DOI: https://doi.org/10.3389/fsufs.2025.1689336
تاريخ النشر: 2026-01-15
المؤلف: Anastasiia K. Kimeklis وآخرون
الموضوع الرئيسي: ديناميات الكربون والنيتروجين في التربة
نظرة عامة
تبحث الدراسة في إمكانية إعادة إدماج التربة البور في الزراعة، مع التركيز على الميكروبيوم التربة كمؤشر لصحة التربة في منطقة المناخ التايغية. تم إجراء تجربة مختبرية لتقييم تأثيرات زراعة المحاصيل واستخدام السماد الحيوي “إكسترا سول” على التربة البور، والتربة القابلة للزراعة، وتربة الغابات الأصلية أثناء زراعة القمح. قامت الدراسة بقياس المعايير الكيميائية وعوائد المحاصيل، بالإضافة إلى تحليل التغيرات في الميكروبيوم من خلال تسلسل جين 16S rRNA. أظهرت النتائج أن التربة البور تمتلك خصائص مشابهة للأراضي القابلة للزراعة، حيث حققت عوائد أعلى من تربة الغابة. أدت إضافة السماد الحيوي إلى تغيير كبير في الميكروبيومات الخاصة بالتربة البور والتربة القابلة للزراعة ولكن كان لها تأثير ضئيل على تربة الغابة. ومن الجدير بالذكر أن الميكروبيوم التربة البور أظهر مرونة تجاه زراعة القمح، مشابهة لتلك الموجودة في Retisol غير المضطرب.
تشير النتائج إلى أن التربة البور التي تبلغ من العمر 20 عامًا تمتلك خصائص مزدوجة: فهي تحقق عوائد مشابهة للتربة القابلة للزراعة بينما تحافظ على ملف ميكروبيوم يعكس الأراضي القابلة للزراعة. ومع ذلك، كانت فعالية السماد الحيوي في تعزيز نمو القمح محدودة في التربة البور، مما يشير إلى وجود مرونة متطورة. قد تنبع هذه المرونة من التنوع الأعلى في الميكروبيوم البور، الذي يحتفظ بالمرونة المشابهة للأراضي القابلة للزراعة بينما يكتسب الاستقرار المشابه للتربة الأصلية. تسلط الدراسة الضوء على الإمكانات الاقتصادية للأراضي البور في منطقة التايغا الجنوبية لإعادة إدماجها في الزراعة، مع التأكيد على الحاجة إلى علاجات إضافية، بما في ذلك الأسمدة المعدنية والحراثة، لتحسين بنية التربة من أجل زراعة ناجحة.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على الدور الحاسم لحالة الأراضي الزراعية في ضمان الأمن الغذائي، لا سيما في روسيا، حيث تم سحب من 30 إلى 40 مليون هكتار من الأراضي القابلة للزراعة من الاستخدام الزراعي. يركز البحث على منطقة الشمال الغربي، التي تتميز بالتربة الغنية بالمغذيات والتي خضعت لتحولات مختلفة إلى أراضي بور بسبب الإهمال. تؤكد الورقة على أهمية استعادة هذه الأراضي لتعزيز الاستدامة الزراعية والتنمية الاجتماعية والاقتصادية. وتشير إلى أن التطور ما بعد الزراعي لهذه الأراضي يتبع التسلسل البيئي الكلاسيكي، مما يؤثر على خصائص التربة والنباتات.
تناقش الدراسة أيضًا الدور المهم للميكروبيوم التربة في خدمات النظام البيئي وإنتاجية الزراعة، لا سيما في التربة البور، التي ترتبط بأداء النباتات وخصوبة التربة. ومن الجدير بالذكر أن البحث يحدد انخفاضًا في التنوع الألفا داخل الميكروبيوم التربة البور خلال تحوله ويبرز احتفاظ الكربون العضوي في الآفاق الزراعية المهجورة مقارنة بالتربة الأصلية. يهدف المؤلفون إلى تقييم تأثير السماد الحيوي على عائد القمح والتغيرات المرتبطة في الميكروبيوم التربة عبر أنواع التربة المختلفة، مع افتراض أن فعالية السماد الحيوي ستختلف بناءً على ظروف التربة، مما يؤثر على عائد المحاصيل وبنية المجتمع الميكروبي.
