واحد دامغان -دانشکده کشاورزی
پایان نامه کارشناسی ارشد علوم وصنایع غذایی
عنوان:
استخراج واندازه گیری همزمان فلزات سنگین سرب و کادمیوم و روی در برنج
استاد راهنما:
دکتر عبدالرضامحمدی نافچی
استاد مشاور:
دکتر مرضیه بلندی
استاد داور:
دکتر هاشمی مقدم
نگارش:
آزیتا وزیری
چکیده:
برنج بعد از گندم یکی ازمهمترین غلات مصرفی مردم دنیاست که به طور گسترده در رژیم غذایی مردم وجود دارد. نیمی از مردم جهان، به برنج به عنوان یک غذای اصلی وابسته هستند. اقلام زیادی از برنج در جهان وجود دارد وهم اکنون نیز برنج یکی از محصولات راهبردی کشور می باشد. آلودگی برنج با فلزات سنگین ممکن است یک تهدید جدی برای انسان باشد. زیرا آنها زیست تخریب پذیر نیستند ودر محیط باقی می مانند و وارد زنجیره غذایی می شوند. در این مطالعه غلظت فلزات سنگین سرب و کادمیوم به عنوان فلزات مضر و غلظت فلز روی به عنوان عنصر مفید از طریق طیف سنجی جذب اتمی مطابق دستورالعمل AOAC روی ٨ نمونه برنج سفید (که ٤ نمونه مربوط به معروفترین وپرفرش ترین برنج های وارداتی و٤ نمونه برنج ایرانی که در سواحل شمالی کشور کشت شده اند) انجام گرفت. نتایج این بررسی نشان می دهد میانگین غلظت سرب درنمونه های خارجی خارجی ٠٠٠۳٥/٠±٠٠١۳/٠ میلی گرم برکیلوگرم نمونه های داخلی ٠٠٠٢/٠±٠٠١٢/٠ میلی گرم برکیلوگرم و میانگین غلظت کادمیوم در نمونه های خارجی ٠٣/٠±٠٨٥/٠ میلی گرم برکیلوگرم ، نمونه های داخلی ٠١١/٠±٠٨٥/٠ میلی گرم برکیلوگرم و غلظت روی در نمونه های خارجی٩٥/٩±٩٥/١٤ میلی گرم برکیلوگرم ، نمونه های داخلی٤٥/٦±٤٥/٢٩ میلی گرم برکیلوگرم بدست آمد.میانگین غلظت سرب وکادمیوم در نمونه های خارجی وداخلی تقریباً برابر ومیانگین غلظت روی در نمونه های داخلی بیشتر از نمونه های خارجی می باشد.
کلمات کلیدی: برنج، کادمیوم، سرب، روی
فهرست جداول
جدول 2- 1: درصد عناصر موجود در انواع دانه برنج11
جدول 2- 2: میزان سطح زیر کشت، تولید و عملکرد شلتوک و میزان واردات، تولید و مصرف سرانه برنج کشور طی سال های ١٣٨١-١٣٧٨20
جدول 2- 3: دامنه مناسب و سطح بحرانی برای کمبود نیتروژن30
جدول 2- 4: علائم کمبود روی در رابطه با درجه کمبود عنصر جانشین34
جدول 2- 5: جدول حد مطلوب عناصر غذایی در خاک، برگ، کلش و دانه برنج39
جدول 3- 1: مشخصات و شرایط دستگاهی کوره گرافیتی برای اندازه گیری سرب و کادمیوم در انواع برنج داخلی و خارجی83
جدول 4- 1: میزان روی، کادمیوم و سرب خاک های شمال کشور93
جدول 4- 2: میزان روی، کادمیوم و سرب آبهای مورد استفاده در آبیاری شالیزارهای شمال کشور94
فهرست اشکال
شکل 4- 1: میانگین غلظت سرب برنج های ایرانی و خارجی.84
شکل 4- 2: میانگین غلظت کادمیوم برنج های ایرانی و وارداتی.86
شکل 4- 3: میانگین غلظت روی برنج های ایرانی و وارداتی.87
شکل 4- 4: میانگین وزن هزار دانه برنج های ایرانی و وارداتی.88
شکل 4- 5: میانگین محتوای رطوبت برنج های ایرانی و وارداتی.90
فهرست مطالب
چکیده:‌ب
فهرست جداول‌ج
فهرست اشکال‌د
فهرست مطالب‌ه
فصل اول: کلیات1
١-١ –بیان مسأله:2
١-۳-اهداف، فرضیات و سوالات تحقیق4
فصل دوم : بررسی منابع6
٢-١- تاریخچه7
٢-٢-ترکیبات شیمیایی برنج8
٢-٢-١-نشاسته برنج8
٢-٢-٢-پروتئین دانه9
٢-٢-٣-چربی10
٢-٢-٤-ويتامین10
٢-٢-٥-مواد معدنی10
٢-٣-طبقه بندی ارقام برنج از نظر تیپ اقلیمی11
٢-٣-١-نوع ایندیکا11
٢-٣-٢-نوع ژاپونیکا12
٢-٣-٣-نوع جاوانیکا12
٢-٤-طبقه بندی ارقام برنج از نظر گیاه شناسی12
٢-٤-١-برنج دانه بلند12
٢-٤-٢-برنج دانه متوسط12
٢-٤-٣-برنج دانه گرد یا کوتاه13
٢-٥-کیفیت دانه برنج13
٢-٥-١-کیفیت تبدیل13
٢-٥-٢-اندازه دانه14
٢-٥-٣-ظاهر دانه14
٢-٥-٤-کیفیت پخت15
٢-٥-٥-کیفیت تغذیه ای برنج15
٢-٦-شناخت ارقام مختلف برنج رایج در بازار مصرف کشور15
٢-٦-١-میزان عطر، بو و طعم برنج16
٢-٧-بررسی وضعیت تولید و میزان واردات برنج کشور16
٢-٧-١-سطح زیر کشت وتولید برنج16
٢-٧-٢-واردات برنج18
٢-٧-٣-مصرف برنج کشور18
٢-٨- سیستم های مواد غذایی –گیاه – خاک در برنج20
٢-٨-١-سیستم کشت ماندابی20
٢-٨-٢-سیستم خاک20
٢-٨-٣-پتانسیل رداکس21
٢-٨-٣- مناطق اکسیدی و احیایی در خاک21
٢-٨-٥-سیستم گیاه برنج22
٢-٨-٥-١-آناتومی ریشه ها22
٢-٨-٦-سازگاری فیزیولوژیکی :23
٢-۸-٧-قدرت سبز شدن در شرایط غرقابی:23
٢-٩-١آناتومی برنج:24
٢-١٠-تغذیه برنج و مدیریت کودی:26
٢-١٠-١-نیتروژن27
٢-١٠-٢-فسفر28
٢-١٠-٢-١اهمیت فسفر در تغذیه برنج:28
٢-١٠-٢-٢-علائم کمبود فسفر در برنج29
٢-١٠-٣-پتاسیم30
٢-١٠-٤-روی30
٢-١٠-٥-کلسیم32
٢-١٠-٦-منیزیم33
٢-١٠-٧- گوگرد33
٢-١١- مدیریت تلفیقی مواد غذایی34
٢-١١-١-منابع آلی مختلف، مکمل کودهای شیمیایی34
٢-١١-٢-مصرف ضایعات صنعتی و فاضلابهای بیولوژیکی34
٢-١١-٣-مشخصات کوددهی مؤثر35
٢-١١-٤-کود سبز برنج36
٢-١١-٥-آزولا غنی کننده نیتروژن خاک برنج36
٢-١١-٦-حد مطلوب عناصر غذایی در خاک، برگ و دانه برنج36
٢-١٢-آلوده شدن آب آبیاری38
٢-١٣-فرآیند تبدیل برنج39
٢-١٣-١-خشک کردن :40
٢-١٣-٢-نیم جوش کردن40
٢-١٣-٣-تمیز کردن41
