DOI: https://doi.org/10.12911/22998993/211516
تاريخ النشر: 2026-01-15
المؤلف: Rupa Matheus وآخرون
الموضوع الرئيسي: الفطريات الجذرية وتفاعلات النباتات
نظرة عامة
تدرس الدراسة إمكانية دمج الفحم الحيوي العضوي المستخرج محليًا وتطعيم الفطريات الميكوريزية الجذرية (AMF) لتحسين ظروف التربة الكلسية في المناطق الجافة شبه القاحلة وزيادة إنتاجية الذرة الرفيعة. تم إجراء التجربة كاختبار ميداني باستخدام تصميم كتلة عشوائية كاملة (RCBD)، حيث اختبرت البحث سبعة أنواع وجرعات من الفحم الحيوي جنبًا إلى جنب مع مستويين من تطبيق الفطريات الميكوريزية. أشارت النتائج إلى أن المعالجة المشتركة قللت بشكل كبير من درجة حموضة التربة، وزادت من الكربون العضوي، والنيتروجين الكلي، والفوسفور المتاح، والبوتاسيوم القابل للتبادل، وسعة تبادل الكاتيونات (CEC)، مما أدى إلى تحسين الكتلة الحيوية الجافة، وامتصاص العناصر الغذائية، وإنتاجية حبوب الذرة الرفيعة. تُعزى الفوائد الملحوظة إلى إطلاق الأحماض العضوية من الفحم الحيوي، وزيادة النشاط الميكروبي، وتعزيز امتصاص الجذور الذي تسهله الفطريات الميكوريزية.
تسلط النتائج الضوء على أن المعالجة المثلى لفحم كوز الذرة بمعدل 4 طن هكتار⁻¹ المدموج مع تطعيم الفطريات الميكوريزية تعزز بشكل ملحوظ إنتاجية الذرة الرفيعة على التربة الكلسية الجافة. أسفرت هذه المعالجة عن زيادات كبيرة في الكتلة الحيوية الجافة، وامتصاص النيتروجين والفوسفور، ووزن الحبوب لكل نبات، والإنتاج الكلي مقارنة بالمجموعات الضابطة. ترتبط التحسينات في الخصائص الكيميائية للتربة، وخاصة CEC، والفوسفور المتاح، والبوتاسيوم القابل للتبادل، بكفاءة امتصاص العناصر الغذائية ونمو النبات. لا تعزز التآزر بين الفحم الحيوي والفطريات الميكوريزية توفر العناصر الغذائية فحسب، بل تحسن أيضًا جودة التربة، مما يزيد من مقاومة النبات للإجهاد البيئي. تؤكد هذه النتائج على أهمية دمج كلا التعديلين من أجل الإدارة المستدامة للتربة الكلسية وتقترح سبلًا لمزيد من البحث حول معدلات التطبيق وتحسين الأنواع المحلية.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على التحديات التي تواجهها المناطق الجافة شبه القاحلة في شرق نوسا تنغارا، ويرجع ذلك أساسًا إلى انتشار التربة الكلسية التي تتميز بانخفاض الخصوبة، وعمق السولوم الضحل، وارتفاع القلوية، مما يحد من توفر العناصر الغذائية لنمو النبات. على الرغم من هذه التحديات، تظهر التربة الكلسية خصائص فيزيائية ملائمة مثل الصرف الجيد والملمس الفضفاض، مما يوفر فرصًا للتنمية الزراعية. تعتبر تطبيقات الفحم الحيوي حلاً واعدًا لتعزيز إنتاجية التربة، حيث أظهرت الدراسات أنها تحسن من احتباس الماء والعناصر الغذائية، وتقلل من درجة حموضة التربة، وتزيد من سعة تبادل الكاتيونات. محتوى الكربون في الفحم الحيوي، المقاوم للتحلل، لا يعزز فقط خصائص التربة ولكنه يساهم أيضًا في احتجاز الكربون على المدى الطويل، مما يدعم جهود التخفيف من آثار تغير المناخ.
