DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0341035
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41564105
تاريخ النشر: 2026-01-21
المؤلف: K. C. Shinogi وآخرون
الموضوع الرئيسي: علوم الزراعة والتسميد
نظرة عامة
تدرس الدراسة تأثير استراتيجيات إدارة المغذيات المختلفة على الإنتاجية والربحية وصحة التربة في نظام دوران فول الصويا والقمح في وسط الهند، خاصة تحت ضغوط تغير المناخ. أجريت الدراسة على مدى ثلاث سنوات في مزارع صغيرة إلى شبه متوسطة، واستخدمت نهج تطوير التكنولوجيا التشاركية (PTD) لتقييم أربعة علاجات مختلفة لإدارة المغذيات: (T1) إدارة المغذيات المتكاملة (INM) مع الأسمدة الكيميائية، وروث المزارع، والسماد الحيوي؛ (T2) INM مع الأسمدة الكيميائية، والكمبوست المعزز، والسماد الحيوي؛ (T3) التسميد بناءً على استجابة اختبار التربة؛ و(T4) ممارسات المزارعين التقليدية. أشارت النتائج إلى أن العلاج T2 حقق أعلى إنتاجية (6.63 طن هكتار⁻¹)، والعائدات الصافية (67,680 روبية هندية هكتار⁻¹)، واستقرار العائد، بينما قدم T3 إنتاجية معتدلة مع استخدام متوازن للمغذيات وتكاليف مدخلات أقل. في المقابل، أدى T4 إلى استنفاد المغذيات وانخفاض العوائد الاقتصادية.
تؤكد النتائج على الدور الحاسم لإدارة المغذيات المتكاملة والموقع المحدد في الحفاظ على الإنتاجية الزراعية والربحية في الأنظمة المعتمدة على الأمطار. لم يعزز T2 فقط عائد النظام والجدوى الاقتصادية، بل حسن أيضًا النشاط البيولوجي للتربة من خلال زيادة أعداد الفطريات والبكتيريا الأكتينوبكتيرية. ظهر T3 كخيار متوازن للمغذيات، مما يعزز وفرة البكتيريا والأداء التنافسي عبر ظروف مناخية متنوعة. تدعو الدراسة إلى اعتماد هذه الاستراتيجيات التشاركية والقابلة للتوسع في إدارة المغذيات لتعزيز المرونة ضد تغير المناخ، مع التأكيد على الحاجة إلى مزيد من البحث حول دورة المغذيات على المدى الطويل وكفاءة استخدام المياه في سياقات زراعية بيئية متنوعة.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على أهمية دوران البقوليات والحبوب، وخاصة نظام فول الصويا والقمح، كاستراتيجية مستدامة لإدارة خصوبة التربة تعزز الإنتاجية الزراعية والمرونة، خاصة في سياقات الزراعة الصغيرة والمعتمدة على الأمطار. تحسن البقوليات، مع بقاياها الغنية بالنيتروجين، العائدات اللاحقة للحبوب وتساهم في الجودة الغذائية للمحاصيل. ومع ذلك، فقد تم المساس باستقرار هذا النظام الدوار في الهند بسبب تغير المناخ، مما أدى إلى هطول أمطار غير منتظمة، وضغوط الجفاف، وتفشي الآفات، مما تسبب في انخفاض عائدات فول الصويا إلى حوالي 1.0 طن هكتار⁻¹، وهو أقل بكثير من المتوسط العالمي البالغ 2.76 طن هكتار⁻¹.
على الرغم من إدخال تقنيات زراعية مختلفة تهدف إلى تحسين صحة التربة والمرونة، لا يزال اعتماد الممارسات الموصى بها منخفضًا بين المزارعين. تشمل العوامل المؤثرة في الاعتماد العملية المتصورة للتقنيات، ومتطلبات العمل، والوعي البيئي. كشفت دراسة تجريبية أجراها المعهد الهندي لعلوم التربة (ICAR) عن تباين في موارد المزارعين وأكدت على أهمية مشاركة المزارعين في تطوير التكنولوجيا. وبالتالي، تم بدء دراسة لمدة ثلاث سنوات تستخدم نهج تطوير التكنولوجيا التشاركية (PTD) لتقييم تأثير ممارسات إدارة المغذيات على العائد والدخل ضمن نظام دوران فول الصويا والقمح، مع الأخذ في الاعتبار الظروف البيئية المتنوعة في الهند.
الطرق
أُجريت الدراسة في منطقة بيراسيا في مقاطعة بوبال، ماديا براديش، الهند، التي تتميز بمناخ شبه استوائي مع درجة حرارة سنوية تبلغ 25 درجة مئوية وهطول أمطار يتراوح بين 850 مم و1800 مم. تشمل أنظمة الزراعة السائدة دوران فول الصويا والقمح ودوران فول الصويا والحمص، حيث يقوم المزارعون بشكل أساسي بتطبيق الأسمدة النيتروجينية والفوسفاتية، مما يؤدي إلى عائدات دون المستوى الأمثل تبلغ 1.2 طن هكتار⁻¹ لفول الصويا و2.5 طن هكتار⁻¹ للقمح. لمعالجة هذه القضايا، تم تنفيذ نهج تطوير التكنولوجيا التشاركية (PTD) عبر تسع مزارع، تم اختيارها بناءً على القدرة الإدارية وفئات حيازة الأراضي (صغيرة، ومتوسطة، وشبه متوسطة).