٢-١٣-٤-ماشین های پوست کن41
٢-١٣-٥-سفید کنهای برنج41
٢-١٣-٦-ماشینهای صیقل دهنده (پولیشر یا براق کننده)42
٢-١٣-٧-درجه بندی برنج42
٢-١٤- سم شناسي سرب43
٢-١٤-١- سرب43
٢-١٤-٣- توكسيكوكينتيك سرب44
٢-١٤-٣-١- جذب سرب45
٢-١٤-٣-٢- تجمع سرب در بدن46
٢-١٤-٣-٣-دفع46
٢-١٤-٤- راه های مسمومیت47
٢-١٤-٥- مكانيسم مسموميت48
٢-١٤-٦- عوارض مسموميت هاي حاصل از تركيبات سرب48
٢-١٤-٧- عوارض سرب بر ارگان هاي مختلف49
٢-١٤-٧-١-خون49
٢-١٤-٧-٢-سيستم عصبي50
٢-١٤-٧-٣- گوارش51
٢-١٤-٧-٤- توليد مثل51
٢-١٤-٧-٥- کلیه51
٢-١٤-٧-٦-سيستم اسكلتي52
٢-١٤-٧-٧ جفت وجنين52
٢-١٤-٨-مسموميت با املاح آلي سرب53
٢-١٤-٩- سرطانزایي سرب53
٢-١٤-١٠- تشخيص مسمومیت سرب54
٢-١٤-١١- درمان مسموميت با سرب54
٢-١٤-١٢-حد مجاز سرب55
٢-١٥- سم شناسی کادمیوم55
٢-١٥-١- كادميوم55
٢-١٥-٢-مصارف كادميوم56
٢-١٥-٢-١- راه هاي مسموميت با كادميوم57
٢-١٥-٣- توكسيكو كينتيك كادميوم59
٢-١٥-٣-١-جذب59
٢-١٥-٣-٢-تجمع كادميوم در بدن60
٢-١٥-٣-٣- دفع60
٢-١٥-٤- علائم مسموميت61
٢-١٥-٥- عوارض کادمیوم بر ارگان های بدن62
٢-١٥-٥-١-كليه62
٢-١٥-٥-٢- سيستم اسكلتي62
٢-١٥-٥-٣-دستگاه توليد مثل63
٢-١٥-٥-٤- سيستم تنفسي63
٢-١٦- سرطانزایي كادميوم63
٢-١٧- تشخیص مسمومیت کادمیوم64
٢-١٧-٣- درمان مسمومیت65
٢-١٨- حد مجاز کادمیوم65
٢-١٩- روشهاي طيف سنجي اتمي66
٢-١٩-١-جذب اتمي66
٢-١٩-٢- مشخصات دستگاه67
٢-١٩-٣- كوره69
فصل سوم: مواد و روش ها75
٣-١-مواد و تجهیزات76
٣-٢-روش کار77
٣-٣-اندازه گیری روی در خاک برنج های داخلی78
٣-٤-روش اندازه گیری سرب وکادمیوم در خاک برنج های ایرانی79
٣-٥-روش اندازه گیری سرب وکادمیوم وروی موجود در آب79
٣-٦- اندازه گیری کادمیوم80
٣-٧- اندازه گیری سرب80
٣-٨-اندازه گیری روی80
٣-٩- اندازه گیری درصد رطوبت برنج81
۳-١٠- روش آنالیز آماری82
فصل چهارم: نتایج و بحث83
٤-١- بررسی میزان خواص اندازه گیری شده برنج ها84
٤-١-١- میزان غلظت سرب84
٤-١-٢- غلظت کادمیوم86
٤-١-۳- غلظت روی87
٤-١-٤- وزن هزار دانه88
٤-١-٥- درصد رطوبت90
٤-٢ بررسی میزان روی، کادمیوم و سرب خاکهای شالیزارهای شمال کشور91
٤-۳- بررسی میزان روی، کادمیوم و سرب در آب مورد استفاده در آبیاری92
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات94
٥-١- نتیجه گیری95
٥-٢-پیشنهادات98
فصل اول: کلیات
١-١ –بیان مسأله:
برنج از قدیمیترین گیاهانی است که در دنیا کشت شده ومبدأپیدایش آن آسیای جنوب شرقی می باشد که پس از گندم بیشترین سطح زیر کشت اراضی زراعی جهان را به خود اختصاص داده ونقش چشمگیری در تغذیه مردم جهان وایران دارد و حدود دو سوم کالری مورد نیاز بیش ازدو میلیارد نفر از جمعیت قاره آسیا را تأمین می نماید.هم اکنون «ده‌ها هزار نوع برنج» در جهان وجود دارد، اما این‌ها در دو زیرگونه کلی جای می‌گیرند. دو زیرگونه اصلی شامل برنج «جاپونیکا» با نام علمی Oryza sativa japonica و برنج «ایندیکا» با نام علمی sativa indica می‌شوند. برنج گیاهی است که دارای ارقام زودرس (طول دورة رشد ۱۳۰ تا ۱۴۵ روز)، متوسط‌رس (۱۵۰ تا ۱۶۰ روز) و ارقام دیررس (۱۷۰ تا ۱۸۰ روز) می‌باشد. بعضی معتقدند سابقه کشت برنج در ایران حداقل بیش از ٢٥٠٠سال می باشد و به اعتقاد بعضی دیگر از مورخان در زمان انوشیروان، برزویه طبیب همراه هدایایی این گیاه را از هند به ایران آورده است و در ولایت کادوسیان (گیلان و مازندران) کشت گردیده است. از تیپ‌های ایرانی می‌توان به گرده صدری ( شامل انواع دم سیاه، دم زرد و دم سرخ)، بینام، علی-کاظمی، چمپا و….. اشاره کرد. از تیپهای اصلاح نژاد شده و پرمحصول می توان از سفیدرود و خزر نام برد(ملکوتی وهمکاران،١٣٨٣).
برنج تأمین کننده پروتئین درقاره آسیا میباشد. طبق گزارش FAO تقریباً ٣٠٪ از منبع انرژی و٢٠٪ از منبع پروتئین مردم جهان از طریق مصرف برنج فراهم می گردد. البته باید توجه داشت با افزایش منابع غذایی آلوده به فلزات سنگین و به دلیل خاصیت تجمع پذیری این فلزات بر بافت بدن و اثرات سوء آن بر انسان بهتر است از محصولات پاک تر استفاده گردد(ملکوتیان و همکاران،١٣٨٩).
با توجه به افزایش روزافزون جمعیت و برای تأمین نیاز غذایی، تمرکز برافزایش تولید در واحد سطح مهمترین راهبردهای کشور در امر کشاورزی می باشد تا کلیه عوامل ﻣﺅثر در تولید به کار گرفته شود.در بیانیه جهانی غذا٬ حاصلخیزی خاک به عنوان کلید امنیت غذایی وکشاورزی پایدار عنوان گردیده و مطالعات فائو و محققین ﻣﺅسسه تحقیقات خاک وآب نشان داده است که در برنامه کودی تا ٦٠ درصد، افزایش تولید در اثر مصرف بهینه کودی بوده است(بلالی، ١۳۸٢)
آلودگی به فلزات سنگین یکی از مشکلات زیست محیطی و یکی از نگرانی های مهم بهداشت مواد غذایی به شمار می آید. در حال حاضر آلودگی عمومی به فلزات سنگین رو به افزایش بوده و به دنبال آن تجمع این فلزات در گیاهان و حیوانات علاوه بر آسیب های جدی بر سلامت موجودات، مصرف فرآورده های آنها را برای مصرف کننده نهایی یعنی انسان مخاطره آمیز کرده است(ملکوتیان و همکاران، ١٣٨٩).
