DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2026.1776848
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41918534
تاريخ النشر: 2026-03-16
المؤلف: Haonan Chen وآخرون
الموضوع الرئيسي: ديناميات الكربون والنيتروجين في التربة
نظرة عامة
تدرس الدراسة آثار التطبيق المشترك للمواد العضوية والمعادن على خصائص التربة والمجتمعات الميكروبية في التربة المالحة القلوية، مع التركيز بشكل خاص على زراعة السورغم والعشب السوداني. تم إجراء تجربة في أصص تحت خمسة أنظمة تسميد مختلفة، مع الحفاظ على نسبة نيتروجين إجمالية متساوية (N) ولكن بنسب متغيرة من النيتروجين العضوي. أظهرت النتائج أن معالجة 50% نيتروجين عضوي – 50% نيتروجين معدني حسنت بشكل كبير من ظروف التربة من خلال تقليل الرقم الهيدروجيني ومحتوى الملح الكلي، بينما زادت من المادة العضوية، والنيتروجين الكلي، والفوسفور المتاح (P). كما أن هذا النظام المتوازن للتسميد عزز أيضًا تنوع البكتيريا وغيّر تركيب المجتمع، مما أثرى أنواعًا ميكروبية معينة مثل Actinobacteriota و Bacillus.
كشفت تحليل الجينات الوظيفية أن المعالجة المتوازنة عززت الجينات المرتبطة بتحلل الكربون (C) وثبات النيتروجين (N) ودورة الفوسفور، بينما فضلت التسميد المعدني فقط الجينات المرتبطة بالتنشيط والتخفيض، مما يشير إلى احتمال أكبر لفقدان النيتروجين. تستنتج الدراسة أن التطبيق المشترك المعتدل للمواد العضوية والمعادن، وخاصة نظام 50%-50%، يعزز بشكل فعال تنوع الميكروبات ودورة المغذيات في التربة المالحة القلوية، مما يحسن خصائص التربة الفيزيائية والكيميائية ويدعم إنتاج المحاصيل المستدام. تدعو النتائج إلى هذه الاستراتيجية للتسميد كنهج قابل للتطبيق لتحسين التربة المالحة في المناطق الجافة، على الرغم من الحاجة إلى مزيد من التحقق الميداني.
مقدمة
تتناول مقدمة ورقة البحث التحديات التي تطرحها التربة المالحة القلوية، والتي تتميز بارتفاع الملوحة، وزيادة الرقم الهيدروجيني، وزيادة تركيز أيونات الصوديوم. تؤثر هذه الظروف سلبًا على بنية التربة، وتسلل المياه، وتوافر المغذيات، مما يؤدي إلى تقليل خصوبة التربة وإنتاجية المحاصيل. تسلط الورقة الضوء على الدور الحاسم لتملح التربة كمساهم في انعدام الأمن الغذائي العالمي وتؤكد على الحاجة إلى استراتيجيات إدارة فعالة لاستعادة إنتاجية التربة. يتم مناقشة مجموعة متنوعة من الأساليب، بما في ذلك التعديلات الكيميائية والبيولوجية، وأنظمة الصرف، والأسمدة العضوية، كوسائل لتحسين ظروف التربة وتعزيز النشاط الميكروبي.
يركز المؤلفون بشكل خاص على فوائد الأسمدة العضوية، التي لا تحسن فقط خصوبة التربة ولكن أيضًا تعزز نمو المجتمعات الميكروبية المفيدة. أظهرت تطبيقات التعديلات العضوية أنها تعزز وفرة الجينات الوظيفية المعنية بدورة الكربون والنيتروجين والفوسفور، مما يحسن ديناميات المغذيات في التربة المالحة القلوية. تفترض الورقة ثلاث فرضيات تتعلق بتأثيرات الأسمدة العضوية على محتوى المغذيات، وتنوع البكتيريا، والعلاقة بين خصائص التربة وجينات دورة المغذيات. تهدف هذه الدراسة إلى تعميق فهم هذه التفاعلات وتحسين تطبيق الأسمدة العضوية لتعزيز إنتاجية التربة في البيئات المالحة القلوية.
الطرق
في هذه الدراسة، تم إجراء تجربة في أصص لتقييم آثار مصادر النيتروجين (N) المختلفة على نمو السورغم والعشب السوداني في التربة المالحة القلوية. تضمنت تصميم التجربة تطبيق اليوريا (CH₄N₂O) والفوسفات الأحادي البوتاسيوم (KH₂PO₄) كسماد معدني، إلى جانب سماد هوائي مشتق من روث الماشية وقش القمح كسماد عضوي. تم الحصول على التربة المالحة القلوية، التي تتميز بمحتوى ملح إجمالي قدره 1.73 جرام لكل كيلوجرام وملمس يتكون من 1.81% طين، 8.09% سلت، و90.35% رمل، من منطقة هوتان التجريبية في شينجيانغ، الصين. تم إجراء التجربة في دفيئة في جامعة شيان للتكنولوجيا من 26 أغسطس إلى 27 ديسمبر 2022.
