خاکورزی یکی از ارکان اصلی و ضروری کشاورزی پایدار است که بسته به نوع آن می تواند تاثیر مثبت یا منفی بر ویژگی های مختلف خاک داشته باشد. از این رو، در پژوهش حاضر اثر خاکورزی کوتاه مدت (1390-1384) شامل خاکورزی رایج توسط گاوآهن های برگرداندار و بشقابی، و نیز خاکورزی حفاظتی توسط گاوآهن های قلمی و دوار طی سه سال نمونه برداری (1388، 1389و 1390) بر برخی شاخص های فیزیکی، شیمیایی و میکروبیولوژیکی کیفیت خاک و نیز توزیع کربن و نیتروژن کل خاک در خاکدانه ها ریز و درشت در عمق 20-0 سانتی متر یک خاک آهکی واقع در شهرکرد مورد بررسی قرار گرفت. این تحقیق به صورت آزمایش مرکب (تکرار چهار شیوه خاکورزی طی سه سال نمونه برداری) در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی در سه تکرار اجرا گردید. نتایج نشان داد نوع مدیریت خاکورزی (رایج و حفاظتی) بر ویژگی های شیمیایی اندازه گیری شده از قبیل کربن و نیتروژن کل خاک، ماده آلی ذره ای، فسفر و پتاسیم قابل جذب و ph خاک اثر معنی دار نداشت (05/0p>)، در حالی که اثر سال نمونه برداری بر تمام ویژگی های ذکر شده معنی دار بود (05/0>p). نتایج تجزیه و تحلیل ویژگی های فیزیکی خاک حاکی از افزایش شاخص های پایداری خاکدانه مانند میانگین وزنی قطر خاکدانه ها (6/1-1 درصد)، درصد خاکدانه های درشت (95/3-2/2 درصد) و نسبت خاکدانه سازی (55/7-06/4 درصد) بر اثر خاکورزی حفاظتی بود. جرم مخصوص ظاهری خاک در خاکورزی رایج نسبت به خاکورزی حفاظتی افزایش معنی دار (26/5-58/2 درصد) نشان داد. به استثناء جز جرم مخصوص ظاهری، سایر شاخص های فیزیکی خاک طی سه سال نمونه برداری بدلیل برگشت بقایای گیاهی و کود سبز به خاک همواره افزایش قابل توجهی نشان دادند. نتایج تجزیه و تحلیل ویژگی های میکروبیولوژیکی خاک نیز حاکی بود که خاکورزی حفاظتی موجب افزایش کربن (8/46-8/17 درصد) و نیتروژن (9/16-25/2 درصد) توده زنده میکروبی، نسبت کربن توده زنده میکروبی به کربن کل خاک (6/53-4/17 درصد)، نسبت کربن به نیتروژن توده زنده میکروبی (6/22-12 درصد)، تنفس ناشی از سوبسترا (1/51-2/24 درصد) و نیز فعالیت آنزیم های اوره آز (118-2/81 درصد)، آلکالین فسفاتاز (4/53-3/30 درصد) و کاتالاز (8/56-3/17 درصد) گردید. از طرفی خاکورزی حفاظتی کاهش معنی دار معدنی شدن کربن (5/28-5/10 درصد) و نیتروژن (20-8/13 درصد) و نیز کسر متابولیکی (5/47-3/26 درصد) را به همراه داشت. تمام ویژگی های میکروبیولوژیکی به دلیل برگشت بقایای گیاهی به خاک وکشت گیاهان لگوم طی سال های نمونه برداری افزایش معنی دار و محسوس نشان دادند. نتایج حاصل از توزیع کربن و نیتروژن کل خاک در خاکدانه ها نیز حاکی از افزایش کربن (5/10-10 درصد) و نیتروژن (9/14-2/13 درصد) خاکدانه های درشت (2-25/0 میلی متر) بر اثر استفاده از شیوه خاکورزی حفاظتی بود. به طور خلاصه، خاکورزی حفاظتی علی رغم عدم افزایش میزان ماده آلی کل خاک (کربن و نیتروژن)، همه ی شاخص های مرتبط با خاکدانه سازی و پایداری خاکدانه ها، توزیع کربن و نیتروژن کل در خاکدانه ها و نیز اغلب ویژگی های میکروبیولوژیکی خاک به جز معدنی شدن کربن و نیتروژن را افزایش داده است. بدین ترتیب، پاسخ ویژگی های میکروبی خاک به نوع خاکورزی کوتاه مدت سریع تر و حتی حساس تر از ماده آلی خاک است. بنابراین می توان نتیجه گرفت که کاهش شدت خاکورزی و عدم استفاده از ادوات سنگین خاکورزی مانند گاوآهن های برگرداندار و بشقابی به همراه کشت گیاهان لگوم، به ویژه در خاک های مناطق خشک و نیمه خشک با ماده آلی اندک، به دلیل افزایش پایداری ساختمان خاک و حفظ خاکدانه-های درشت که از ریز مکان های مهم زندگی ریزجانداران خاک محسوب می گردند، می تواند به بهبود و ارتقاء کیفیت بیولوژیکی خاک و نیز افزایش ترسیب کربن در خاکدانه های ماکرو کمک نماید.

