DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-35142-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41507271
تاريخ النشر: 2026-01-08
المؤلف: Preeti وآخرون
الموضوع الرئيسي: ديناميات الكربون والنيتروجين في التربة
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة تأثير أنظمة الزراعة المعتمدة على المحاصيل النقدية المختلفة على الخصائص الميكروبيولوجية للتربة وتوافر العناصر الغذائية على مدى فترة تتجاوز عشر سنوات. تقارن الأبحاث بشكل خاص تأثيرات نظام الأرز-القمح (RW)، والذرة الرفيعة-القمح (PW)، والقطن-القمح (CW)، والذرة الرفيعة-الخردل (PM)، ونظام زراعة قصب السكر (SS) على إجمالي الكربون (TC)، وإجمالي الكربون غير العضوي (TIC)، وكربون التربة العضوي (SOC)، وتوافر العناصر الدقيقة، والنشاط البيولوجي في التربة. ومن الجدير بالذكر أن نظام RW أظهر زيادة ملحوظة في SOC بنسبة 29.16% مقارنة بنظام PW، بينما أدى نظام زراعة SS إلى أعلى مستويات من الكربون العضوي المذاب (DOC)، متجاوزًا تلك الأنظمة الأخرى بفروق تتراوح بين 4.75% إلى 45.35%.
تؤكد النتائج على أهمية SOC، وتوافر العناصر الدقيقة، والخصائص الميكروبية كمؤشرات حاسمة لتقييم تأثير أنظمة الزراعة السائدة على جودة التربة ووظيفتها. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت التربة تحت نظام الزراعة RW انخفاضًا في pH التربة (7.37) والموصلية الكهربائية (EC) (0.35 dS m⁻¹) مقارنة بتلك المرتبطة بأنظمة CW وPW وPM وSS، مما يبرز التأثيرات الدقيقة لممارسات الزراعة على صحة التربة.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على أهمية نظام زراعة الأرز-القمح (RW) في سهول الهندو-غانجيتيك (IGP) في الهند، والتي تمتد على حوالي 10 ملايين هكتار وتساهم في 75% من إنتاج الغذاء الأساسي في البلاد. ومع ذلك، أدى الزراعة المستمرة لنظام RW إلى قضايا حرجة مثل تدهور التربة، واستنفاد العناصر الغذائية، وانخفاض مستويات المياه الجوفية، مما يثير القلق بشأن استدامة هذه الممارسة الزراعية. تناقش الورقة أيضًا أنظمة زراعية أخرى، بما في ذلك زراعة البقوليات-القمح (PW)، وزراعة الخردل، ونظام القطن-القمح (CW)، مع التأكيد على أدوارها في إنتاج الغذاء وصحة التربة.
تتأثر ديناميات كربون التربة العضوي (SOC) بعوامل مختلفة، بما في ذلك أنماط استخدام الأراضي وممارسات الإدارة، التي تؤثر على خصوبة التربة ودوران المادة العضوية. تؤكد الدراسة على أهمية فهم تحولات المادة العضوية في التربة (SOM) لتطوير ممارسات زراعية مستدامة تعزز صحة التربة. وتلاحظ أن كربون الكتلة الميكروبية (MBC) وإنزيمات التربة، مثل نشاط الديهيدروجيناز (DHA)، تعمل كمؤشرات حساسة لصحة التربة وممارسات الإدارة. تختتم المقدمة بتحديد فجوة معرفية بشأن التأثير المقارن لأنظمة الزراعة المختلفة على توافر العناصر الدقيقة في التربة والنشاط الميكروبي، خاصة في المناطق الجافة، وتفترض أن هناك حاجة لمزيد من الأبحاث لمعالجة هذه القضايا.
الطرق
تحدد قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. توضح المواد المستخدمة، بما في ذلك الكواشف المحددة، والمعدات، وأي عينات بيولوجية، لضمان إمكانية تكرار التجارب. يتم وصف المنهجية بشكل منهجي، مع تغطية إعداد العينات، والظروف التي أجريت فيها التجارب، والتقنيات التحليلية المستخدمة لجمع البيانات وتحليلها.