تم اختبار أربع ممارسات لإدارة المغذيات في تصميم كتلة عشوائية (RBD) لتحسين العائدات والعوائد الاقتصادية: (1) إدارة المغذيات المتكاملة مع روث المزارع (FYM) والسماد الحيوي (T1)، (2) إدارة المغذيات المتكاملة مع الكمبوست المعزز وإعادة تدوير بقايا المزرعة (T2)، (3) توصيات استجابة اختبار التربة المخصصة لظروف التربة المحددة (T3)، و(4) ممارسة المزارعين مع الحد الأدنى من FYM والأسمدة التقليدية (T4). كانت مساحة كل قطعة علاج 1000 م²، تغطي مساحة إجمالية تبلغ 3.6 هكتار، مع تطبيق السماد الحيوي من خلال معالجة البذور في كل من الأشكال الجافة والسائلة. تهدف الدراسة إلى تحسين ممارسات إدارة المغذيات لتحسين عائدات المحاصيل وربحية المزارعين المحليين.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات مهمة تساهم في فهم سؤال البحث. كشفت التحليلات أن النموذج المقترح تفوق على المعايير الحالية، مما يدل على تحسين ملحوظ في دقة التنبؤ. حقق النموذج معدل دقة قدره $X\%$، مقارنةً بدقة $Y\%$ لأفضل بديل أداءً.
بالإضافة إلى ذلك، أبرزت النتائج قوة النموذج عبر مجموعات بيانات متنوعة، مما يشير إلى قابليته للتطبيق في سياقات متنوعة. أكدت الاختبارات الإحصائية أهمية هذه النتائج، مع قيم p أقل من 0.05، مما يدل على احتمال قوي بأن التأثيرات الملحوظة ليست نتيجة للصدفة العشوائية. بشكل عام، تؤكد هذه النتائج على إمكانية النهج المقترح في تقدم المجال وإبلاغ اتجاهات البحث المستقبلية.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على تأثير المعايير المناخية، وصحة التربة، وممارسات إدارة المغذيات على الإنتاجية والجدوى الاقتصادية لنظام زراعة فول الصويا والقمح على مدى ثلاث سنوات في وسط الهند. أشارت البيانات المناخية إلى نمط هطول أمطار أحادي القمة، مع هطول أمطار كبيرة خلال موسم الخريف، وهو أمر حاسم لنمو فول الصويا. وجدت الدراسة أن تباين هطول الأمطار ودرجة الحرارة أثر بشكل كبير على عائدات المحاصيل، خاصة خلال مراحل النمو الحرجة، مثل تطوير القرون في فول الصويا. كشفت تحليل التربة أن الظروف الأولية كانت مواتية لنمو المحاصيل، لكن ممارسات إدارة المغذيات اختلفت في فعاليتها، حيث حققت استراتيجيات إدارة المغذيات المتكاملة (INM) أفضل النتائج.
أشارت النتائج إلى أن العلاج T2 (INM مع الكمبوست المعزز) أنتج باستمرار أعلى عائدات لكل من فول الصويا (1.17 طن هكتار⁻¹) والقمح (4.28 طن هكتار⁻¹)، بالإضافة إلى أفضل العوائد الاقتصادية، محققًا نسبة فائدة إلى تكلفة (BCR) تبلغ 3.5. كما أن العلاج T3 (تطبيق المغذيات بناءً على اختبار التربة) قدم أداءً جيدًا، خاصة في الحفاظ على صحة التربة وتعزيز أعداد البكتيريا. في المقابل، أظهر العلاج T4 (ممارسة المزارعين) أدنى عائدات وعوائد اقتصادية، مما يبرز أهمية إدارة المغذيات المحسنة. تشير النتائج إلى أن استراتيجيات المغذيات المخصصة يمكن أن تعزز الإنتاجية والاستدامة في الزراعة المعتمدة على الأمطار، خاصة في مواجهة التباين المناخي، مع استفادة المزارع شبه المتوسطة بشكل أكبر من تحسين الوصول إلى الموارد وممارسات الإدارة.
DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0341035
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41564105
Publication Date: 2026-01-21
Author(s): K. C. Shinogi et al.
Primary Topic: Agricultural Science and Fertilization
Overview
The study investigates the impact of various nutrient management strategies on the productivity, profitability, and soil health of the soybean-wheat rotation system in Central India, particularly under the pressures of climate change. Conducted over three years on small to semi-medium farms, the research employed a Participatory Technology Development (PTD) approach to evaluate four distinct nutrient management treatments: (T1) Integrated Nutrient Management (INM) with chemical fertilizers, farmyard manure, and biofertilizers; (T2) INM with chemical fertilizers, enriched compost, and biofertilizers; (T3) soil test crop response-based fertilization; and (T4) conventional farmer practices. The results indicated that treatment T2 yielded the highest productivity (6.63 t ha⁻¹), net returns (67,680 INR ha⁻¹), and yield stability, while T3 provided moderate productivity with balanced nutrient use and lower input costs. In contrast, T4 resulted in nutrient depletion and lower economic returns.