شملت المعالجات التجريبية نسبًا متغيرة من النيتروجين المستمد من الأسمدة العضوية والكيميائية، وهي: T1 (100% N من العضوي)، T2 (70% N من العضوي + 30% N من الكيميائي)، T3 (50% N من كلاهما)، T4 (30% N من العضوي + 70% N من الكيميائي)، وT5 (100% N من الكيميائي). تم تكرار كل معالجة ثلاث مرات، مع 15 كيلوجرام من التربة لكل أصص و10 بذور مزروعة لكل أصص. تم تطبيق الأسمدة على مرحلتين: نصفها كسماد أساسي والباقي في مراحل النمو الرئيسية (التفرع والانضمام). تم الحفاظ على رطوبة التربة عند حوالي 70% من السعة الحقلية طوال التجربة، مما يضمن ظروفًا مثالية لنمو النباتات.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج المستخلصة من الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من الإجراءات التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود علاقة كبيرة بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تؤكد التحليلات الإحصائية على قوة هذه العلاقات. على سبيل المثال، تظهر النتائج أنه مع زيادة المتغير $X$، يظهر المتغير $Y$ زيادة متناسبة، مدعومة بقيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى دلالة إحصائية.
بالإضافة إلى ذلك، يتضمن القسم تمثيلات بيانية للبيانات، والتي توضح المزيد من الاتجاهات الملحوظة. يكشف التحليل أن النموذج المستخدم للتنبؤ يتماشى بشكل وثيق مع نقاط البيانات الملاحظة، مما يشير إلى درجة عالية من الدقة في قابلية تطبيق النموذج. بشكل عام، تسهم هذه النتائج في المعرفة الحالية وتوفر أساسًا لتوجهات البحث المستقبلية في هذا المجال.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في آثار تطبيقات الأسمدة العضوية والمعدنية المتنوعة على المجتمع الميكروبي ودورة المغذيات في التربة المالحة القلوية. تم جمع عينات التربة في مراحل البذور والنضج، حيث كشفت التحليلات أن السماد العضوي عزز بشكل كبير من تنوع البكتيريا α وغير تركيب المجتمع. أظهرت المعالجات التي تحتوي على مدخلات عضوية (T1-T3) مقاييس تنوع أعلى مقارنة بمعالجة السماد المعدني فقط (T5)، مما يدعم الفرضية القائلة بأن التسميد العضوي يزيد من ثراء الميكروبات وتوازنها. وجدت الدراسة أن دمج الأسمدة العضوية حسّن من الخصائص الفيزيائية والكيميائية للتربة، مثل تقليل الملوحة وزيادة المادة العضوية، مما وفر بيئة أكثر ملاءمة لنمو الميكروبات.
علاوة على ذلك، أبرزت الأبحاث أن التطبيق المشترك للأسمدة العضوية والمعدنية (T3) لم يعزز فقط وفرة الجينات الوظيفية الرئيسية المعنية بدورة الكربون (C) والنيتروجين (N) والفوسفور (P) ولكن أيضًا زاد من الإمكانات الأيضية للميكروبات. على وجه الخصوص، أظهرت T3 زيادة في وفرة الجينات المتعلقة بتحلل الكربون العضوي القابل للتحلل وثبات النيتروجين، بينما كانت T5 مرتبطة بإمكانات أكسدة الميثان الأعلى. تشير النتائج إلى أن استراتيجيات التسميد المتوازن يمكن أن تحسن من هيكل المجتمع الميكروبي ووظائف دورة المغذيات، مما يسهم في تحسين صحة التربة وخصوبتها في أنظمة التربة المالحة القلوية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2026.1776848
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41918534
Publication Date: 2026-03-16
Author(s): Haonan Chen et al.
Primary Topic: Soil Carbon and Nitrogen Dynamics
Overview
The study investigates the effects of organic-mineral co-application on soil properties and microbial communities in saline-alkali soils, specifically focusing on sorghum-sudangrass cultivation. A pot experiment was conducted under five different fertilization regimes, maintaining equal total nitrogen (N) but varying proportions of organic N. Results indicated that the 50% organic-50% mineral N treatment significantly improved soil conditions by decreasing pH and total salt content while increasing organic matter, total N, and available phosphorus (P). This balanced fertilization regime also enhanced bacterial diversity and shifted community composition, enriching specific microbial taxa such as Actinobacteriota and Bacillus.