بالإضافة إلى ذلك، قد يتضمن القسم طرقًا إحصائية تم تطبيقها لتفسير النتائج، مثل استخدام برامج محددة لتحليل البيانات أو تطبيق اختبارات إحصائية معينة للتحقق من النتائج. بشكل عام، يخدم هذا القسم لتقديم نظرة شاملة على الإطار التجريبي، مما يمكّن الباحثين الآخرين من تكرار الدراسة والتحقق من استنتاجاتها.
النتائج
قيمت نتائج الدراسة تأثير خمسة أنظمة زراعية رئيسية—الأرز-القمح (RW)، القطن-القمح (CW)، البقوليات-القمح (PW)، الذرة الرفيعة (PM)، والدخن-الدخن (SS)—التي تم ممارستها لأكثر من عقد في حقول المزارعين. ركز التقييم على خصائص التربة المختلفة، كاشفًا عن اختلافات ملحوظة تعزى إلى كل نظام زراعي.
تشير النتائج إلى أن الزراعة على المدى الطويل تحت هذه الأنظمة لها تأثيرات مميزة على صحة التربة، مما قد يؤثر على عوامل مثل توافر العناصر الغذائية، وبنية التربة، والنشاط الميكروبي. هذه الرؤى حاسمة لفهم الممارسات الزراعية المستدامة وآثارها على إدارة التربة في المناطق المدروسة.
المناقشة
تؤكد قسم المناقشة في ورقة البحث على التأثير الكبير لمختلف أنظمة الزراعة على خصائص التربة، خاصة في المناطق شبه الجافة مثل بالوال، هاريانا، الهند. تبرز الدراسة أن أنظمة المحاصيل النقدية المختلفة وممارسات إدارتها تؤثر على أجزاء كربون التربة (إجمالي الكربون (TC)، إجمالي الكربون غير العضوي (TIC)، كربون التربة العضوي (SOC)، وكربون عضوي مذاب (DOC))، وتوافر العناصر الدقيقة (Fe، Mn، Cu، وZn)، والأنشطة الميكروبية. ومن الجدير بالذكر أن نظام الأرز-القمح (RW) أظهر أدنى مستوى من pH التربة وأعلى مستويات من SOC، مما يعزى إلى الظروف اللاهوائية وزيادة المدخلات من المادة العضوية. في المقابل، أظهرت الأنظمة الهوائية مثل القطن-القمح (CW) والذرة الرفيعة (PM) موصلية كهربائية (EC) أعلى وSOC أقل، مما يشير إلى ديناميات مغذية مختلفة وآثار على جودة التربة.
كشفت تحليل توافر العناصر الدقيقة أن أنظمة RW كانت تحتوي على تركيزات أعلى بكثير من الحديد والزنك والمنغنيز القابلة للاستخراج بواسطة DTPA مقارنة بالأنظمة الأخرى، على الأرجح بسبب الظروف اللاهوائية التي تعزز الذوبانية والتوافر الحيوي. على العكس، سجل نظام PM أعلى مستوى من النحاس القابل للاستخراج بواسطة DTPA، مما يشير إلى أن ممارسات الإدارة المحددة وأنواع المحاصيل يمكن أن تؤدي إلى اختلافات في احتفاظ العناصر الغذائية وتوافرها. تؤكد الدراسة على أهمية فهم التفاعلات بين أنظمة الزراعة وصحة التربة لتعزيز الممارسات الزراعية المستدامة التي تعزز ديناميات العناصر الغذائية وجودة التربة بشكل عام.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-35142-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41507271
Publication Date: 2026-01-08
Author(s): Preeti et al.
Primary Topic: Soil Carbon and Nitrogen Dynamics
Overview
This study investigates the impact of various cash crop-based cropping systems on soil microbiological properties and nutrient bioavailability over a period exceeding ten years. The research specifically compares the effects of the rice-wheat (RW), pearl millet-wheat (PW), cotton-wheat (CW), pearl millet-mustard (PM), and sugarcane-sugarcane (SS) mono-cropping systems on total carbon (TC), total inorganic carbon (TIC), soil organic carbon (SOC), micronutrient availability, and biological activity in soils. Notably, the RW system demonstrated a significant increase in SOC by 29.16% compared to the PW system, while the SS mono-cropping resulted in the highest dissolved organic carbon (DOC) levels, surpassing those of the other systems by margins of 4.75% to 45.35%.
