience to water deficits: prospects for water-saving agriculture. Journal of Experimental Botany, 55(407): 2365-2384.
- Deinlein, U., Stephan, A.B., Horie, T., Luo, W., Xu, G. and Schroeder, J.I., 2014. Plant salt-tolerance mechanisms. Trends in Plant Science, 19(6): 371-379.
- de Lemos, A.B.S., Chaves, G., Ribeiro, P.P.C. and da Silva Chaves Damasceno, K.S.F., 2023. Prosopis juliflora: nutritional value, bioactive activity, and potential application in human nutrition. Journal of the Science of Food and Agriculture, 103(12): 5659-5666.
- Eshetu, A.A., 2024. A valuable or a curse resource? A systematic review on expansion, perception of local community, benefits and side effects of Prosopis juliflora. Frontiers in Conservation Science, 5: 1491618.
- Fall, D., Bakhoum, N., Fall, F., Diouf, F., Ly, M.O., Diouf, M., ... and Diouf, D., 2016. Germination, growth and physiological responses of Senegalia senegal (L.) Britton, Vachellia seyal (Delile) P. Hurter and Prosopis juliflora (Swartz) DC to salinity stress in greenhouse conditions. African Journal of Biotechnology, 15(37): 2017-2027
- Garau, A.M., Lemcoff, J.H., Ghersa, C.M. and Beadle, C.L., 2008. Water stress tolerance in Eucalyptus globulus Labill. subsp. maidenii (F. Muell.) saplings induced by water restrictions imposed by weeds. Forest Ecology and Management, 255: 2811-2819.
- George, S., Manoharan, D., Li, J., Britton, M. and Parida, A., 2017. Transcriptomic responses to drought and salt stress in desert tree Prosopis juliflora. Plant Gene, 12: 114-122.
- Gul, B., Weber, D.J. and Khan, M.A., 2000. Effect of salinity and planting density on physiological responses of Allenrolfea occidentalis. Western North American Naturalist, 60(2): 188-197.
- Hamza, N.B., 2010. Genetic variation within and among three invasive Prosopis juliflora (Leguminosae) populations in the River Nile State, Sudan. International Journal of Genetics and Molecular Biology, 2(5): 92-100.
- Hauser, F. and Horie, T., 2010. A conserved primary salt tolerance mechanism mediated by HKT transporters: a mechanism for sodium exclusion and maintenance of high K+/Na+ ratio in leaves during salinity stress. Plant, Cell and Environment, 33(4): 552-565.
- Heshmati, I., Khorasani, N., Shams-Esfandabad, B. and Riazi, B., 2019. Forthcoming risk of Prosopis juliflora global invasion triggered by climate change: implications for environmental monitoring and risk assessment. Environmental Monitoring and Assessment, 191(2): 72.
- Howari, F.M., Sharma, M., Nazzal, Y., El-Keblawy, A., Mir, S., Xavier, C.M., ... and Alaydaroos, F., 2022. Changes in the invasion rate of Prosopis juliflora and its impact on depletion of groundwater in the northern part of the United Arab Emirates. Plants, 11(5): 682.
- Hussain, M.I., Shackleton, R., El-Keblawy, A., González, L. and Trigo, M.M., 2021. Impact of the invasive Prosopis juliflora on terrestrial ecosystems: 223-278. In: Lichtfouse, E. (Ed.). Sustainable Agriculture Reviews 52. Springer, Cham, 460p.
- Imani, F., Moradi, M. and Basiri, R., 2018. Biological diversity of vegetation in the dunes after two decades of consolidation activities and afforestation (Case Study: Region Magran, Susa). Journal of Plant Research, 31(1): 12-23 (In Persian with English summary).
- Izadi, F., Chamani, A. and Zamani-Ahmadmahmoodi, R., 2022. Quantification of the effects of the invasion of mesquite (Prosopis juliflora) on native vegetation in Southern Iran. Environmental and Interdisciplinary Development, 7(77): 1-12 (In Persian with English summary).
- Jaleel, C.A., Manivannan, P., Wahid, A., Farooq, M., Al-Juburi, H.J., Somasundaram, R.A. and Panneerselvam, R., 2009. Drought stress in plants: a review on morphological characteristics and pigments composition. International Journal of Agriculture and Biology, 11(1): 100-105.
- Khaleghi, E., Arzani, K., Moallemi, N. and Barzegar, M., 2012. Evaluation of chlorophyll content and chlorophyll fluorescence parameters and relationships between chlorophyll a, b and chlorophyll content index under water stress in Olea europaea cv. Dezful. World Academy of Science, Engineering and Technology, 68: 1154-1157.
- Lamers, J.P.A., Khamzina, A. and Worbes, M., 2006. The analyses of physiological and morphological attributes of 10 tree species for early determination of their suitability to afforest degraded landscapes in the Aral Sea Basin of Uzbekistan. Forest Ecology and Management, 221: 249- 259.