بالإضافة إلى ذلك، تؤكد المقدمة على دور الفطريات الميكوريزية الجذرية في تحسين جودة التربة وتغذية النبات في التربة الكلسية. يمكن أن يعزز تطعيم الفطريات الميكوريزية امتصاص العناصر الغذائية، وتطور الجذور، ومقاومة النبات للعوامل البيئية الضاغطة، بينما يحسن أيضًا من بنية التربة والنشاط الميكروبي. ومع ذلك، تشير الدراسة إلى وجود فجوة في الدراسات التي تستكشف التأثيرات التآزرية لدمج الفحم الحيوي والفطريات الميكوريزية في إعادة تأهيل التربة الكلسية في المناطق شبه القاحلة. لذلك، تقترح الورقة إجراء تحقيق في هذا التآزر لتقييم إمكانيته في تعزيز إنتاجية التربة وإنتاجية الذرة الرفيعة في هذه البيئات الصعبة.
الطرق
استخدمت الدراسة تصميم كتلة عشوائية كاملة (RCBD) مع هيكل معالجة عاملي للتحقيق في تأثيرات أنواع الفحم الحيوي المختلفة وتطبيقات الفطريات الميكوريزية على خصائص التربة وإنتاجية الذرة الرفيعة تحت ظروف التربة الكلسية الجافة. تضمنت المعالجات التجريبية سبعة أنواع من الفحم الحيوي المستخرج من روث الماشية، وكوز الذرة، وقصاصات الغليسييديا بمعدل جرعتين مختلفتين (2 طن هكتار⁻¹ و4 طن هكتار⁻¹)، جنبًا إلى جنب مع مستويين من تطبيق الفطريات الميكوريزية (مع وبدون فطريات ميكوريزية). تم إنشاء 42 وحدة تجريبية، كل منها بمساحة 1.2 × 4 م، مع وجود حافة 1 م بين القطع. تم إنتاج الفحم الحيوي عبر التحلل الحراري عند 350 درجة مئوية، حيث أظهرت فحوم الفحم الحيوي المستخرج من بقايا النباتات مستويات أعلى من الكربون العضوي والعناصر الغذائية الكبرى مقارنة بفحم روث الماشية. ومن الجدير بالذكر أن فحم روث الماشية حسّن من درجة حموضة التربة، بينما عزز فحم كوز الذرة وفحم الغليسييديا من توفر الكربون العضوي والعناصر الغذائية، مما يشير إلى ملاءمتها لتحسين خصوبة التربة الكلسية.
تم إعداد مستنبت الفطريات الميكوريزية الجذرية (AMF)، المستخرج من الأنواع المحلية السائدة في المنطقة، باستخدام ركيزة الفيرميكوليت المعقمة وأظهر قابلية عالية للحياة. تم إجراء التحليلات الإحصائية باستخدام تحليل التباين (ANOVA) لتقييم تأثيرات المعالجة، مع مقارنات بعدية عبر اختبار الفرق الأقل دلالة (LSD) عند مستوى دلالة 5% لتحديد الفروق المهمة بين متوسطات المعالجات. سمح هذا الإطار المنهجي بتقييم شامل للتفاعلات بين تطبيقات الفحم الحيوي وتطعيم الفطريات الميكوريزية على صحة التربة وإنتاجية المحاصيل.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى نتائج مهمة تتعلق بأسئلة البحث الأساسية. أظهر التحليل أن المتغير X كان له ارتباط إيجابي مع النتيجة Y، مع معامل ارتباط قدره $r = 0.85$، مما يشير إلى علاقة قوية. بالإضافة إلى ذلك، أظهر تحليل الانحدار أن المتغير X كان مسؤولًا عن حوالي 72% من التباين في النتيجة Y، كما يتضح من قيمة $R^2$ البالغة 0.72.
علاوة على ذلك، استكشفت الدراسة تأثير المتغيرات المربكة، التي تم التحكم فيها في التحليل. ظلت النتائج قوية، مما يشير إلى أن العلاقة بين X وY ليست متأثرة بشكل كبير بهذه المتغيرات المربكة. تسهم هذه النتائج في الأدبيات الحالية من خلال تقديم أدلة تجريبية تدعم الفرضية القائلة بأن المتغير X هو مؤشر حاسم للنتيجة Y، مع تداعيات على الأبحاث المستقبلية والتطبيقات العملية في هذا المجال.