فلزات سنگین موجود در خاک از لحاظ زیستی در دسترس بوده و به راحتی به گیاهان منتقل می شوند. تقریباً تمام فلرات سنگین در بدن اثرات زیان بار بر جای می گذارند، برخی از این عناصر مانند سرب وکادمیوم ونیکل و… حتی در مقادیر ناچیز نیز برای انسان سمی وخطرناکند و باعث مشکلات بهداشتی مختلفی مانند تخریب کلیه، صدمات استخوانی، ، سرطان و….می گردد(Ping و همکاران،٢٠٠٧).
کادمیوم یکی از سمی ترین فلزات سنگین موجود می باشد که از پروسه فیزیولوژیکی گیاه جلوگیری می کند. همچنین آژانس بین المللی تحقیقات (IARC) فلز کادمیوم را به عنوان عامل کارسیوژنیک معرفی نموده است و این فلز عامل مهمی در ایجاد نارسایی کلیه معرفی شده است.(Shao chouو همکاران،٢٠١٠).
١-٢-اهمیت تحقیق:
تکراراین موضوع که برنج جزء غذاهای مردم ایران است وجمهوری اسلامی ایران با بیش از ٦٠٠هزار هکتار برنجکاری، جزء کشورهای عمده برنج خیز دنیاست، شاید لزومی نداشته باشد. به هر حال اهمیت، برنج در کشور ایران برکسی پوشیده نیست تقریباً تمام بخش خطه سبز شمالی کشور زیر پوشش برنج است و در بهار شمال، طبیعت آن خطه را شالیزارهای سبز وپر طراوت پوشانده است. ولی در ورای این سیمای دیدنی، چهره دیگری رخ می نماید.حدود ٥٠٠هزار هکتار برنجکاری شمال کشور ونیازهای کود وسم مصرفی آن و عدم مدیریت صحیح، پهره دوم را می نمایاند.چهرۀ شوم سیاه آلودگی محیط زیست، آلودگی بهداشتی وفضای مسموم، در واقع چهره دوم این طبیعت است. کشاورزان شمالی، سالها براین باوربودند که که مصرف هرچه بیشتر انواع کودها وسموم شیمیایی، به منزله تولید هرچه بیشتر است و آنگاه که آمارهای تکان دهنده سازمانهای بهداشتی ملی وجهانی، بالاترین رقم ابتلا به بیماریهای گوارشی به ویژه سرطان را در شمال کشور ودر مقایسه با سایر مناطق اعلام نمود، زنگهای خطر به صدا در آمد.
آشنایی وکنترل آفات وبیماریها وآلودگی به فلزات سنگین، تغذیه بهینه برنج برای بالا بردن ارزش غذایی آن و به کار بستن میزان ریز مغذی ها به ویژه روی (zn) از جمله مواردیست که برای حصول به خواسته های فوق ضروری می نماید.نیاز به بررسی ومطالعه کاستی های برنج وشناخت دقیق نقصان های موجود و خطرهای پیش رو وبرنامه ریزی برای رفع تمام کاستی ها امری اجتناب ناپذیرمی باشد. دراین تحقیق به بررسی آلودگی برنج های داخلی به فلزات سنگین(کادمیوم وسرب) ومضرات وخطرات زیانبار آنها بر سلامتی ومنابع انتقال دهنده این فلزات به گیاه و همچنین مقا یسه میزان این فلزات با برنجهای پر مصرف وارداتی پرداخته شده است.با امید به اینکه با برنامه ریزی صحیح و مدیریت کارآمد بتوانیم با رفع تمام کاستی های برنج منجمله آلودگی به فلزات سنگین روزی در امر تولید برنج سالم به خودکفایی برسیم.
١-۳-اهداف، فرضیات و سوالات تحقیق
اهداف تحقیق (اهداف کلی، اهداف اختصاصی):
اندازه گیری میزان فلزات سنگین سرب و کادمیوم و روی در انواع برنج موجود در بازار ( داخلی و وارداتی) به روش اسپکترو متری جذب اتمی با کوره (1GFAAS).
فرضیات تحقیق:
١- میزان فلزات سنگین سرب و کادمیوم برنج داخلی موجود در بازار (هاشمی، شیرودی، طارم،ارگانیک،) بیشتر از حد مجاز استاندارد ایران می باشد.
٢- میزان فلزات سنگین سرب و کادمیوم برنج خارجی موجود در بازار (جوانه هندی، محسن هندی، سبز بهار هندی،یک نوع پاکستانی،) بیشتر از حد مجاز استاندارد ایران می باشد.
٣-میزان عنصر مفید روی در برنج های ایرانی بیشتر از برنج های وارداتی است و تأمین کننده نیاز گیاه می باشد.
٤-میزان عنصر مفید روی در برنج ها ی وارداتی بیشتر از برنجهای ایرانی و تأمین کننده نیاز گیاه می باشد.
سئوالات تحقیق:
١-آیا میزان فلزات سنگین سرب و کادمیوم برنج داخلی موجود در بازار با نشان های تجاری (هاشمی، شیرودی، طارم،ارگانیک) بیش از حد استاندارد ایران است؟
٢-آیا میزان فلزات سنگین سرب و کادمیوم برنج خارجی موجود در بازار با نشان های تجاری (جوانه هندی، محسن هندی، سبز بهار هندی،یک نوع پاکستانی،) بیش از حد استاندارد ایران است؟
٣-آیا میزان فلز روی در برنجهای ایرانی کمتر از حد مجاز استاندارد ایران است؟
٤- آیا میزان فلز روی در برنجهای وارداتی کمتر از حد مجاز استاندارد ایران است؟

فصل دوم : بررسی منابع
٢-١- تاریخچه
برنج بعد از گندم یکی از مهمترین غلات مصرفی مردم دنیاست، لیکن در مقایسه با گندم ارزش صنعتی آن به مراتب کمتر است، برای نمونه در کشور ژاپن از حدود ١٢ ميليون تن محصول برنج این کشور فقط ١٠% آن صرف مصارف صنعتی شده و بقیه برای مصارف خوراکی به کار می رود. این رقم در کشورهای در حال توسعه و غیر صنعتی از این مقدار هم کمتر است. در عوض مصارف خوراکی برنج دارای اهمیت بسیار زیادی است. برنج غذای اصلی حدود ٥٠ % از سکنه ی روی زمین را تشکیل می دهد، هر چند مقدار پروتئین آن از گندم بیشتر است، تا حدی که اسیدهای آمینه ضروری آن به حدود ٧٠% می رسد که کم و بیش برابر با پاره ای از پروتئین های حیوانی است، در حالیکه اسیدهای آمینه ضروری پروتئین گندم و حبوبات حدود ٤٨% است. گیاه برنج نیاز به آب فراوان و انرژی خورشید دارد و بنابراین به طور وسیع در مناطق خاصی از دنیا مانند چین، هندوستان، ژاپن، برمه و قسمتهایی از آفریقای جنوبی کشت می شود (رسول پایان،١٣٨٧).
واژه شلتوک، به دانه برنج همراه با پوست آن اطلاق می شود که از کلمه هندی چلتو(Chalto) گرفته شده است. برنج در انگلیسی Rice، در فرانسه Riz، در ایتالیا Rizo، در آلمان Ries نامیده می شود. سابقه کشت برنج در ایران به پایان دوره ساسانیان رسیده و گسترش وسیع آن از قرن دهم میلادی به بعد صورت گرفته است. کشت برنج در اکثر استان های ایران مرسوم می باشد اما عمده کشت برنج دراستان های گیلان و مازندران که حدود ٧٥ درصد کل سطح زیر کشت برنج کشور را در بردارد، انجام می گیرد. (زمانی و همکاران، ١٣٨٦).
براساس آخرین آمار (١٣٨٥) سطح زیر کشت برنج در کشور بیش از ٦٢٠ هزار هکتار می باشد. در حال حاضر بسیاری از کشاورزان بدون آگاهی از یافته های تحقیقاتی و اصول علمی در آسیا مشغول تولید برنج بوده و عدم رعایت مصرف بهینه کود و سم برای تولید محصول بیشتر باعث مشکلات زیست محیطی فراوان در این زمینه شده است (.همیشگی و همکاران، ١٣٨٧).