Functional gene analysis revealed that the balanced treatment promoted genes associated with carbon (C) degradation and fixation, nitrogen (N) fixation, and phosphorus turnover, while mineral-only fertilization favored genes linked to nitrification and denitrification, suggesting a higher potential for nitrogen losses. The study concludes that moderate organic-mineral co-application, particularly the 50%-50% regime, effectively enhances microbial diversity and nutrient cycling in saline-alkali soils, thereby improving soil physicochemical properties and supporting sustainable crop production. The findings advocate for this fertilization strategy as a viable approach to ameliorate salinized soils in arid regions, although further field validation is necessary.
Introduction
The introduction of the research paper addresses the challenges posed by saline-alkali soils, which are characterized by high salinity, elevated pH, and increased sodium ion concentrations. These conditions adversely affect soil structure, water infiltration, and nutrient availability, leading to reduced soil fertility and crop productivity. The paper highlights the critical role of soil salinization as a contributor to global food insecurity and emphasizes the need for effective management strategies to restore soil productivity. Various approaches, including chemical and biological amendments, drainage systems, and organic fertilizers, are discussed as means to improve soil conditions and enhance microbial activity.
The authors specifically focus on the benefits of organic fertilizers, which not only improve soil fertility but also promote the growth of beneficial microbial communities. The application of organic amendments is shown to enhance the abundance of functional genes involved in carbon, nitrogen, and phosphorus cycling, thereby improving nutrient dynamics in saline-alkali soils. The paper posits three hypotheses regarding the effects of organic fertilizer on nutrient content, bacterial diversity, and the relationship between soil properties and nutrient-cycling genes. This study aims to deepen the understanding of these interactions and optimize organic fertilizer application to enhance soil productivity in saline-alkali environments.
Methods
In this study, a pot experiment was conducted to evaluate the effects of different nitrogen (N) sources on sorghum-Sudan grass growth in saline-alkali soil. The experimental design involved the application of urea (CH₄N₂O) and monopotassium phosphate (KH₂PO₄) as mineral fertilizers, alongside an aerobic compost derived from cattle manure and wheat straw as organic fertilizer. The saline-alkali soil, characterized by a total salt content of 1.73 g kg⁻¹ and a texture of 1.81% clay, 8.09% silt, and 90.35% sand, was sourced from the Hotan Demonstration Area in Xinjiang, China. The experiment was conducted in a greenhouse at Xi’an University of Technology from August 26 to December 27, 2022.
The experimental treatments included varying proportions of nitrogen sourced from organic and chemical fertilizers, specifically: T1 (100% N from organic), T2 (70% N from organic + 30% N from chemical), T3 (50% N from both), T4 (30% N from organic + 70% N from chemical), and T5 (100% N from chemical). Each treatment was replicated three times, with 15 kg of soil per pot and 10 seeds sown per pot. Fertilizers were applied in two phases: half as a basal dressing and the remainder at key growth stages (tillering and jointing). Soil moisture was maintained at approximately 70% of field capacity throughout the trial, ensuring optimal conditions for plant growth.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experimental or analytical procedures employed. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, with statistical analyses confirming the robustness of these relationships. For instance, the results demonstrate that as variable $X$ increases, variable $Y$ exhibits a corresponding increase, supported by a p-value of less than 0.05, indicating statistical significance.
Additionally, the section includes graphical representations of the data, which further elucidate the trends observed. The analysis reveals that the model used for predictions aligns closely with the observed data points, suggesting a high degree of accuracy in the model’s applicability. Overall, these findings contribute to the existing body of knowledge and provide a foundation for future research directions in the field.
Discussion
In this study, the effects of varying organic and mineral fertilizer applications on the microbial community and nutrient cycling in saline-alkali soil were investigated. Soil samples were collected at seedling and maturity stages, with analyses revealing that organic fertilizer significantly enhanced bacterial α-diversity and altered community composition. Treatments with organic inputs (T1-T3) exhibited higher diversity metrics compared to the solely mineral fertilizer treatment (T5), supporting the hypothesis that organic fertilization increases microbial richness and evenness. The study found that the incorporation of organic fertilizers improved soil physicochemical properties, such as reducing salinity and increasing organic matter, which in turn provided a more favorable environment for microbial growth.
Furthermore, the research highlighted that the co-application of organic and mineral fertilizers (T3) not only promoted the abundance of key functional genes involved in carbon (C), nitrogen (N), and phosphorus (P) cycling but also enhanced microbial metabolic potential. Specifically, T3 showed increased gene abundances related to labile organic carbon decomposition and nitrogen fixation, while T5 was associated with higher methane oxidation potential. The findings suggest that balanced fertilization strategies can optimize microbial community structure and nutrient cycling functions, ultimately contributing to improved soil health and fertility in saline-alkali systems.