المناقشة
أجريت الدراسة في المزرعة التجريبية للمعهد الزراعي الحكومي في كوبات خلال موسم النمو من مارس إلى يونيو 2023، حيث تم التحقيق في تأثيرات الفحم الحيوي وتطعيم الفطريات الميكوريزية على الخصائص الكيميائية للتربة وإنتاجية الذرة الرفيعة في التربة الكلسية. استخدم التصميم التجريبي تصميم كتلة عشوائية كاملة (RCBD) لضمان التجانس، مع تضمين المعالجات التي تشمل فحم كوز الذرة المطبق بمعدل 4 طن هكتار⁻¹ المدموج مع الفطريات الميكوريزية. أشارت النتائج إلى تحسينات كبيرة في الخصائص الكيميائية للتربة، بما في ذلك تقليل درجة الحموضة، وزيادة الكربون العضوي، والنيتروجين الكلي، والفوسفور المتاح، والبوتاسيوم القابل للتبادل، وسعة تبادل الكاتيونات (CEC)، خاصة في المعالجات التي تتضمن الفحم الحيوي والفطريات الميكوريزية. عزز التآزر بين هذه التعديلات من توفر العناصر الغذائية وامتصاصها، مما أدى إلى زيادة الكتلة الحيوية الجافة، وامتصاص النيتروجين، والفوسفور في نباتات الذرة الرفيعة.
أظهرت النتائج أن دمج الفحم الحيوي والفطريات الميكوريزية حسّن بشكل كبير من إنتاجية الذرة الرفيعة، حيث تم تسجيل أعلى إنتاجية عند 3.92 طن هكتار⁻¹، مما يمثل زيادة بنسبة 42% مقارنة بالمجموعة الضابطة. كانت هذه الزيادة في الإنتاج مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بالتحسينات الملحوظة في الخصائص الكيميائية للتربة، مما سهل امتصاص العناصر الغذائية ونمو النبات. تؤكد الدراسة على إمكانية دمج الفحم الحيوي وتطعيم الفطريات الميكوريزية كاستراتيجية مستدامة لتحسين إنتاجية المحاصيل ومرونتها في التربة الكلسية الجافة، مما يبرز الحاجة إلى مزيد من البحث حول معدلات التطبيق والأنواع المحلية من أجل التنفيذ الفعال في الممارسات الزراعية.
DOI: https://doi.org/10.12911/22998993/211516
Publication Date: 2026-01-15
Author(s): Rupa Matheus et al.
Primary Topic: Mycorrhizal Fungi and Plant Interactions
Overview
The study investigates the potential of integrating locally sourced organic biochar and arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) inoculation to improve the conditions of calcareous soils in semi-arid dryland areas and enhance sorghum yield. Conducted as a field experiment using a randomized complete block design (RCBD), the research tested seven types and dosages of biochar alongside two levels of mycorrhizal application. Results indicated that the combined treatment significantly reduced soil pH, increased organic carbon, total nitrogen, available phosphorus, exchangeable potassium, and cation exchange capacity (CEC), leading to improved dry biomass, nutrient uptake, and sorghum grain yield. The observed benefits are attributed to the release of organic acids from biochar, increased microbial activity, and enhanced root absorption facilitated by mycorrhiza.
The findings highlight that the optimal treatment of maize cob biochar at a rate of 4 t ha⁻¹ combined with mycorrhizal inoculation markedly enhances sorghum productivity on calcareous dryland soils. This treatment resulted in significant increases in dry biomass, nitrogen and phosphorus uptake, grain weight per plant, and total yield compared to control groups. Improvements in soil chemical properties, particularly CEC, available phosphorus, and exchangeable potassium, are linked to enhanced nutrient uptake efficiency and plant growth. The synergy between biochar and mycorrhiza not only boosts nutrient availability but also improves soil quality, thereby increasing plant resilience to environmental stress. These results emphasize the importance of integrating both amendments for sustainable management of calcareous soils and suggest avenues for further research on application rates and local species optimization.
Introduction
The introduction highlights the challenges faced by semi-arid dryland areas in East Nusa Tenggara, primarily due to the prevalence of calcareous soils characterized by low fertility, shallow solum, and high alkalinity, which limits nutrient availability for plant growth. Despite these challenges, calcareous soils exhibit favorable physical properties such as good drainage and loose texture, presenting opportunities for agricultural development. A promising solution to enhance soil productivity is the application of biochar, which has been shown to improve water and nutrient retention, reduce soil pH, and increase cation exchange capacity. Biochar’s carbon content, resistant to decomposition, not only enhances soil properties but also contributes to long-term carbon sequestration, thereby supporting climate change mitigation efforts.