٢-٢-ترکیبات شیمیایی برنج
قسمت اعظم دانه برنج از هیدراتهای کربن تشکیل شده است که بیشتر آن نشاسته و در آندوسپرم قرار دارد. مواد پروتئینی یکی دیگر از ترکیبات دانه برنج را تشکیل می دهد. سایر ترکیبات دانه برنج شامل چربیها، مواد معدنی و ویتامینها با نسبتهای مختلف می باشد. نسبت هیدراتهای کربن و مواد نشاسته ای در آندوسپرم نسبت به لایه پریکارپ و آلرون بیشتر می باشد و نسبت مواد پروتئینی، چربیها و ویتامینها به خصوص مجموعه ویتامین B در لایه پریکارپ و آلرون به مراتب بیشتر از بخش آندوسپرم می باشد.(زمانی وهمکاران، ١٣٨٦).
با انجام عمل آسیاب کردن مقدار قابل توجهی از مواد با ارزش غذایی موجود در دانه حذف شده که رابطه مستقیم با میزان صیقل دانه برنج دارد. هرچه ضخامت لایه آلرون دانه برنج کم شود به همان نسبت از میزان ویتامینها و پروتئینهای دانه برنج نیز کاسته می شود. در ذیل قسمتهای مختلف تشکیل دهنده دانه برنج به تفکیک توضیح داده خواهد شد. (زمانی وهمکاران، ١٣٨٦).
٢-٢-١-نشاسته برنج
نشاسته از ترکیبات اصلی برنج و یک نوع پلی ساکارید است که ٧٠ تا ٧٣ درصد دانه برنج را تشکیل می دهد و پلیمری از گلوکز و دکستروز می باشد که از دو نوع هیدرات کربن بنام آمیلوز و آمیلوپکتین تشکیل شده و از لحاظ ساختمان شیمیایی با هم متفاوت می باشند.
آماس کردن ذرات نشاسته که در اثرجذب آب با افزایش درجه حرارت در هنگام پختن برنج حاصل شده و موجب افزایش لزجت آن شده و یکی دیگر از ویژگی های مهم نشاسته به شمار می آید که به آن درجه حرارت ژلاتینه شدن یا درجه آماس کردن می گویند. میزان نشاسته در دانه برنج ٩٠ درصد است که در انواع برنج ها و تولیدات آن متغیرمی باشد.(علیزاده و همکاران، ١٣٨٦).
٢-٢-٢-پروتئین دانه
بعد از نشاسته مهمترین ترکیب شیمیایی برنج پروتئین آن است که حدود ٧ تا ٨ درصد وزن دانه را تشکیل می دهد که این میزان در برنج قهوه ای ٩/٨ درصد و در برنج سفید شده ٦/٧ درصد و در بعضی نمونه ها به ٦درصد نیز می رسد. میزان پروتئین آسیاب شده برنج بین ٥ تا ١٠ درصد متغیر است در مورد برنج، عمده پروتئین از نوع گلوتئین است، در مورد اثر پروتئین برنج بر کیفیت پخت آن اگرچه منابع کافی وجود دارد اما بطور کامل مشخص نشده است. تعداد ١٧ اسید آمینه در این ماده از دانه برنج وجود دارد.
عواملی مانند شرایط محیطی نظیر میزان کود ازته و زمان مصرف آن، نور خورشید در زمان تکامل دانه و دورهرشد گیاه عواملی هستند که می توانند بر میزان پروتئین مؤثر باشند.
پروتئین بالای برنج موجب سخت تر شدن و شفافیت دانه می شود و رابطه مستقیمی بین مدت زمان پخت در انواع برنج با پروتئین وجود دارد. زیرا پروتئین غیر قابل حل در آب بوده و بصورت مانعی در برابر جذب آب عمل می نماید. پروتئین برنج از نظر میزان اسیدآمینه با پروتئین گندم وذرت متفاوت می باشد. بالا بودن ارزش بیولوژیکی و قدرت هضم پروتئین برنج موجب برتری آن برپروتئین گندم و ذرت می شود. برنج قهوه ای نسبت به نوع سفید شده تقریبا از میزان قند بیشتری برخوردار است و برنج بعد از جو دوسر دارای بیشترین مقدار لیزین می باشد. (٨/٣-٤درصد).
خوشبختانه در ایران ارقامی با پروتئین بالا نظیر رقم غریب ( ٣/١٢درصد)، بینام (٨/١١درصد )، صدری دم سفید (٢/١١درصد ) و صدری سالاری (١/١١درصد ) وجود دارد(علیزاده وهمکاران، ١٣٨٦).
٢-٢-٣-چربی
میزان چربی دانه برنج حدود ٣-١ درصد است. برنج همانند گندم منبع ضعیفی از چربی را دارا است که میزان آن در برنج قهوه ای حدود٢درصد و در طی مراحل سفید شدن دانه کاهش یافته و به ٣/٠درصد میرسد. به عبارت دیگر عمده چربیهای موجود در سبوس و جوانه دانه برنج در اثر آسیاب نمودن آن، از دانه جدا می گردد ( علیزاده وهمکاران، ١٣٨٦).
٢-٢-٤-ويتامین
برنج سفید دارای مقادیر کمی از ویتامین A وD محلول در چربی است. ولی میزان ویتامین E و B آن نسبتاً زیاد است و فاقد ویتامین C می باشد. مقادیر فوق کمتر از ١/٠درصد خمیر مایه ترش وجود دارد (علیزاده وهمکاران، ١٣٨٦).
٢-٢-٥-مواد معدنی
میزان مواد معدنی دانه برنج نظیر سایر غلات بوده و مقدار آهن آن کم و کلسیم موجود در برنج نیز نیاز غذائی انسان را برآورده نمی سازد. سایر مواد موجود در دانه برنج عبارتند از قندها، فیبر، اسیدهای آمینه آزاد، اسیدها با زنجیر کوتاه، ترکیبات فسفر و فیاتین که ترکیب اصلی فسفر موجود در برنج می باشد و بیش از ٨ درصد سبوس را تشکیل می دهد. خاکستر برنج شامل آهن، پتاسیم، منیزیم، گوگرد، فسفر و مقادیر کمتری از عناصر دیگر می باشد(علیزاده و همکاران، ١٣٨٦).
جدول ٢- ١: درصد عناصر موجود در انواع دانه برنج
عناصرواحددمسیاه
رشتی لنگرودیطارم
مازندرانصدری
رشتی لنگرودیبرنج امریکایی
سفید نشده سفید شدهآبگرم3/1029/101032/1061/91212انرژیگرم361364362360362360363پروتئینگرم1/991/74/789/875/85/77/6چربیگرم2/18/121/189/014/19/14/0فیبرگرم3/062/056/031/085/09/03/0خاکسترگرم5/042/05/05/041/02/15/0آهنمیلیگرم5/108/25/04/12/06/18/0کلسیممیلیگرم897473224کربوهیدراتگرم6/7869/7832/8009/7924/794/774/80ویتامینتیامینمیلیگرم16/012/015/021/018/034/07/0ریبوفلادینمیلیگرم2/02/04/03/03/05/03/0(زمانی وهمکاران، ١٣٨٦) .
٢-٣-طبقه بندی ارقام برنج از نظر تیپ اقلیمی
٢-٣-١-نوع ایندیکا2
این نوع برنج در مناطق گرمسیر در مقابل خشکی، بیماری و آفت مقاوم و از نظر زمان رویش ارقام مختلفی دارد. خصوصیات این نژاد، دانه دراز و طویل، ساقه های بلند و حساس به ورس و بیماری بلاست بوده و خاصیت کودپذیری آن کم و در کشورهای هندوستان، سریلانکا، تایلند، مالزی و پاکستان کشت می شود.
