برنج (Oryza  sativa) نقش مهمی در تغذیه نیمی از مردم جهان دارد که بیشتر آنها در کشورهای در حال توسعه زندگی می کنند.این محصول یک سوم سطح زیر کشت غلات را اشغال کرده است و تامین کننده 25 تا 60 در صد کالری 7/2 میلیارد نفر از جمعیت جهان می باشد. بیش از 90 در صد برنج دنیا در آسیا تو لید و مصرف می شود (تقی زاده و همکاران، 1387).

با توجه وسعت کشور ایران که حدود 165میلیون هکتار می باشد 16 میلیون هکتار آن را زمینهای زراعی تشکیل می دهند که از این مقدار حدود 11 میلیون هکتار در زیر کشت قرار دارند و بقیه بصورت آیش هستند. با توجه به اینکه برنج در بین کلیه محصولات زراعی بالاترین ارزش نا خالص را داراست و همچنین در آمد بیشتری نسبت به سایر محصولات دارد لذا کشاورزان به زراعت این محصول رو می آورند. در مناطقی مانند  استان  گیلان  و مازندران که شرایط اقلیمی و اکولوژیکی مناسبی برای کشت برنج دارد، کشت این گیاه بسیار رایج می با شد . در ایران قدیم زراعت برنج از سالیان خیلی دور بخصوص در بابل و شوش معمول بوده و امروزه رواج بیشتری یافته است (تقی زاده و همکاران، 1387).

سابقه کشت برنج در ایران به حدود 400 سال قبل از میلاد بوده و تاریخ کشاورزی نمایانگر آن است که در زمان  هخامنشیان  در ایران زراعت می شده و در دوره اشکانیان در گیلان و مازندران و خراسان زراعت آن معمول بوده و در دوران ساسانیان نیز در قسمتی از ایران مانند کاشمر و تاشکند برنج زارهای وسیعی وجود داشته است.

برنج پس ازگندم بیشترین سطح اراضی کشاورزی را در جهان به خود اختصاص داده است. در تولید محصول برنج آبیاری یکی از مهم ترین عوامل موثر می باشد. در حال حاضر روش آبیاری مورد استفاده برای این گیاه در کشور روش استغراقی یا غرقابی می باشد که استفاده از این روش موجب مصرف آب به مقدار بیش از حد مورد لزوم و پایین بودن میزان عملکرد به ازای هر واحد آب مصرفی می گردد.

برنج گیاهی است که نسبت به دیگر گیاهان تحت آبیاری بیشترین سطح زیر کشت را دارا است. بیش از 80 در صد منابع آب شیرین در قاره آسیا برای اهداف کشاورزی مورد استفاده قرار می گیرد که نیمی از کل این آب صرف تولید  برنج می شود. در ایران نیز کشاورزی بزرگترین متقاضی آب است بطوریکه حدود 93 درصد از آب قابل استحصال سالانه در این بخش استفاده می شود لذا لازم است که توجه ویژه ای به نحوه بکار گیری این منابع و برنامه ریزی دقیقی برای استفاده بهینه از منابع آبی موجود ولی محدود برای کشت پایدار صورت گیرد.  همانطور که ذکر شد نیاز آبی برنج از سایر غلات بیشتر است و مقدار آن تابع عوامل متعدد نظیر رقم و اقلیم و حتی نوع کشت است. کمبود منابع آبی و پایین بودن راندمان آبیاری در مزارع برنج لزوم استفاده بهینه و افزایش بهره وری از منابع موجود را می طلبد (حیدری­شریف­آباد، 1383).

روش مرسوم آبیاری برنج در مناطق برنج خیز ایران غرقاب دائم با ارتفاع مناسب در تمامی طول فصل رویشی است. محیط رشد برنج به دلیل نیاز آبی فراوان، آن را از دیگر نباتات متمایز می سازد بطوریکه علاوه بر آبیاری در مرحله داشت، مقدار قابل توجهی از آب آبیاری قبل از نشاکاری جهت تهیه  و آماده سازی زمین و غرقاب نمودن آن و علاوه بر آن مقدار قابل توجهی نیز در طول دوره رشد محصول بطور مستمر به صورت نفوذ عمقی مصرف می شود. بنابراین لازمه کشت آن  مدیریت  صحیح آبیاری می باشد چرا که کمبود آب در  شرایط  فعلی و بحران آینده آب  در  ایران واقعیت انکار ناپذیری می باشد که تنها با اتخاذ تمهیداتی بر پایه یافته های علمی قابل کنترل خواهد بود .