- Li, C., Han, H., Ablimiti, M., Liu, R., Zhang, H. and Fan, J., 2022. Morphological and physiological responses of desert plants to drought stress in a man-made landscape of the Taklimakan desert shelter belt. Ecological Indicators, 140: 109037.
- Madouh, T.A., 2022. Eco-physiological responses of native desert plant species to drought and nutritional levels: case of Kuwait. Frontiers in Environmental Science, 10: 785517.
- Mailer, R. and Ayton, J., 2011. Effect of irrigation and water stress on olive oil quality and yield based on a four year study. Acta Horticulturae, 888: 63-72.
- Martinez, J.P., Silva, H., Ledent, J.F. and Pinto, M., 2007. Effect of drought stress on the osmotic adjustment, cell wall elasticity and cell volume of six cultivars of common beans (Phaseolus vulgaris L.). European Journal of Agronomy, 26: 30-38.
- Masalo, I. and Oca, J., 2020. Evaluation of a portable chlorophyll optical meter to estimate chlorophyll concentration in the green seaweed Ulva ohnoi. Journal of Applied Phycology, 32(6): 4171-4174.
- Mohanta, T.K., Mohanta, Y.K., Kaushik, P. and Kumar, J., 2024. Physiology, genomics, and evolutionary aspects of desert plants. Journal of Advanced Research, 58: 63-78.
- Nadjafi–Tireh–Shabankareh, K., Jalili, A. and Asadpour, R., 2014. Investigation on invasion effects of Prosopis juliflora (SW.) DC. Arid Biome Scientific and Research Journal, 4(1): 54-64 (In Persian with English summary).
- Prasath, R.V.A. and Mohanraj, R., 2024. In situ bioaccumulation of metals by Prosopis juliflora and its detoxification potential at the metal contaminated sites. Science of The Total Environment, 951: 175715.
- Rad, M.H., Asareh, M.H. and Soltani, M., 2016. The relationship between root development and drought resistance of two Eucalyptus species (Eucalyptus microtheca Muell and Eucalyptus sargentii Maiden). Iranian Journal of Forest, 8(3): 393-404 (In Persian with English summary).
- Rad, M.H., Asareh, M.H., Soltani, M. and Tajamoliyan, M., 2013. Determination of water requirement, crop coefficient and water use efficiency of two eucalyptus species under the lysimetry experiments. Iranian Water Research Journal, 7(1): 71-78 (In Persian with English summary).
- Rajak, P., Afreen, T., Raghubanshi, A.S. and Singh, H., 2025. Rainfall fluctuation causes the invasive plant Prosopis juliflora to adapt ecophysiologically and change phenotypically. Environmental Monitoring and Assessment, 197(1): 26.
- Rodríguez, P., Mellisho, C.D., Conejero, W., Cruz, Z.N., Ortuno, M.F., Galindo, A. and Torrecillas, A., 2012. Plant water relations of leaves of pomegranate trees under different irrigation conditions. Environmental and Experimental Botany, 77: 19-24.
- Sadeghi, M., Behnamfar, K., Jafari, A., Sartavi, K., Farrar, N., Golestaneh, S.R. and Kazeruni, H., 2024. Distribution of American Mesquite (Prosopis juliflora (Sw.) DC) in the Saharo-Sindian region of Iran-Bushehr province. Journal of Iran Nature, 9(2): 31-36 (In Persian with English summary).
- Sadeghzadeh, J., Kartoolinejad, D., Younesi Kordkheili, H., Zolfaghari, A.A. and Nikouee, E., 2024. Inefficacy of zinc oxide nanoparticles in creating resistance to drought stress in one-year seedlings of saltbush (Atriplex canescens (Pursh) Nutt.). Iranian Journal of Forest and Poplar Research, 31(4): 292-308 (In Persian with English summary).
- Saglam, A., Kadioglu, A., Terzi, R. and Saruhan, N., 2008. Physiological changes in them in post-stress emerging Ctenanthe setosa plants under drought conditions. Russian Journal of Plant Physiology, 55(1): 48-53.
- Singh, P., Ramkumar, K.R. and Hasija, T., 2024. Assessing the impact of Prosopis juliflora on water level depletion: a comprehensive review. Proceedings of 15th International Conference on Computing Communication and Networking Technologies (ICCCNT). Kamand, India. 24-28 Jun. 2024: 1-6.
- Westwood, M.N., 1987. Tree size control as it relates to high density orchard system. Proceedings of the Washington State Horticultural Association, 65: 92-94.
- Yin, C., Wang, X., Duan, B., Luo, J. and li, C., 2005. Early growth, dry matter allocation and water use efficiency of two sympatric Populus species as affected by water stress. Environmental and Experimental Botany, 53(3): 315-322.
- Yordanov, I., Velikova, V. and Tsonev, T., 2000. Plant responses to drought, acclimation, and stress tolerance. Photosynthetica, 38(2): 171-186.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار