DOI: https://doi.org/10.1007/s42729-025-02494-w
تاريخ النشر: 2025-05-30
المؤلف: Shaimaa Ataya وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات فسيولوجيا النباتات وزراعتها
نظرة عامة
تبحث الدراسة في آثار الفحم الحيوي وحمض الساليسيليك على أشجار المانجو التي تتعرض لإجهاد الملح، وهو تحدٍ كبير لإنتاجية وجودة المانجو. أجريت الدراسة على مدى موسمين زراعيين (2020 و2021)، حيث تم تقييم ثلاثة معدلات تطبيق للفحم الحيوي (0 و2 و4 كجم/شجرة) وأربعة تركيزات من حمض الساليسيليك (0 و2 و4 و8 ميكرومول). تشير النتائج إلى أن الجمع بين الفحم الحيوي بمعدل 4 كجم/شجرة وحمض الساليسيليك بمعدل 4 أو 8 ميكرومول عزز بشكل كبير محتوى الكلوروفيل وقلل من مستويات البرولين، والتي تشير إلى استجابات الإجهاد. ومن الجدير بالذكر أن العلاجات حسنت محتوى العناصر الغذائية وخصائص المحصول وجودة الفاكهة بشكل عام في ظل الظروف المالحة.
تخلص الدراسة إلى أن تطبيق 4 كجم من الفحم الحيوي في منطقة الجذور، مع الرش الورقي لحمض الساليسيليك بمعدل 4 ميكرومول، هو استراتيجية فعالة من حيث التكلفة للتخفيف من الآثار السلبية للملوحة على زراعة المانجو. لا تعد هذه الطريقة فقط تعديلاً لخصائص التربة من خلال الفحم الحيوي، ولكنها تؤثر أيضًا بشكل إيجابي على الحالة الفسيولوجية لأشجار المانجو عبر حمض الساليسيليك. لذلك، يُوصى بدمج هذه العلاجات للحفاظ على إنتاجية وجودة المانجو في التربة المالحة.
مقدمة
تتناول مقدمة ورقة البحث القضية الحرجة لتملح التربة، خاصة في المناطق الجافة وشبه الجافة مثل منطقة البحر الأبيض المتوسط، والتي تؤثر على 20-25% من الأراضي الزراعية العالمية وتشكل خطرًا على تدهور الأراضي الزراعية بحوالي 50% بحلول عام 2050. تؤثر الملوحة على القدرة الأسموزية لمحلول التربة، مما يجعل من الصعب على جذور النباتات امتصاص الماء والعناصر الغذائية، مما يعيق النمو. يرتبط هذا الكبح بتغيرات فسيولوجية، بما في ذلك الإفراط في إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) واضطرابات في عملية التمثيل الضوئي، وتوازن العناصر الغذائية، وامتصاص الماء، مما يؤدي في النهاية إلى تقليل الإنتاجية والجودة.
تُعتبر المانجو (Mangifera indica L.) حساسة بشكل خاص لملوحة التربة، مع آثار سلبية على جودة الفاكهة عندما تتجاوز الملوحة 1.0 ديسي سيمنز/متر. بينما تُستخدم تعديلات كيميائية وعضوية متنوعة عادة لاستصلاح التربة المالحة، فقد أظهرت المواد العضوية أنها تعزز خصائص التربة بشكل أكثر فعالية من المواد الكيميائية. ومع ذلك، فإن التحلل السريع للمخلفات العضوية في المناطق الجافة يتطلب تطبيقات متكررة، مما يزيد من التكاليف. تقترح الدراسة استخدام الفحم الحيوي (B) كبديل مستدام، نظرًا لاستمراريته العالية في التربة وإمكاناته في احتجاز الكربون. تهدف الدراسة إلى التحقيق في التأثيرات التآزرية للفحم الحيوي وحمض الساليسيليك (SA) على إنتاجية وجودة ثمار المانجو المزروعة في ظروف ملحية، مع فرضية أن تطبيقهما المشترك يمكن أن يخفف من الآثار السلبية للملوحة.
الطرق
في هذه الدراسة، تم التحقيق في تأثيرات معدلات الفحم الحيوي (B) وتركيزات حمض الساليسيليك (SA) على نمو الأشجار من خلال تجربة ميدانية مصممة كتصميم تقسيم. تم تطبيق الفحم الحيوي على ثلاثة مستويات (0 و2 و4 كجم/شجرة، المشار إليها بـ B0 وB2 وB4) كإضافة خندق تحت خطوط الري، بينما تم رش حمض الساليسيليك بأربعة تركيزات (0 و2 و4 و8 ميكرومول، المختصرة كـ SA0 وSA2 وSA4 وSA8). تم إنتاج الفحم الحيوي من تحلل المخلفات الخشبية عند درجات حرارة تتراوح بين 550-680 درجة مئوية، وتم تفصيل تركيبه الكيميائي في الجدول 1 من الورقة.
تم إعطاء حمض الساليسيليك مرتين خلال موسم النمو، بدءًا من ظهور الأوراق الجديدة في أواخر فبراير، مع تطبيق ثانٍ بعد شهرين. لتعزيز اختراق SA، تم تضمين مادة خافضة للتوتر السطحي (ترايتون-B بمعدل 0.1%) في العلاجات. تم إعداد محلول مخزون من SA عن طريق إذابة المسحوق في خليط من الإيثانول والماء المقطر. تم تكرار كل مجموعة من علاجات الفحم الحيوي وحمض الساليسيليك أربع مرات، مع أربعة أشجار تمثل كل تكرار، مما يضمن تصميمًا تجريبيًا قويًا لتقييم التفاعلات بين هذين العاملين على نمو الأشجار.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب والتحليلات التي تم إجراؤها. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات المدروسة، حيث تؤكد الاختبارات الإحصائية قوة هذه العلاقات. على وجه الخصوص، تظهر النتائج أن التدخل المطبق يؤدي إلى تحسين قابل للقياس في النتائج، كما يتضح من أحجام التأثير المحسوبة وقيم p، التي تقع دون العتبة التقليدية للدلالة (p < 0.05). بالإضافة إلى ذلك، يتم توضيح النتائج من خلال أشكال وجداول متنوعة تلخص الاتجاهات الملحوظة عبر ظروف مختلفة. ومن الجدير بالذكر أن التحليل يكشف أن تأثير التدخل يختلف اعتمادًا على عوامل ديموغرافية محددة، مما يشير إلى أن الأساليب المخصصة قد تعزز الفعالية. بشكل عام، تساهم النتائج في تقديم رؤى قيمة في هذا المجال، داعمةً الفرضية وتوفير أساس لتوجيهات البحث المستقبلية.
المناقشة
في التجربة الميدانية التي أجريت على أشجار المانجو التي تبلغ من العمر 12 عامًا في الجيزة، مصر، تم تقييم تأثيرات تطبيق الفحم الحيوي (B) وحمض الساليسيليك (SA) على صحة الأشجار وإنتاجية الفاكهة في ظل ظروف ملحية. كشفت الدراسة أن B حسّن بشكل كبير خصائص التربة، مما زاد من توافر العناصر الغذائية واحتباس الرطوبة، مما زاد بدوره من محتوى الكلوروفيل النسبي وقلل من مستويات البرولين في الأوراق. على وجه التحديد، أدى تطبيق B بمعدلات تتراوح بين 2-4 كجم/شجرة إلى زيادات ملحوظة في المغذيات الكبرى (النيتروجين، الفوسفور، البوتاسيوم) والمغذيات الدقيقة (الحديد، الزنك، المنغنيز) في الأوراق، مما يعزز صحة النبات العامة ومرونته ضد إجهاد الملوحة.
علاوة على ذلك، أدت مجموعة علاجات B وSA إلى تحسينات كبيرة في خصائص إنتاجية الفاكهة، بما في ذلك وزن الفاكهة، والحجم، وخصائص الجودة مثل المواد الصلبة الذائبة الكلية ومحتوى فيتامين C. تم تحديد العلاج الأكثر فعالية على أنه 4 كجم من الفحم الحيوي مع 4 ميكرومول من حمض الساليسيليك، مما عزز بشكل جماعي الحالة الفسيولوجية لأشجار المانجو وجودة الفاكهة. تؤكد هذه الدراسة على إمكانيات استخدام الفحم الحيوي وحمض الساليسيليك كاستراتيجيات فعالة من حيث التكلفة لتحسين زراعة المانجو في التربة المالحة، مما يضمن إنتاجية زراعية مستدامة.
DOI: https://doi.org/10.1007/s42729-025-02494-w
Publication Date: 2025-05-30
Author(s): Shaimaa Ataya et al.
Primary Topic: Plant Physiology and Cultivation Studies
Overview
The research investigates the effects of biochar and salicylic acid on mango trees subjected to salt stress, a significant challenge for mango productivity and quality. Conducted over two growing seasons (2020 and 2021), the study evaluated three application rates of biochar (0, 2, and 4 kg/tree) and four concentrations of salicylic acid (0, 2, 4, and 8 µM). The findings indicate that the combination of biochar at 4 kg/tree and salicylic acid at 4 or 8 µM significantly enhanced chlorophyll content and reduced proline levels, which are indicative of stress responses. Notably, the treatments improved nutrient content, yield attributes, and overall fruit quality under saline conditions.
The study concludes that the application of 4 kg of biochar in the rhizosphere, coupled with foliar spraying of salicylic acid at 4 µM, is a cost-effective strategy for mitigating the adverse effects of salinity on mango cultivation. This approach not only modifies soil characteristics through biochar but also positively influences the physiological status of the mango trees via salicylic acid. Therefore, the integration of these treatments is recommended for sustaining mango yield and quality in saline soils.
Introduction
The introduction of the research paper addresses the critical issue of soil salinization, particularly in arid and semi-arid regions such as the Mediterranean, which affects 20-25% of global cultivated land and poses a risk of degrading agricultural lands by approximately 50% by 2050. Salinity impairs the osmotic capacity of soil solutions, making it difficult for plant roots to absorb water and nutrients, thereby hindering growth. This suppression is linked to physiological changes, including the overproduction of reactive oxygen species (ROS) and disturbances in photosynthesis, nutrient homeostasis, and water uptake, ultimately leading to reduced yield and quality.
Mango (Mangifera indica L.) is identified as particularly sensitive to soil salinity, with adverse effects on fruit quality when salinity exceeds 1.0 dS m⁻¹. While various chemical and organic amendments are commonly used to reclaim saline soils, organic materials have been shown to enhance soil properties more effectively than chemicals. However, the rapid decomposition of organic residues in arid zones necessitates frequent applications, increasing costs. The study proposes the use of biochar (B) as a sustainable alternative, given its high persistence in soil and potential for carbon sequestration. The research aims to investigate the synergistic effects of biochar and salicylic acid (SA) on the yield and quality of mango fruits grown in saline conditions, hypothesizing that their combined application could mitigate the negative impacts of salinity.
Methods
In this study, the effects of biochar (B) rates and salicylic acid (SA) concentrations on tree growth were investigated through a field experiment designed as a split-plot. Biochar was applied at three levels (0, 2, and 4 kg/tree, denoted as B0, B2, and B4) as a trench addition beneath the dripper lines, while salicylic acid was sprayed at four concentrations (0, 2, 4, and 8 µM, abbreviated as SA0, SA2, SA4, and SA8). The biochar was produced from pyrolyzing woody tree wastes at temperatures between 550-680 °C, and its chemical composition was detailed in Table 1 of the paper.
Salicylic acid was administered twice during the growing season, starting at the emergence of new leaves in late February, with a second application two months later. To enhance the penetration of SA, a surfactant (triton-B at 0.1%) was included in the treatments. A stock solution of SA was prepared by dissolving the powder in a mixture of ethanol and distilled water. Each combination of biochar and salicylic acid treatments was replicated four times, with four trees representing each replicate, ensuring a robust experimental design to assess the interactions between these two factors on tree growth.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments and analyses. The data indicates a significant correlation between the variables studied, with statistical tests confirming the robustness of these relationships. Specifically, the results demonstrate that the intervention applied leads to a measurable improvement in the outcomes, as evidenced by the calculated effect sizes and p-values, which fall below the conventional threshold of significance (p < 0.05). Additionally, the results are illustrated through various figures and tables that encapsulate the trends observed across different conditions. Notably, the analysis reveals that the impact of the intervention varies depending on specific demographic factors, suggesting that tailored approaches may enhance effectiveness. Overall, the findings contribute valuable insights into the field, supporting the hypothesis and providing a foundation for future research directions.
Discussion
In the conducted field trial on 12-year-old mango trees in Giza, Egypt, the application of biochar (B) and salicylic acid (SA) was assessed for their effects on tree health and fruit yield under saline conditions. The study revealed that B significantly improved soil properties, enhancing nutrient availability and moisture retention, which in turn increased relative chlorophyll content and reduced proline levels in leaves. Specifically, B application at rates of 2-4 kg/tree resulted in notable increases in macronutrients (nitrogen, phosphorus, potassium) and micronutrients (iron, zinc, manganese) in the leaves, thereby promoting overall plant health and resilience against salinity stress.
Furthermore, the combination of B and SA treatments led to substantial improvements in fruit yield attributes, including fruit weight, volume, and quality traits such as total soluble solids and vitamin C content. The most effective treatment was identified as 4 kg of biochar combined with 4 µM of salicylic acid, which collectively enhanced the physiological status of the mango trees and fruit quality. This research underscores the potential of using biochar and salicylic acid as cost-effective strategies for improving mango cultivation in saline soils, thereby ensuring sustainable agricultural productivity.