٢-٣-٢-نوع ژاپونیکا3
این نوع برنج ها از چین به ژاپن و کره انتقال یافته و از نوع برنج معتدل و در مقابل سرما مقاوم بوده، ساقه آنها نسبتا کوتاه و دانه آن گرد و کوتاه می باشد. این نوع برنجها پس از پخت بهم چسبیده و مقاوم به ورس و خاصیت کودپذیری آن خوب می باشد.
٢-٣-٣-نوع جاوانیکا4
از نوع حد واسط برنج بوده که از کشور اندونزی به تایلند و فیلیپین و سپس به تایوان برده شده و در کشورهای اندونزی، فیلیپین، تایوان و ژاپن کشت می گردد(محمد جواد معین، ١٣٦٩).
٢-٤-طبقه بندی ارقام برنج از نظر گیاه شناسی
٢-٤-١-برنج دانه بلند
اندوسپرم این گونه برنج ها سفت و شیشه ای است، که پس از پخت، خشک و دانه دانه شده که بهترین این نوع برنجها در کشورهای هندوستان، تایلند، اندونزی، سورینام، آمریکای جنوبی و ویتنام کشت می گردد.
٢-٤-٢-برنج دانه متوسط
اندوسپرم این گونه برنج ها نرم و گچی است، هنگام پخت حدود ١٥ درصد نشاسته به آب برنج می دهند و عموماً در چین، مصر و ایتالیا کشت می گردند.
٢-٤-٣-برنج دانه گرد یا کوتاه
اندوسپرم این گونه برنج ها نرم و گچی است که در مناطق شبه حاره، همچون کالیفرنیا، مصر، ایتالیا، ژاپن، پرتقال و اسپانیا کشت می گردد(زمانی وعلیزاده، ١۳۸٦)
٢-٥-کیفیت دانه برنج5
کیفیت دانه برنج با توجه عطر، طعم، قابلیت هضم، اندازه و خوش پخت بودن دانه تعریف می گردد. کیفیت دانه برنج را با تقسیمات ذیل مشخص می نمائیم.
٢-٥-١-کیفیت تبدیل6
قابلیت تبدیل شالی به برنج سفید، بدون شکستگی بالا را کیفیت تبدیل می گویند. بطوریکه هر چه نسبت برنج سالم و کامل در مقایسه با برنج شکسته بیشتر باشد از کیفیت تبدیل بالاتری برخوردار می باشد. برنج بعد از برداشت و خرمنکوبی قابل مصرف نیست، زیرا شلتوک از پوشش غیر خوراکی که خارجی ترین قسمت برنج7 می باشد تشکیل شده است. این لایه خود از پالئا8 و لما9 تشکیل یافته است و حدود٢٠درصد وزن شلتوک را شامل می شود. در طی مراحل پوست کنی (تبدیل) ابتدا شلتوک به برنج قهوه ای و سپس به برنج سفید تبدیل می شود و لایه آلرون که حاوی نشاسته است باقی می ماند. از نظر تولید کننده برنج، کیفیت تبدیل خوب عبارتست از مقداربرنج سالم زیاد و سبوس کم (راندمان بالا در تبدیل) ولی شاخص موردنظر مصرف کننده و بازار که مبنای قیمت گذاری برنج می باشد، عبارت است ازشفافیت، گچی بودن، درجه تبدیل، نقاط سیاه، دانه های فاسد، دانه با غشاء قرمز، اجسام خارجی، خرده برنج، واریته های مخلوط و طول دانه که هر یک به طریقی باعث کاهش یا افزایش قیمت برنج در بازار می گردد.. لازم به ذکر است که برنج سالم به برنجی اطلاق می گردد که طول آن بیشتر از ٧٥ درصد طول دانه کامل می باشد.. بنابراین در عملیات تبدیل شلتوک به برنج سفید برنج کامل، شکسته، پوسته، سبوس حاصل می گردد(زمانی وعلیزاده، ١۳۸٦)
٢-٥-٢-اندازه دانه
اهمیت اندازه دانه و شکل دانه از یک گروه مصرف کننده به گروه دیگر متفاوت است.. بعضی از جوامع به برنجهای دانه گرد و کوتاه و بعضی دیگر به برنجهای دانه متوسط و بلند توجه دارند ولی اغلب جوامع، دانه بلند را ترجیح می دهند.. به همین دلیل در بازار بین الملل تقاضا برای این نوع برنج ها بیشتر می باشد.
٢-٥-٣-ظاهر دانه
ظاهر دانه بوسیله تیرگی آندوسپرم وگچی بودن آن در ناحیه شکم (شکم سفیدی) و در ناحیه مرکز (مرکز سفید) و وضعیت چشم مشخص می شود. در بسیاری از واریته ها، دانه در هنگام تبدیل در محل استقرار جنین که بنام چشم است تمایل بیشتری به شکستگی دارند و نمونه هائی با جنین آسیب دیده دارای ظاهری ضعیف هستند و دانه هائی که نواحی گچی در آن زیاد است، بازار پسندی کمی دارند.مناطق گچی در مقایسه با مناطق شفاف دارای تراکم کمتری از نظر نشاسته است و در بین مولکولهای نشاسته آنها نیز هوا وجود دارد،، در نتیجه در مناطق گچی همانند مناطق شفاف سخت نبوده و در اثر تبدیل، خرده برنج بیشتری تولید می کنند. طبقه بندی نواحی گچی آندوسپرم برنج با توجه به میزان گچی بودن آن ارزیابی شده، بدین صورت که شرایط بدون گچی کمتر از ١٠ درصد، بین ١٠-٢٠درصد و بیش از ٢٠ درصد به ترتیب، صفریک، پنج و نه ارزیابی می گردد(زمانی وعلیزاده، ١۳۸٦).
٢-٥-٤-کیفیت پخت10
کیفیت پخت و مصرف بطور گسترده توسط اندازه گیری موادی که ناشی از وجود نشاسته (٩٠ درصد ماده تشکیل دهنده برنج) می باشد، مشخص می گردد. فاکتور عمده ای در سطح جهان و عوامل محلی نیز وجود دارد که وابستگی کامل به سلیقه و ذائقه مصرف کننده داشته و در نواحی مختلف جهان متفاوت بوده که عبارتند از : درصد آمیلوز،، درجه حرارت ژلاتینی شدن، قوام ژل نشاسته و طول دانه.
٢-٥-٥-کیفیت تغذیه ای برنج11
برنج در میان مواد غذایی که از لحاظ کربوهیدرات ها غنی می باشند، دارای ارزش غذایی بالائی می باشد. ترکیبات برنج با نوع واریته و محیطی که در آن کشت می شود تغییر می یابد. میزان نشاسته در آندوسپرم برنج سفید بیشتر از لایه سبوسی است و مقدار آن از پیرامون تا مرکز اندوسپرم افزایش می یابد و بالعکس موادی از قبیل پروتئین، مواد معدنی، فیبر، چربی، ویتامین از پیرامون تا مرکز دانه کاهش می یابد.
٢-٦-شناخت ارقام مختلف برنج رایج در بازار مصرف کشور
اخیراً موسسه تحقیقات برنج کشور به منظور افزایش تولید، متوسط عملکرد و در راستای خودکفائی این محصول استراتژیک، ارقام پرمحصول متعددی را معرفی نموده که تا حدودی در نیل به اهداف خود موفق بوده است. از طرفی به دلیل شباهت زیاد ارقام معرفی شده با ارقام مرغوب و کیفی برنج، مشکلاتی را برای مصرف کنندگان عامی که قدرت تشخیص و تمایز این دونوع را ندارند، پدید آورده و زمینه را برای سودجوئی افرادی خاص مهیا که ارقام غیر کیفی و ارزان را با ارقام کیفی مخلوط و بفروش رسانده وموجب مغبون شدن مصرف کننده می گردد که با این عمل ضمن ایجاد بدبینی در این قشر به شهرت و اعتبار برنج مرغوب و اصیل ایرانی در بازار جهانی لطمه زده و از طرفی اتهام اختلاط ارقام مختلف برنج کیفی و غیر کیفی را به سمت قشر شریف و زحمتکش شالیکاران وتولیدکنندگان برنج کشور منحرف نمایند.حال، با توجه به ذکر موارد فوق، بر شمردن راهکارهای نسبی شناخت ارقام کیفی و انواع پرمحصول برنج ضروری بوده که جهت آگاهی بیشتر نسبت به معرفی مشخصات ظاهری و کیفی برخی از انواع برنج های موجود در بازار مصرف اقدام تا شاید گامی مثبت در جهت حل این مشکل موجود در بازار مصرف برنج کشور برداشته شود (زمانی وعلیزاده، ١۳۸٦).
٢-٦-١-میزان عطر، بو و طعم برنج
اکثر ارقام کیفی و مرغوب برنج از عطر، بو و طعم خوش برنج برخوردار بوده که با انجام آزمایش تجربی وساده، یعنی قراردادن مقداری برنج و محصور نمودن آن بین کف دست و سپس دمیدن و استشمام آن، که از این عمل رایحه معطر ارقام کیفی احساس و در ارقام غیر کیفی این عطر به مشام شخص احساس نمی شود و یا در برنج های مخلوط شده بسیار کم احساس می گردد. البته بعضی از ارقام پرمحصول جدید که در سالهای اخیر معرفی شده اند دارای کمی عطر می باشند مانند رقم فجر (زمانی وعلیزاده، ١۳۸٦).
٢-٧-بررسی وضعیت تولید و میزان واردات برنج کشور
با توجه به اینکه میزان واردات برنج کشور، تحت تاثیر میزان تولید و نوسان مصرف سرانه برنج می باشد، هر یک از عوامل مؤثر به شرح ذیل مورد بررسی قرار می گیرد.
٢-٧-١-سطح زیر کشت وتولید برنج
بطور کلی با توجه به اینکه افزایش سطح زیر کشت اراضی شالیزاری در کشور به دلیل عدم تأمین آب کافی دچار محدودیت است، افزایش تولید و متوسط عملکرد برنج نیز در گرو عوامل مختلفی از قبیل، شرایط مساعد جوی، تأمین آب مطمئن مورد نیاز اراضی، حمایت و تقویت همه جانبه دولت از کاشت محصول ارقام پرمحصول و سایر عوامل مؤثر می باشد(زمانی وعلیزاده، ١۳۸٦).
٢-٧-٢-واردات برنج
یکی از عوامل عمده و تأثیر گذار در میزان واردات برنج، میزان تولید برنج داخلی در همان سال می باشد که با نگاهی دقیق بر واردات برنج کشور در می یابیم که نه تنها رابطه و هماهنگی لازم و اصولی برقرار نشده بلکه در بعضی از سال ها، خلاف این مورد وجود داشته وحتی با روند افزایش جمعیت نیز همخوانی ندارد. نکته مهم و قابل توجه این بوده که واردات برنج فقط مربوط به واردات قانونی دولت نبوده و سایر واردات ازقبیل سهمیه مرزنشینان و قاچاق که مقادیر قابل توجهی نیز برخوردار است در آن محاسبه و منظور نمی گردد. قابل ذکر است که میزان سهمیه واردات مرزنشینان حدود پنجاه درصد میزان واردات رسمی برنج کشور می باشد. از ذکر موارد فوق میتوان نتیجه گرفت که طی سال های اخیر نه تنها حمایت قابل توجهی از تولید برنج کشور نشده بلکه با واردات بی رویه و ناهماهنگ با تولید داخل لطمه ای زیاد به این محصول استراتژیک وارد آمده و باعث کاهش کیفیت برنج داخلی شده است. در مجموع اگر نیمی از حمایتي که ازصنایع خودرو کشور ( با کیفیت آنچنانی ) می شود، در مورد تولید برنج کشور صورت می پذیرفت، وضعیت تولید داخلی بسیار مطلوب تر از شرایط فعلی می گردید.
٢-٧-٣-مصرف برنج کشور
برخی از مردم بر این باورند که افزایش مصرف برنج در هر خانوار بستگی به میزان درآمد آن دارد، با توجه به اینکه برنج حاوی مقدار زیادی نشاسته بوده و عامل مهمی در چاقی افراد می باشد، تفکری را در ذهن ایجاد مینماید که به طور معمول افراد متمول ضمن ایجاد تنوع در جیره غذائی خود ترجیح می دهند با مصرف انواع سالادها، پیش غذا و دسر از مصرف زیاد برنج کاسته تا از رژیم غذائی مناسبی پیروی نمایند، واجرای این نوع رژیم غذائی با وجود صرف هزینه بیشتر نسبت به مصرف برنج، در توان افراد کم درآمد نبوده و مسلماً تهیه و مصرف برنج به عنوان یک وعده غذای کافی و کامل ازصرف هزینه کمتر و ارزان تری برخوردار است. حال نتیجه می گیریم که محاسبه مصرف سرانه برنج با استفاده از فرمول مجموع میزان برنج تولید شده کشور و برنج وارداتی به تعداد جمعیت مصرف کننده برنج یک جامعه صحیح و اصولی نبوده و این نحوه محاسبه در تعریف عرضه سرانه می باشد نه مصرف سرانه. به هر حال با بررسی و آماربرداری دقیق می توان میزان واقعی مصرف سرانه برنج هر خانوار، مخصوصاً جیره غذائی افراد جوان و نوجوان خانواده را تعیین و به اندازه و مقدار واقعی مصرف سرانه برنج پی برد، که این مهم در حیطه وظایف انستیتو تغذیه کشور می باشد(زمانی وعلیزاده، ١۳۸٦).
جدول ٢- ٢: میزان سطح زیر کشت، تولید و عملکرد شلتوک ، تولید برنج ،ضریب خودکفایی و مصرف سرانه برنج کشور طی سال های ١٣٨٧-١٣۸٤
شرح عناوینسال۸٤سال۸٥سال۸٦سال۸٧برنج(تن)١٩٢٠٩٢٢٠۸۳٩٢۸٢٢٠٦٢٥٤٢٧١٦٧٠٠جمعیت(نفر)٦۸٤٠٠٠٠٠٦٩٥٠٠٠٠٠٧٠٦٠٠٠٠٠٧١٧٠٠٠٠٠مصرف سرانه (کیلوگرم)٥/۳٦٥/۳٦٥/۳٦٥/۳٦ضریب خودکفایی٧/٧٧۸٠۸/۸٤٧/١٠٢سطخ زیرکشت(هکتار)٦١٢٠٠٠٦١٢٠٠٠٦١٢٠٠٠٦١٢٠٠٠عملکرد(کیلوگرم)٤۸٠٠٥٠۳٠٥٤٠٩٦٦٥۸تولید شلتوک (تن)٢٩٥٧٠٠٠۳١٥٧٠٠٠۳۳٤٢٠٠٠٤١١٦٢٠٠
٢-٨- سیستم های مواد غذایی –گیاه – خاک در برنج
٢-٨-١-سیستم کشت ماندابی12
سیستم های کشت در مناطق برنج خیز جهان را می توان به دو گروه اصلی طبقه بندی کرد: سیستم کشت به صورت خشکه کاری (بالا دست)13 و سیستم کشت ماندابی(پایین دست)تقریباً سه چهارم از مناطق برنج خیز در جهان، تحت شرایط غرقابی و یا مرطوب کشت می شوند. گیاه برنج دارای طبیعت نیمه مرطوب بوده و سیستم های مواد غذائی، گیاه و خاک آن در شرایط مرطوب، کاملاً با محصولات خشکه و یا محصولات حد واسط متفاوت است.گیاه برنج به علت سازگاری فيزيولوژیکی و ریخت شناسی که در نهایت به ایجاد شرایط اکسیدی در محیط ریزوسفر منجر می شود، می تواند در خاک های غرقابی زنده بماند. محصول برنج درشرایط مرطوب دارای تولیدات بیولوژیکی و عملکرد بالاتری است. خصوصیات فیزیکوشیمیایی، الکتروشیمیایی و بیوشیمیایی زمین های غرقابی، به طور کامل از خاک های خشک و دارای تهویه خوب، متفاوت است. به همین دلیل دانستن روشهای صحیح تغذیه و افزایش راندمان آبیاری در سیستم برنج ضروری است(راجو، ٢٠٠٧).
٢-٨-٢-سیستم خاک
هنگامی که خاک غرقاب می شود، تأمین اکسیژن در آن به طور کامل متوقف می شود. با قرار گرفتن آب بر روی خاک، تخلخل خاک تغییر می کند. پخشیدگی مولکول های اکسیژن ازطریق آب غرقاب در اراضی آبی تا حدی امکان پذیر است. پخشیدگی اکسیژن به علت حضور آب بر روی سطح خاک در حدود ١٠ هزار برابر کاهش می یابد، مقداری از اکسیژن هم در داخل روزنه ها به تله می افتد که آن هم خیلی سریع توسط باکتری های غیر هوازی مصرف می شود.
در مناطق گرمسیری تخلیه اکسیژن در طی یک روز و یا هنگام غرقاب خاک ها در طول فصل بارانی اتفاق می افتد(راجو، ٢٠٠٧).
٢-٨-٣-پتانسیل رداکس14
خصوصیات فیزیکوشیمیایی که یک خاک غرقابی را از یک خاک با تهویه و زهکشی خوب متمایز می کند، پتانسیل اکسایش– کاهش نام دارد. کاهش پتانسیل رداکس، به دلیل تغییرات الکتروشیمیایی قابل توجه در خاک غرقاب می باشد. خاک های دارای تهویه خوب، اغلب از طریق پتانسیل رداکس (٤٠٠ + میلی ولت و یا بیشتر) نسبت به خاک های غرقابی، متمایزمی شوند. اگر فرآیند احیاء به اندازه کافی شدید باشد، خاک های غرقابی دارای پتانسیل رداکس پایین تر از ٣٠٠ – میلی ولت خواهند بود. در غیاب اکسیژن باکتری های غیر هوازی ترکیبات خاک مثل نیترات و اکسید منگنز، اکسیدهای آهن، سولفات و دی اکسید کربن را به عنوان پذیرنده الکترون برای تنفس به کار می برند که در نتیجه خاک حالت احیایی پیدا می کند(راجو، ٢٠٠٧).
٢-٨-٣- مناطق اکسیدی و احیایی در خاک
یک خاک غرقاب به طور یکنواخت، عاری از اکسیژن نيست. غلظت اکسیژن در لایه سطحی به ضخامت چند میلی متر و احتمالاً در خاک تحتانی بالاست. منطقه عاری از اکسیژن و یا منطقه احیایی بین این لایه ها قرار دارد. این لایه منطقه اصلی برای ریشه گیاه می باشد. لایه سطحی که غنی از اکسیژن است را می توان در حد فاصل آب و خاک که غنی از اکسیژن است از طریق یک رنگ قهوه ای و انواع متعددی از اکسیدهای معدنی نظیر〖Fe〗^(3+)، 〖Mn〗^(4+)، 〖No〗^(3-)، 〖So〗^(3-) و میکروفلور هوازی، شناسایی کرد. این میکروارگانیسم های هوازی در فعالیت های بیولوژیکی نظیر آنچه که در خاک های دارای تهویه مناسب اتفاق می افتد، دخالت دارند. خاک آلی و هوموسی، به علت مصرف شدید اکسیژن بوسیله میکروارگانیسم های هوازی، دارای یک لایه نازک اکسیدی می باشد. در لجن زیر لایه اکسیدی نازک، غلظت اکسیژن به سرعت و به طور فاحش افت می کند و با افزایش عمق تقریباً غلظت اکسیژن به صفر می رسد. تنفس غیر هوازی در لایه فعال است. فرآیند احیا بیولوژیکی موجب تجمع یون های شیمیایی احیایی مثل 〖NH〗^(4+)، 〖Fe〗^(2+)، 〖Mn〗^(2+) و H_2S شده و نتیجه، تنفس غیرهوازی تولید گازهایی مانند متان و هیدوژن است(راجو، ٢٠٠٧).
٢-٨-٥-سیستم گیاه برنج
٢-٨-٥-١-آناتومی ریشه ها
برنج تنها گیاه غله ای است که میتواند در خاک های غرقاب رشد نماید، زیرا برنج قادر است محیط ریزوسفر خود را اکسید نماید. طبیعت، سازگاری مورفولوژیکی و به علاوه سازگاری فیزیولوژیکی مختلفی به گیاه برنج برای زنده ماندن در شرایط ماندابی بخشیده است. اکسیژنی که در برگ در طول فرآیند فتوسنتز آزاد می شود ازطریق آئرانشیم موجود در سیستم گیاه و کانال های لیزوژنیک موجود در بافت کورتکس ریشه، به ریشه منتقل می شود. به علاوه ریشه های گیاه برنج ساختار اسفنجی دارند و سلول هایشان با هوا پر شده است. منفذهای موجود در ریشه برنج با افزایش عمق غرقاب افزایش می یابد این اکسیژن برای تأمین نیازهای تنفسی سلول های ریشه کافی است(راجو، ٢٠٠٧).
٢-٨-٦-سازگاری فیزیولوژیکی :
تحمل فیزیولوژیکی برنج به شرایط غرقابی به این صورت است که استاتی که در ریشه از استیل کوآنزیمA15 تولید می شود از طریق چرخه اسید گلیکولیک16 به دی اکسید کربن تجزیه شده و در این فرآیند آب اکسیژنه H_2 O_2 تولید می کند. آب اکسیژنه تولیدی بوسیله یک آنزیم کاتالیز کننده، تولید اکسیژن می کند که برای ریشه ها قابل استفاده است. آنزیم اکسید کننده کاتالاز17 که در ریشه برنج وجود دارد نسبت به هر محصول زراعی دیگری بسیار بیشتر است. بنابراین ریشه های برنج اکسیژن خود را نه فقط ازطریق سیستم تهویه داخلی ( فضای درون سلولی)، بلکه ازطریق فرآیندهای آنزیمی به صورت شیمیایی نیز آن را به دست می آورند(راجو، ٢٠٠٧).
قدرت اکسید کنندگی ریشه برنج به چندین عامل بستگی دارد. این فرآیند با تغییر در مرحله رشد محصول و وضعیت مواد غذایی بافت ها تغییر می کند. قدرت اکسیدکنندگی در مراحل اولیه رشد بیشتر بوده و بعداز گل دهی بتدریج متوقف می شود. این فرآیندها همچنین با افزایش تابش نور خورشید افزایش و هنگامی که گیاه دارای کمبود عناصری مانند نیتروژن، فسفر و پتاسیم است کاهش می یابد(راجو، ٢٠٠٧).
٢-۸-٧-قدرت سبز شدن در شرایط غرقابی:
بذر برنج در رطوبت خاک ٢٧ درصد یا بیشتر سبز می شود. بذر برنج همچنین در شرایطی که ارتفاع آب بیش از ١٥ سانتی متر باشد هم می تواند رشد نماید زیرا نسبت به بذر و غلات دیگر به اکسیژن کمتری نباز دارد. همچنین دانه برنج در هنگام جوانه زنی قادر به آزاد سازی اکسیژن از طریق فرآیندهای آنزیمی می باشد. نشاهای برخی از ارقام می توانند زیر آب به مدت ١٥ روز زنده بمانند. بذر کاشته شده در زیر آب خیلی بهتر نسبت به موقعی که در سطح خاک کاشته شود جوانه می زند. هر نوع خاکی که بوسیله آب پوشیده شود تأمین اکسیژن برای بذر را کاهش می دهد و فرآیند جوانه زنی با افزایش ارتفاع آب کاهش می یابد. بذرکاری در شرایط آبی در هنگام صبح نسبت به دیروقت (غروب) ارجحیت دارد زیرا در آب سرد مقدار اکسیژن حل شده نسبت به آب گرم بیشتر است. تنفس غیر هوازی، برنج را قادر ساخته که حتی در سطوح پایین اکسیژن هم سبز شود. شرایط غرقاب همچنین غلظت روی و مس محلول آب را کاهش داده و سبب کمبود این عناصر در برنج می شود ( راجووهمکاران، ٢٠٠٧).