The findings underscore the importance of SOC, available micronutrients, and microbial characteristics as critical indicators for assessing the influence of dominant cropping systems on soil quality and functionality. Additionally, soils under the RW cropping system exhibited lower soil pH (7.37) and electrical conductivity (EC) (0.35 dS m⁻¹) compared to those associated with CW, PW, PM, and SS systems, highlighting the nuanced effects of cropping practices on soil health.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significance of the rice-wheat (RW) cropping system in the Indo-Gangetic Plains (IGP) of India, which spans approximately 10 million hectares and contributes to 75% of the nation’s staple food production. However, continuous RW cultivation has led to critical issues such as soil degradation, nutrient depletion, and declining groundwater levels, raising concerns about the sustainability of this agricultural practice. The paper also discusses other cropping systems, including pulse-wheat (PW), mustard cultivation, and the cotton-wheat (CW) system, emphasizing their roles in food production and soil health.
The dynamics of soil organic carbon (SOC) are influenced by various factors, including land use patterns and management practices, which affect soil fertility and organic matter turnover. The study underscores the importance of understanding soil organic matter (SOM) transformations to develop sustainable agricultural practices that enhance soil health. It notes that microbial biomass carbon (MBC) and soil enzymes, such as dehydrogenase activity (DHA), serve as sensitive indicators of soil health and management practices. The introduction concludes by identifying a knowledge gap regarding the comparative impact of different cropping systems on soil micronutrient availability and microbial activity, particularly in dry areas, and posits that further research is needed to address these issues.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the materials used, including specific reagents, equipment, and any biological samples, ensuring reproducibility of the experiments. The methodology is described systematically, covering the preparation of samples, the conditions under which experiments were conducted, and the analytical techniques utilized for data collection and analysis.
Additionally, the section may include statistical methods applied to interpret the results, such as the use of specific software for data analysis or the application of particular statistical tests to validate findings. Overall, this section serves to provide a comprehensive overview of the experimental framework, enabling other researchers to replicate the study and verify its conclusions.
Results
The results of the study evaluated the impact of five major cropping systems—Rice-Wheat (RW), Cotton-Wheat (CW), Pulses-Wheat (PW), Pearl Millet (PM), and Sorghum-Sorghum (SS)—that have been practiced for over a decade in farmers’ fields. The assessment focused on various soil properties, revealing significant differences attributable to each cropping system.
The findings indicate that long-term cultivation under these systems has distinct effects on soil health, potentially influencing factors such as nutrient availability, soil structure, and microbial activity. These insights are crucial for understanding sustainable agricultural practices and their implications for soil management in the studied regions.
Discussion
The discussion section of the research paper emphasizes the significant influence of various cropping systems on soil properties, particularly in semi-arid regions like Palwal, Haryana, India. The study highlights that different cash crop-based systems and their management practices affect soil carbon fractions (total carbon (TC), total inorganic carbon (TIC), soil organic carbon (SOC), and dissolved organic carbon (DOC)), micronutrient availability (Fe, Mn, Cu, and Zn), and microbial activities. Notably, the rice-wheat (RW) cropping system exhibited the lowest soil pH and the highest SOC levels, attributed to anaerobic conditions and higher organic matter inputs. In contrast, aerobic systems like cotton-wheat (CW) and pearl millet (PM) showed higher electrical conductivity (EC) and lower SOC, indicating different nutrient dynamics and soil quality implications.
The analysis of micronutrient availability revealed that RW systems had significantly higher concentrations of DTPA-extractable Fe, Zn, and Mn compared to other systems, likely due to the anaerobic conditions that enhance solubility and bioavailability. Conversely, the PM system recorded the highest DTPA-extractable Cu, suggesting that specific management practices and crop types can lead to variations in nutrient retention and availability. The study underscores the importance of understanding the interactions between cropping systems and soil health to promote sustainable agricultural practices that enhance nutrient dynamics and overall soil quality.