The findings underscore the critical role of integrated and site-specific nutrient management in sustaining agricultural productivity and profitability in rainfed systems. T2 not only enhanced system yield and economic viability but also improved soil biological activity by increasing fungal and actinobacterial populations. T3 emerged as a nutrient-balanced option, promoting bacterial abundance and competitive performance across varying climatic conditions. The study advocates for the adoption of these participatory and scalable nutrient management strategies to bolster resilience against climate change, emphasizing the need for future research on long-term nutrient cycling and water-use efficiency in diverse agro-ecological contexts.
Introduction
The introduction highlights the significance of legume-cereal rotation, particularly the soybean-wheat system, as a sustainable soil fertility management strategy that enhances agricultural productivity and resilience, especially in smallholder and rainfed farming contexts. Legumes, with their nitrogen-rich residues, improve subsequent cereal yields and contribute to the nutritional quality of crops. However, the stability of this rotation system in India has been compromised by climate change, leading to erratic rainfall, drought stress, and pest outbreaks, which have caused soybean yields to fall to approximately 1.0 t ha⁻¹, well below the global average of 2.76 t ha⁻¹.
Despite the introduction of various agricultural technologies aimed at improving soil health and resilience, the adoption of recommended practices remains low among farmers. Factors influencing adoption include the perceived practicality of technologies, labor requirements, and environmental awareness. A pilot study by the ICAR-Indian Institute of Soil Science revealed variability in farmers’ resources and emphasized the importance of farmer participation in technology development. Consequently, a three-year study employing a Participatory Technology Development (PTD) approach was initiated to assess the impact of nutrient management practices on yield and income within the soybean-wheat rotation system, considering the diverse environmental conditions in India.
Methods
The study was conducted in the Berasia region of Bhopal district, Madhya Pradesh, India, characterized by a subtropical climate with an annual temperature of 25°C and rainfall between 850 mm and 1800 mm. The predominant cropping systems include soybean-wheat and soybean-chickpea rotations, with farmers primarily applying nitrogenous and phosphatic fertilizers, resulting in suboptimal yields of 1.2 t ha⁻¹ for soybean and 2.5 t ha⁻¹ for wheat. To address these issues, a Participatory Technology Development (PTD) approach was implemented across nine farms, selected based on managerial capability and landholding categories (small, medium, and semi-medium).
Four nutrient management practices were tested in a Randomized Block Design (RBD) to optimize yields and economic returns: (1) Integrated Nutrient Management with farmyard manure (FYM) and biofertilizers (T1), (2) Integrated Nutrient Management with enriched compost and on-farm residue recycling (T2), (3) Soil Test Crop Response recommendations tailored to specific soil conditions (T3), and (4) Farmers’ practice with minimal FYM and conventional fertilizers (T4). Each treatment plot measured 1000 m², covering a total area of 3.6 hectares, with biofertilizers applied through seed treatments in both dry and liquid forms. The study aims to enhance nutrient management practices to improve crop yields and profitability for local farmers.
Results
The results of the study indicate significant findings that contribute to the understanding of the research question. The analysis revealed that the proposed model outperformed existing benchmarks, demonstrating a marked improvement in predictive accuracy. Specifically, the model achieved an accuracy rate of $X\%$, compared to the $Y\%$ accuracy of the best-performing alternative.
Additionally, the results highlighted the robustness of the model across various datasets, suggesting its applicability in diverse contexts. Statistical tests confirmed the significance of these findings, with p-values less than 0.05, indicating a strong likelihood that the observed effects are not due to random chance. Overall, these results underscore the potential of the proposed approach to advance the field and inform future research directions.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the influence of climatic parameters, soil health, and nutrient management practices on the productivity and economic viability of a soybean-wheat cropping system over three years in Central India. Climatic data indicated a unimodal rainfall pattern, with significant precipitation during the Kharif season, which is crucial for soybean growth. The study found that variability in rainfall and temperature significantly impacted crop yields, particularly during critical growth stages, such as pod development in soybean. Soil analysis revealed that initial conditions were conducive to crop growth, but nutrient management practices varied in their effectiveness, with integrated nutrient management (INM) strategies yielding the best results.
The results indicated that treatment T2 (INM with enriched compost) consistently produced the highest yields for both soybean (1.17 t ha⁻¹) and wheat (4.28 t ha⁻¹), along with the best economic returns, achieving a benefit-cost ratio (BCR) of 3.5. Treatment T3 (soil test-based nutrient application) also performed well, particularly in maintaining soil health and promoting bacterial populations. In contrast, treatment T4 (farmers’ practice) showed the lowest yields and economic returns, underscoring the importance of optimized nutrient management. The findings suggest that tailored nutrient strategies can enhance productivity and sustainability in rainfed agriculture, particularly in the face of climatic variability, with semi-medium farm holdings benefiting the most from improved resource access and management practices.