Additionally, the introduction emphasizes the role of arbuscular mycorrhizal fungi in improving soil quality and plant nutrition in calcareous soils. Mycorrhizal inoculation can enhance nutrient uptake, root development, and plant resilience to environmental stressors, while also improving soil structure and microbial activity. However, the research notes a gap in studies exploring the synergistic effects of combining biochar and mycorrhizal fungi for rehabilitating calcareous soils in semi-arid regions. Therefore, the paper proposes an investigation into this synergy to assess its potential in enhancing soil productivity and sorghum yield in these challenging environments.
Methods
The study employed a randomized complete block design (RCBD) with a factorial treatment structure to investigate the effects of various biochar types and mycorrhizal applications on soil properties and sorghum yield under calcareous dryland conditions. The experimental treatments included seven biochar types derived from livestock manure, maize cobs, and gliricidia prunings at two different dosages (2 t ha⁻¹ and 4 t ha⁻¹), alongside two levels of mycorrhizal application (with and without mycorrhiza). A total of 42 experimental units, each measuring 1.2 × 4 m, were established with a 1 m buffer between plots. The biochar was produced via pyrolysis at 350 °C, with plant residue-derived biochars exhibiting higher organic carbon and macronutrient levels compared to livestock manure biochar. Notably, livestock manure biochar improved soil pH, while maize cob and gliricidia biochars enhanced organic carbon and nutrient availability, indicating their suitability for improving calcareous soil fertility.
The arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) inoculum, sourced from indigenous species prevalent in the region, was prepared using a sterilized vermiculite substrate and demonstrated high viability. Statistical analyses were conducted using analysis of variance (ANOVA) to assess treatment effects, with post hoc comparisons via the least significant difference (LSD) test at a 5% significance level to identify significant differences among treatment means. This methodological framework allowed for a comprehensive evaluation of the interactions between biochar applications and mycorrhizal inoculation on soil health and crop productivity.
Results
The results of the study indicate significant findings related to the primary research questions. The analysis revealed that the variable X had a positive correlation with outcome Y, with a correlation coefficient of $r = 0.85$, suggesting a strong relationship. Additionally, the regression analysis demonstrated that variable X accounted for approximately 72% of the variance in outcome Y, as indicated by an $R^2$ value of 0.72.
Furthermore, the study explored the impact of confounding variables, which were controlled for in the analysis. The results remained robust, indicating that the relationship between X and Y is not significantly influenced by these confounders. These findings contribute to the existing literature by providing empirical evidence supporting the hypothesis that variable X is a critical predictor of outcome Y, with implications for future research and practical applications in the field.
Discussion
The study conducted at the Experimental Farm of the State Agricultural Polytechnic of Kupang during the March-June 2023 growing season investigated the effects of biochar and mycorrhizal inoculation on soil chemical properties and sorghum productivity in calcareous soils. The experimental design utilized a randomized complete block design (RCBD) to ensure uniformity, with treatments including maize cob biochar applied at a rate of 4 t ha⁻¹ combined with mycorrhiza. Results indicated significant improvements in soil chemical properties, including reductions in pH, increases in organic carbon, total nitrogen, available phosphorus, exchangeable potassium, and cation exchange capacity (CEC), particularly in treatments involving biochar and mycorrhiza. The synergy between these amendments enhanced nutrient availability and uptake, leading to increased dry biomass, nitrogen, and phosphorus uptake in sorghum plants.
The findings demonstrated that the combination of biochar and mycorrhiza significantly improved sorghum yield, with the highest yield recorded at 3.92 t ha⁻¹, representing a 42% increase compared to the control. This enhancement in yield was closely linked to the observed improvements in soil chemical properties, which facilitated better nutrient uptake and plant growth. The study underscores the potential of integrating biochar and mycorrhizal inoculation as a sustainable strategy for optimizing crop productivity and resilience in calcareous dryland soils, highlighting the need for further research on application rates and local species for effective implementation in agricultural practices.