الطرق
توضح قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يتفصيل المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، ومعدات، وعينات بيولوجية، بالإضافة إلى البروتوكولات المتبعة لضمان إمكانية تكرار النتائج ودقتها. تم هيكلة المنهجية لمعالجة أسئلة البحث بفعالية، مع دمج كل من الأساليب النوعية والكمية حسب الحاجة.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم التحليلات الإحصائية التي تم إجراؤها لتفسير البيانات، بما في ذلك أي برامج مستخدمة والمعايير المستخدمة لتحديد الأهمية. يضمن هذا العرض الشامل أن يتمكن القراء من فهم الإطار التجريبي وتقييم صحة النتائج المقدمة في الدراسة.
المناقشة
تستكشف قسم المناقشة في الدراسة تأثيرات نوع التربة وتطبيق السماد الحيوي على نمو القمح وتركيب الميكروبيوم التربة في منطقة سيفيرسكي في منطقة لينينغراد. استخدمت التجربة، التي أجريت في صيف 2023، ثلاثة أنواع من التربة الزراعية المستمدة من طين ديفوني موريني: FA-Plaggic Retisol من الأراضي البور، FI-Plaggic Retisol من حقل قابل للزراعة، وFO-Retisol من غابة مرجعية. أظهرت النتائج أن نوع التربة كان العامل الرئيسي المحدد لعائد المحاصيل، حيث لوحظت أعلى إنتاجية في تربة الحقل، تليها التربة البور، وأدنى في تربة الغابة. لم يعزز تطبيق السماد الحيوي “إكسترا سول” بشكل كبير نمو القمح عبر أنواع التربة، مما يشير إلى أن الخصائص الطبيعية للتربة لعبت دورًا أكثر أهمية في أداء المحاصيل.
كشفت الدراسة أيضًا أن التربة البور حافظت على ميكروبيوم متنوع، وهو أمر حيوي لاستقرار النظام البيئي وخصوبته. بينما أظهرت كل من التربة البور والتربة القابلة للزراعة تركيبات كيميائية مشابهة، كانت استجاباتهما للسماد الحيوي مختلفة بشكل ملحوظ. أثر السماد الحيوي بشكل إيجابي على عائد المحاصيل في تربة الحقل ولكن كان له تأثير ضئيل في التربة البور والغابات، ربما بسبب القدرة العالية على التخفيف وانخفاض حركة المغذيات في هذه التربة. بالإضافة إلى ذلك، أشار تحليل الميكروبيوم إلى أن التنوع والملفات التصنيفية للتربة البور كانت أكثر توافقًا مع التربة الزراعية، مما يبرز إمكاناتها للاستخدام الزراعي على الرغم من الإهمال الطويل الأمد. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية نوع التربة وديناميات الميكروبيوم في الإنتاجية الزراعية والتأثيرات الدقيقة لتطبيقات السماد الحيوي.
DOI: https://doi.org/10.3389/fsufs.2025.1689336
Publication Date: 2026-01-15
Author(s): Anastasiia K. Kimeklis et al.
Primary Topic: Soil Carbon and Nitrogen Dynamics
Overview
The research investigates the potential of re-involving fallow soils in agriculture, focusing on the soil microbiome as an indicator of soil health in the taiga climatic zone. A laboratory experiment was conducted to assess the effects of crop cultivation and biofertilizer “Extrasol” on fallow, arable, and native forest soils while growing wheat. The study measured chemical parameters and crop yields, alongside analyzing changes in the microbiome through 16S rRNA gene sequencing. Results indicated that fallow soil exhibited characteristics similar to arable land, yielding higher crops than forest soil. The introduction of biofertilizer significantly altered the microbiomes of fallow and arable soils but had minimal impact on forest soil. Notably, the fallow soil microbiome demonstrated resilience to wheat cultivation, akin to that of undisturbed Retisol.