 آینده تولید برنج به فعالیت ها و اتخاذ وگسترش استراتژی هایی بستگی دارد که آب را در برنامه ریزی های آبیاری بطور موثری استفاده نماید. این چنین استراتژِی ها و فعالیت ها یی برای دیگر قسمت های جهان نیاز مهم است. فعالیتهای اجرایی برای تامین آب در ایران دارای سابقه طولانی است که وجود سدها و شبکه آبیاری در شالیزارهای کشور موید این  نکته می باشد بنابراین به نظر می رسد  استفاده بهینه  از آب در کشوری  چون ایران که از نظر اقلیمی دارای وضعیت خشک تا نیمه خشک است از اهمیت بخصوصی در گسترش و توسعه فعالیتهای کشاورزی بر خوردار است. 

بحران کمبود آب توجه صاحب نظران موسسه برنج ((IRRI را به خود معطوف نموده  است. بحرانی که از افزایش روز افزون تقاضا برای آب در بخش های مصارف شهری و صنعت ناشی میشود. همانند این منطقه در سایر مناطق نیز اصولا در چرخه مصرف آب، به کشاورزی نقش درجه سوم در تامین آب داده شده و برنج به عنوان گیاه پر مصرف بیشترین ضرر را خواهد دید (حیدری­شریف­آباد، 1383).

دکتر” بومن” عقیده دارد که در آینده کشاورزان باید عملکرد را بر اساس محصول بدست آمده برنج به ازای کیلوگرم واحد آب مصرف شده محاسبه نمایند و اگر بتوانیم کشاورزان را مجبور به ذخیره آب نماییم افزایش عملکرد در واحد سطح کم خواهد شد و اگر کشاورزان مجبور به پرداخت بهای آب باشند ناچاراً راندمان کاربرد آب را در زمین های خود اندازه گیری خواهند کرد.

دکتر ” بومن” علاوه بر بررسی راندمان آبیاری در مزارع، کمبود آب در مجموعه زمین هایی که از رودخانه “آنگات مسیم” آبیاری می شوند را بررسی کرد تا مناطقی که توسعه در آن جا باعث افزایش راندمان کل سیستم می شود را بیابد. ایشان می گویند: «اگر ما مقدار آب مورد استفاده گیاه را با مقدار آب از دست رفته در مزرعه بعلاوه فرونشست و تبخیر را مقایسه کنیم در می یابیم راندمان کاربرد آب حدود 30% می باشد یعنی 70% آب آبیاری به هدر می رود». اما قسمت عمده از این افت به هر نحو به سیستم بر می گردد و در پایین دست استفاده می شود لذا به جای مطالعه افت های هر مزرعه ما باید جریان آب را در کل سیستم مطالعه نموده و جاهایی را که آب واقعاً به هدر می رود بیابیم  یعنی جاییکه دیگر آب در پایین دست به کار نمی آید .

آب عامل محدود کننده تولید محصولات کشاورزی است و افزایش بهره وری استفاده از این ماده باعث افزایش تولید و تهیه غذای بیشتر خواهد شد. رشد روز افزون جمعیت و کمبود فراوان منابع قابل استحصال آب و کمتر شدن هر چه بیشتر سهم بخش کشاورزی که وظیفه تغذیه این جمعیت رو به رشد را دارد، محققان بخش آب را جهت یافتن راه حل های مناسب برای افزایش بهره وری از واحد آب مصرفی جلب نموده است .

1-2- خصوصیات گیاه شناسی برنج 

 برنج گیاهی تک لپه ای و یکساله از خانواده گرامینه  یا گندمیان (پوآسه) و جنس اوریزا که دارای گونه های متعددی می باشد. ریشه های آن افشان و تقریبا سطحی هستند و بیش از 85 درصد ریشه ها در عمق تا 25 الی 30 سانتی متری خاک قرار دارند. ساقه برنج بندبند و تو خالی و به طور متوسط به  ارتفاع 50 تا 130 سانتی متر است ولی گاهی در بعضی از ارقام تا 5/2 مترهم میرسد.

برگ های آن کشیده و رگبرگهای موازی دارد که به طور متناوب  بر روی ساقه قرار گرفته اند. گل آذین آن خوشه سنبله است و به آن پانیکول نیز می گویند که در هر موضع 3 گل وجود دارد و لیکن بیش از یک عدد از آن ها تبدیل به دانه نمی گردد. گلها فاقد گلبرگ و کاسبرگ است و همانند گندم دارای پوشه و پوشینه می باشد که به پوشه گلوم، و پوشینه گلومل می گویند. این اجزا روی دانه حتی بعد از برداشت باقی می مانند که در این حالت به آن ها شلتوک می گویند. میوه برنج گندمه یا کاریوپس می باشد.

1-3- گستره جغرافیایی کشت برنج

برنج را در بیشتر نقاط دنیا از استوا تا 45 درجه عرض شمالی و تا 40 درجه عرض جنوبی کشت می کنند اما استتثنائاً در جمهوری چک آن را در عرض جغرافیایی 49 درجه شمالی نیز کشت می کنند (تقی زاده و همکاران، 1387).