٢-٩-١آناتومی برنج:
برنج یکی از گیاهان مهم تیره غلات می باشد که به جنس اوریزا(Oryza) تعلق دارد. دو گونه مهم آن ساتیوا(Sativa) و گلابریما(Glaberrima) فقط در مناطق کوچکی از آفریقای غربی مورد توجه می باشد. برنج گیاهی یکساله و علفی است که دارای ریشه افشان و قوی می باشد. رشد متراکم ریشه این گیاه پانزده روز پس از نشاء آغاز می شود و تا زمان ظهور گل ادامه می یابد. در زمان خوشه دهی حداکثر رشد در ریشه رخ می دهد. عموماً تعداد ریشه های تشکیل شده به دمای آب وخاک، چگونگی آبیاری مزرعه، روش شخم، مقدار کود مصرفی و خصوصیات گونه مورد نظر بستگی دارد. اندازه ریشه برنج اصولاًمتغیراست اما معمولاً کوچک و طول آن مابین ٤٠-٣٠سانتی متر می باشد. همگام با رشد گیاه برنج، ریشه های آن ساختمان گیاهان آبزی را پیدا می کنند و بافت آرانشیم(Aerenchyma) در آن تشکیل می شود. این بافت یک پوست تغییر یافته ای است که در ریشه، ساقه و برگ ها وظیفه هدایت اکسیژن را از اتمسفر به ریشه یا خاک دارند.
ساقه گیاه برنج توسط گره های سفتی به بخش های مختلف تقسیم می شود. فواصل میان گره ها در بخش های بالایی گیاه زیاد و در بخش های پائینی، کم هستند. تعداد این فواصل میان گره ای، به گونه و طول فصل رشد گیاه بستگی دارد. ارتفاع این گیاه اصولاً بر اساس خصوصیات گونه ای بین ٥٠ سانتی متر تا ٢٠٠سانتی متر متغیر است، اما در کشورهای جنوب شرقی آسیا انواعی با ارتفاع پنج تا شش متر وجود دارند. ساقه برنج از نظر قطر نیز متفاوت است. بخش پائینی ساقه ضخیم و بخش بالایی آن باریکتر می باشد. این موضوع باعث استحکام بخشیدن به گیاه می شود. از طرفی باید اذعان کرد که ساقه های قطور لزوماً مقاوم نیستند. اینگونه ساقه ها، اغلب اوقات در ابتدا مقاوم و حالت ارتجاعی دارند اما به هنگام رسیدگی گیاه برنج، این ساقه ترد و شکننده شده و اغلب از فواصل میان گره ای دوم و سوم در اثر وزش باد شکسته می شوند. برعکس در بعضی گونه های جدید ساقه های باریک در برابر باد مقاومت بیشتری از خود نشان می دهند. استحکام ساقه برنج به ضخامت دیواره کاه آن بستگی دارد. برگ برنج دراز و صاف است. برگ دارای یک پوشش غلافی است که ساقه گیاه را احاطه کرده و بصورت یک در میان بطور متناوب روی آن قرار دارند. تعداد برگ های گیاه معمولاً به تعداد گره های ساقه می باشد، هر چند گونه های جدید، تعداد بیشتری برگ دارند. برگ های برنج می تواند بصورت راست، یا کمی تا خیلی زیاد دارای حالت افتادگی باشد. خوشه سنبل در انتهای ساقه قرار دارد و دارای شاخه های فرعی با محورهای ثانوی می باشد. روی هرسنبلک، به طور معمول سه گل وجود دارد که فقط یکی از آنها بارور شده و دوتای دیگر عقیم می مانند. گلدهی برنج فوراً پس ازظهور خوشه آغاز می شود. این رخداد معمولاً پیش از ظهور خوشه به وقوع می پیوندد. بیشترین تعداد گل ها دو یا سه روز پس از ظهور خوشه ها نمایان می شوند. برنج یک گیاه خود تلقیحی (Self Pollinator) است (اسدی رحمانی،١٣٨٣).
دمای زیاد محیط و طول زیاد روز تا ١٢ ساعت برای رشد مناسب این گیاه ضروری است. سرمای دیررس تا ٥/٠- درجه سانتیگراد موجب ایجاد صدمه به گیاه و تا ١- درجه سانتیگراد برای گیاه کشنده است. pH مناسب خاک برای آن هفت می باشد اما pH بین ٥/٦-٦/٥بسیار مناسب است. برنج به مواد غذایی زیادی نیاز دارد مانند نیتروژن، فسفر و پتاسیم، که در طول فصل رشد مقدار زیادی از آن را جذب می نماید. به همین دلیل به برنج، فقیرکننده خاک (Impoverisher) گفته می شود (کاووسی، ١٣٨٠).
٢-١٠-تغذیه برنج و مدیریت کودی:
کود یکی از مهمترین عوامل تولید محصول برنج است. استفاده از کود از سال ١٩٠٠ میلادی به بعد، موجب افزایش محصول در جهان گردیده و کشور ژاپن از جمله کشورهایی است که از کود نهایت استفاده را می نماید. کود قادر است به میزان محصول بیفزاید ولی این افزایش محصول تابع عواملی از قبیل نحوه مصرف کود، مقدار مصرف، شرایط اقلیمی و اکولوژیکی خواهد بود. همانطور که کود باعث بالا رفتن میزان محصول می شود ولی استفاده بیش از اندازه توصیه شده و نیز کاشت ارقامی که پاسخ مثبت به معرفی کود نمی دهند، هر کدام از این عوامل به ترتیب ٢٠ تا ٥٠ درصد و٢٠تا ٤٠ درصد می تواند در کاهش محصول مؤثر باشد(اخوت، ١٣٧٦).
در برنجکاریهای مازندران در شرایط معین و متداول سایر عوامل (نوع رقم، مقدار آب، … ) افزایش تولید ناشی از مصرف کود می تواند طیفی از صفر تا ١٠٠ درصد را شامل گردد. دو نکته مهم در مصرف کود که باید مورد توجه قرار گیرد مصرف مقادیر مناسب کود بر اساس درجه حاصلخیزی خاک و مصرف متعاذل کود می باشد(فلاح، ١٣٧٤). به عبارت دیگر مصرف بهینه کود در گرو مصرف کارآمد (دارای راندمان بالای استفاده از کود) و مصرف متعادل (تأمین نیاز تمامی عناصر غذایی مورد نیاز گیاه) آن می باشد(سعادتی، ١٣٨٠). بنابراین با تنظیم مقدار مصرف کود بر اساس نیاز گیاه (نوع رقم)، آزمون خاک و افزایش راندمان مصرف کود (کاهش مصرف کودهای شیمیائی) بدون کاهش عملکرد در واحد سطح می توان درکل هزینه تولید، صرفه جوئی نمود.
٢-١٠-١-نیتروژن
نیتروژن در تمام دوره رشد گیاه مورد نیاز می باشد اما زمان حداکثر مورد نیاز بین ابتدای پنجه زنی تا اواسط آن و نیز مرحله خوشه دهی اولیه می باشد. ذخیره کافی از نیتروژن در دوره رسیدن دانه برای تأخیر پیری برگ، ثابت ماندن فتوسنتز در زمان پرشدن دانه و افزایش درصد پروتئین دانه موردنیاز می باشد. این عنصر در داخل گیاه خیلی متحرک بوده و بدلیل انتقال آن از برگهای پیر به برگهای جوان تر، علائم کمبود آن ابتدا در برگهای پیر مشاهده می شود (ملکوتی و همکاران، ١٣٨٣). یکی



قیمت: تومان

دسته بندی : پایان نامه ارشد

پاسخ دهید