The findings suggest that the 20-year-old fallow soil possesses dual characteristics: it yields comparably to arable soil while maintaining a microbiome profile reflective of arable land. However, the biofertilizer’s effectiveness in enhancing wheat growth was limited in fallow soil, indicating a developing resilience. This resilience may stem from the higher diversity of the fallow microbiome, which retains flexibility akin to arable land while gaining stability similar to native soil. The study highlights the economic potential of fallow lands in the southern taiga region for agricultural reintegration, emphasizing the need for additional treatments, including mineral fertilizers and plowing, to improve soil structure for successful cultivation.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the critical role of agricultural land condition in ensuring food security, particularly in Russia, where 30 to 40 million hectares of arable land have been withdrawn from agricultural use. The focus is on the North-West region, characterized by nutrient-rich agrogenic soils that have undergone various transformations into fallow land due to neglect. The paper emphasizes the importance of restoring these lands to enhance agricultural sustainability and socio-economic development. It notes that the post-agrogenic evolution of these lands follows classical ecological succession, impacting soil properties and vegetation.
The study also discusses the significant role of the soil microbiome in ecosystem services and agricultural productivity, particularly in fallow soils, which are linked to plant performance and soil fertility. Notably, the research identifies a decrease in alpha diversity within the fallow soil microbiome during its transformation and highlights the retention of organic carbon in abandoned arable horizons compared to native soils. The authors aim to assess the impact of biofertilizers on wheat yield and the associated changes in the soil microbiome across different soil types, hypothesizing that the effectiveness of biofertilizers will vary based on soil conditions, thereby influencing crop yield and microbial community structure.
Methods
The section on “Materials and Methods” outlines the experimental design and procedures utilized in the study. It details the specific materials employed, including any reagents, equipment, and biological samples, as well as the protocols followed to ensure reproducibility and accuracy of results. The methodology is structured to address the research questions effectively, incorporating both qualitative and quantitative approaches as necessary.
Additionally, the section may describe the statistical analyses performed to interpret the data, including any software used and the criteria for significance. This comprehensive overview ensures that readers can understand the experimental framework and assess the validity of the findings presented in the study.
Discussion
The discussion section of the study investigates the effects of soil type and biofertilizer application on wheat growth and soil microbiome composition in the Siversky District of the Leningrad Region. The experiment, conducted in summer 2023, utilized three types of agrogenic soils derived from moraine Devonian clays: FA-Plaggic Retisol from fallow land, FI-Plaggic Retisol from an arable field, and FO-Retisol from a benchmark forest. Results indicated that soil type was the primary determinant of crop yield, with the highest productivity observed in field soil, followed by fallow soil, and the lowest in forest soil. The application of the biofertilizer “Extrasol” did not significantly enhance wheat growth across soil types, suggesting that the inherent soil characteristics played a more critical role in crop performance.
The study also revealed that fallow soil maintained a diverse microbiome, which is crucial for ecosystem stability and fertility. While both fallow and arable soils exhibited similar chemical compositions, their responses to the biofertilizer differed markedly. The biofertilizer positively influenced crop yield in field soil but had negligible effects in fallow and forest soils, potentially due to the high buffer capacity and low nutrient mobility in these soils. Additionally, the microbiome analysis indicated that the diversity and taxonomic profiles of fallow soils were more aligned with agrogenic soils, highlighting their potential for agricultural use despite long-term abandonment. Overall, the findings underscore the importance of soil type and microbiome dynamics in agricultural productivity and the nuanced effects of biofertilizer applications.