کادمیم یکی از عناصر بسیار سمی و متحرک مهم خاک است که می تواند با جذب توسط گیاه و انتقال به بدن جانوران به سهولت وارد زنجیره غذایی جانداران شود. غلظت بالای کادمیم در طولانی مدت یک خطر جدی برای کیفیت محیط زیست و سلامتی انسان به شمار می رود. ریزجانداران و جانوران خاک از جمله عواملی هستند که بر تحرک و زیست فراهمی کادمیم در سیستم خاک-گیاه تأثیر دارند. به ویژه کرم های خاکی و قارچ های میکوریزا به طور مستقیم یا غیرمستقیم بر شیمی کادمیم و تحرک آن در خاک موثر هستند. هدف این پژوهش بررسی اثر این جانداران بر برخی فعالیت های میکروبی و بخش بندی کادمیم در خاک، ویژگی های فیزیولوژیکی، بیوشیمیایی و جذب عناصر توسط گیاه و شاخص های گیاه بهسازی در یک خاک آهکی آلوده شده به کادمیم (0، 10 و 20 میلی گرم کادمیم بر کیلوگرم خاک)، با تیمارهای کرم خاکی (lumbricus rubellus و بدون کرم خاکی) و قارچ میکوریزا آربسکولار (glomus intraradices، glomus mosseae و بدون میکوریزا) بود. این آزمایش به صورت فاکتوریل 3×2×3 در قالب طرح کاملاً تصادفی در سه تکرار به طور جداگانه برای کشت ذرت (zea mays l.) و آفتابگردان (helianthus annuus l.) در شرایط گلخانه ای (دانشکده کشاورزی دانشگاه شهرکرد) اجرا شد. نتایج نشان داد هم کرم خاکی و هم قارچ میکوریزا در خاک های آلوده زنده ماندند ولی به طور کلی آلودگی کادمیم زیست توده و فعالیت های میکروبی خاک را کاهش داد در حالی که کرم خاکی و قارچ میکوریزا تنفس خاک، کربن زیست توده میکروبی و فعالیت آنزیم های فسفاتاز قلیایی و اوره آز را افزایش دادند. در واقع حضور کرم خاکی و قارچ میکوریزا می تواند موجب کاهش اثر منفی آلودگی کادمیم بر میکروب های خاک گردد. گلومالین تولید شده توسط قارچ میکوریزا و کادمیم متصل به آن با افزایش سطح کادمیم خاک افزایش یافت و در خاک های آلوده تولید گلومالین توسط قارچ میکوریزا گونه g. mosseae بیشتر از گونه g. intraradices بود. کرم خاکی غلظت کادمیم بخش هاتبادلی+محلول، پیوند شده با ماده آلی و غیرآلی را در خاک افزایش ولی کادمیم بخش باقیمانده را در کشت ذرت کاهش داد. میکوریزا کادمیم پیوند شده با بخش غیرآلی را کاهش ولی بخش باقیمانده را افزایش داد. آلودگی کادمیم تجمع پرولین و فعالیت آنزیم های سوپر اکسید دیسموتاز، کاتالاز، پراکسیداز و پلی فنل اکسیداز را در حضور یا عدم حضور کرم خاکی و قارچ میکوریزا در برگ ذرت و آفتابگردان افزایش داد. در حالی که تلقیح هر دو گیاه توسط کرم خاکی و قارچ میکوریزا غلظت پرولین و فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانت به غیر از پلی فنل اکسیداز را کاهش داد، مقدار این کاهش به سطح کادمیم خاک و گونه گیاه و قارچ میکوریزا همزیست وابسته بود. تلقیح گیاه با کرم خاکی و قارچ میکوریزا با کاهش غلظت کادمیم برگ و احتمالاً کاهش تولید گونه های شیمیایی فعال اکسیژن دار در گیاه تحمل آن را به تنش اکسیداتیو آلودگی کادمیم بالا می برند. آلودگی کادمیم موجب کاهش وزن خشک ریشه و اندام هوایی ذرت و آفتابگردان شد ولی کرم خاکی وزن خشک اندام هوایی و قارچ میکوریزا هر دو آنها را افزایش دادند. همچنین قرارگیری گیاهان در معرض آلودگی کادمیم غلظت آهن، روی، منگنز و مس را در گیاه کاهش؛ کادمیم و فسفر را افزایش داد ولی کرم خاکی و قارچ میکوریزا این اثرات آلودگی کادمیم را تعدیل و غلظت کادمیم گیاه را کاهش دادند. کاهش غلظت و تجمع زیستی کادمیم در ذرت و آفتابگردان با حضور کرم خاکی و قارچ میکوریزا عمدتاً ناشی از افزایش رشد گیاه یا اثر رقت و تا اندازه ای جذب فسفر بود. فعالیت کرم خاکی انتقال کادمیم را از خاک به ریشه ذرت و آفتابگردان و همزیستی میکوریزایی ذرت انتقال کادمیم را از ریشه به اندام هوایی کاهش داد. حضور همزمان کرم خاکی و هر دو گونه قارچ های میکوریزا توان آفتابگردان را در استخراج کادمیم (انتقال از خاک به ریشه) کاهش داد ولی در ذرت تنها با قارچ میکوریزا g. intraradices در سطح mg kg-1 10 کادمیم انتقال آن از خاک به ریشه کاهش یافت. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که برهم کنش بین کرم خاکی و قارچ میکوریزا بر ویژگی های خاک و گیاه پیچده است. برهم کنش بین کرم خاکی و گونه g. mosseae بر تنفس و فعالیت آنزیم های خاک، تولید زیست توده گیاه، افزایش جذب فسفر و کاهش غلظت کادمیم مثبت بود ولی با گونه g. intraradices بر وزن خشک ریشه، غلظت فسفر و کادمیم در گیاه اغلب خنثی و گاهی منفی است. به نظر می رسد که اثرات انفرادی و متقابل دو جاندار نه تنها توانایی محافظت گیاه در برابر سمیت کادمیم را افزایش و مقاومت آن را بالا می برند بلکه موجب تثبیت زیستی کادمیم در خاک های آلوده به کادمیم نیز می شوند.