 1-4- تاثیر عوامل محیطی بر روی گیاه برنج :

1-4-1- تاثیر عناصر غذایی  بر گیاه برنج :

 بررسی های انجام شده در جهان در مورد تغییرات میزان عناصر جذب شده به وسیله گیاه برنج در مراحل مختلف رشد گیاه در دو شرایط اقلیمی معتدل و گرم و مرطوب نشان داده است که جذب عناصر غذایی به وسیله گیاه برنج تحت تاثیر عوامل: آب و هوا، شرایط خاکی، مقدار و نوع کودهای شیمیایی مصرفی، مدیریت مصرف آب، رقم مورد کشت و روش کشت (غرقابی، خشکه کاری) قرار می گیرد بنابراین نه تنها مقدار جذب هر یک از عناصر در مراحل مختلف رشد برنج متفاوت  می باشد بلکه از نظر مقدار جذب و انتقال هریک از عناصر در یک دورۀ محصول نیز فرق خواهد داشت به طوری که در یک محصول برنج از نظر مقدار جذب عناصر، کمترین مقدار مربوط به عنصر مس و بیشترین مقدار مربوط به عنصر سیلیسیوم می باشد. از طرفی مقادیرعناصر جذب شده و راندمان مصرف آنها توسط گیاه برنج در شرایط اقلیمی متفاوت با همدیگر فرق خواهند داشت .

تیمارهای مختلف آبیاری بر روی مقدار جذب عناصر غذایی روی، آهن، منگنز و مس در مرحله 60 روز پس از بذر پاشی و بر روی مقدار جذب فسفر (دانه و کاه) و پتاسیم (کاه) و روی و منگنز (دانه و کاه) در مرحله برداشت و در کشت خشکه کاری برنج رقم فجر تأثیر معنی داری ندارد ولی می تواند بر روی مقدار جذب ازت در کاه و دانه و همچنین در مقدار جذب پتاسیم در دانه تأثیر معنی داری داشته باشد. رژیم های مختلف آبیاری در کشت خشکه کاری برنج در رقم فجر بر روی مقدار جذب عناصر کم مصرف تأثیری ندارند ولی بر روی جذب ازت و پتاسیم تاثیر معنی دار داشته است (رضایی، 1387).

  1-4-2- تاثیر رطوبت، حرارت و تشعشع بر گیاه برنج :

     رشد و نمو گیاهان دایماً تحت کنترل محیط می باشد. رطوبت، حرارت، تشعشع و مواد غذایی و گازها بسته به مقدار آن ها در محیط می توانند رشد و نمو گیاه را افزایش یا کاهش دهند. مقدار یا غلظت نامناسب این عوامل باعث فشار یا تنش در گیاه یا اجزای آن می گردد. صدمات وارده به گیاه ممکن است موقت یا برگشت پذیر و یا دایمی باشند. فشارها در نتیجه تنش های محیطی روی می دهند ولی در گیاهان مقاوم این فشارها غالباً برگشت پذیر هستند. خسارت ناشی از تنش همچنین با شدت تنش مرحله نمو گیاه و مدت دوام تنش متفاوت است. مقاومت به تنش شامل تعدادی از مکانیزم ها و عکس العملهای پیچیده می باشد لیکن به طور کلی در غالب موارد، گیاهان در مواجهه با تنش های محیطی از دو مکانیزم اجتناب و تحمل تنش از ایجاد فشار ها در گیاه جلوگیری کرده یا به اصطلاح از تنش بگریزد.

خسارت وارده به گیاهان زراعی در اثر تنش های حرارتی، خشکی و شوری در سطح جهان گسترده تر بوده و به همین جهت صدمات و مکانیزمهای مقاومت گیاهان نسبت به آن ها بیشتر مورد مطالعه قرارگرفته اند. دلایل زیادی وجود دارد که صرفنظر از نوع تنش، گیاه به صورت مستقیم و یا غیرمستقیم با تنش خشکی مواجه خواهد شد. همبستگی خوبی بین مکانیزم های تحمل سرما و خشکی پیدا شده است. البته در طبیعت یک تنش به ندرت درغیاب تنش های دیگر به وجود می آید به همین جهت تجزیه و تحلیل اثرات تنش هایی مانند تنش حرارتی و آبی و یا تنش شوری و خشکی به تفکیک مشکل است.

اگر چه تشخیص مکانیزم های فیزیولوژیک مقاومت در مقابل تنش ها ما را در شناخت گیاهان مقاوم یاری کرده است لیکن مقاومت بیشتر ضرورتاً به مفهوم تولید بالاتر نیست.

یک راه حل اساسی برای برطرف کردن یا کاهش دادن اثرات شرایط محیطی ایجاد کننده تنش ها، پیدا کردن