DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-34120-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41484295
تاريخ النشر: 2026-01-02
المؤلف: Subhan Danish وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات بيئية للمبيدات الحشرية والأعشاب
نظرة عامة
تشير نتائج البحث إلى أن تطبيق 0.6% من الفحم الحيوي من مخلفات الشاي (TWBC) و5% من الزيوليت (ZL) يعزز بشكل كبير نمو الذرة تحت ضغط الغليفوسات. على وجه التحديد، لا تعزز هذه التركيبة نمو النبات فحسب، بل تنظم أيضًا مستويات مضادات الأكسدة، وتزيد من تركيزات العناصر الغذائية الأساسية، وتخفف من الآثار السلبية للغليفوسات على الذرة. علاوة على ذلك، تساهم هذه الإضافات في تحسين جودة التربة، وهو أمر حيوي للممارسات الزراعية المستدامة.
يدعو البحث إلى دمج هذه الإضافات منخفضة التكلفة والصديقة للبيئة في طرق الزراعة التقليدية، مقترحًا أنها يمكن أن تكون أدوات فعالة للمزارعين لتعزيز الإنتاجية مع الحفاظ على السلامة البيئية. ومع ذلك، يؤكد المؤلفون على ضرورة التحقق الميداني عبر ظروف مختلفة وتحليل شامل للتكاليف والفوائد لتسهيل التطبيق العملي لعلاج 0.6% من TWBC مع 5% من ZL في تخفيف ضغط الغليفوسات في زراعة الذرة.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الآثار السلبية للغليفوسات، وهو مبيد أعشاب مستخدم على نطاق واسع، على نمو النباتات وصحة التربة. يقوم الغليفوسات بتثبيط الإنزيم 5-إنولبيوروفيل-شيكيمات-3-فوسفات سينثاز (EPSPS)، مما يعطل مسار الشيكمات الضروري لتخليق الأحماض الأمينية العطرية، مما يؤدي إلى تقليل تخليق البروتين، ومستويات الكلوروفيل، وقوة النبات بشكل عام. كما ينتج المبيد أيضًا كميات مفرطة من أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS)، مما يسبب إجهادًا أكسديًا وينشط الدفاعات المضادة للأكسدة. بالإضافة إلى ذلك، يؤثر الغليفوسات سلبًا على المجتمعات الميكروبية في التربة، ودورات العناصر الغذائية، وتوافر العناصر الدقيقة الأساسية، مما يهدد صحة النبات وإنتاجية الزراعة.
لمعالجة هذه التحديات، يستكشف البحث إمكانيات الزيوليت (ZL) والفحم الحيوي من مخلفات الشاي (TWBC) كإضافات مستدامة للتربة. يعزز الزيوليت جودة التربة من خلال تحسين احتباس العناصر الغذائية والبنية، بينما يثري TWBC، المشتق من مخلفات الشاي، خصوبة التربة والنشاط الميكروبي. يهدف البحث إلى تقييم التأثيرات الفردية والتآزرية لـ ZL وTWBC على نمو الذرة تحت ضغط الغليفوسات، مما يسد فجوة معرفية حاسمة في الممارسات الزراعية المستدامة. من المتوقع أن تظهر النتائج كيف يمكن لهذه الإضافات تخفيف الآثار السامة للغليفوسات، وتعزيز امتصاص العناصر الغذائية، وتحسين مرونة وإنتاجية الذرة.
طرق البحث
في عام 2024، تم إجراء تجربة في الأواني في مختبر مراقبة جودة المبيدات (PQCL) في ملتان، البنجاب، باكستان، لتقييم الخصائص الفيزيائية والكيميائية للتربة. تم جمع عينات التربة من الموقع التجريبي، وتجفيفها في الهواء، ثم غربلتها من خلال شبكة 2 مم لتحضيرها للتحليل. تم تقييم وتوثيق الخصائص المحددة للتربة بشكل منهجي، كما هو مفصل في الجدول 1 من الدراسة. يضمن هذا النهج المنهجي فهمًا شاملاً لخصائص التربة، وهو أمر حاسم للتقييمات التجريبية اللاحقة.
النتائج
تشير النتائج إلى ميزات طيفية كبيرة مرتبطة بمجموعات وظيفية مختلفة في العينات التي تم تحليلها. يُعزى ذروة واسعة عند حوالي $3410 \, \text{cm}^{-1}$ إلى اهتزازات تمدد O-H، مما يشير إلى وجود مجموعات هيدروكسيل. بالإضافة إلى ذلك، يشير تمدد N-H بالقرب من $3190 \, \text{cm}^{-1}$ إلى وظائف الأمين، بينما يتم تمثيل تمدد C=C للهياكل العطرية بواسطة ذروة عند $1615 \, \text{cm}^{-1}$. تشمل الأشرطة الملحوظة الأخرى تمدد C=O عند $1510 \, \text{cm}^{-1}$، وتمدد C-O عند $1410 \, \text{cm}^{-1}$، وروابط P-O-C بين $1230-1260 \, \text{cm}^{-1}$. كما لوحظت اهتزازات انحناء P-OH بالقرب من $1070 \, \text{cm}^{-1}$.
فيما يتعلق بالاستجابات البيوكيميائية، أدت العلاجات بتركيزات مختلفة من الفحم الحيوي من مخلفات الشاي (TWBC) (0.15%، 0.30%، 0.60%، و1.20%) تحت ظروف 0% و5% من الزيوليت (ZL) إلى زيادة في إجمالي السكريات القابلة للذوبان (TSP) والأحماض الأمينية الحرة (FAA)، إلى جانب انخفاض في أنشطة البيروكسيداز (POD) و أسكوربات بيروكسيداز (APX) مقارنةً بالتحكم (0% TWBC). على وجه التحديد، زادت TSP بنسبة 12.07% إلى 32.18% وFAA بنسبة 2.44% إلى 43.90% تحت 0% ZL، بينما تراوحت الانخفاضات في POD وAPX من 17.14% إلى 67.35%. تحت 5% ZL، لوحظت اتجاهات مماثلة، مع زيادات في TSP من 12.83% إلى 44.39% وتغيرات في FAA من 2.17% إلى 41.30%، إلى جانب انخفاضات كبيرة في أنشطة POD وAPX، مما يشير إلى تأثير مفيد محتمل لـ TWBC على استجابات إجهاد النبات.
مناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على التأثيرات الكبيرة لبقايا الغليفوسات على صحة التربة وإنتاجية المحاصيل، مما يبرز الحاجة إلى إضافات فعالة للتربة. يمكن أن يتراكم الغليفوسات، على الرغم من أن له عمر نصف قصير، في التربة، مما يعطل المجتمعات الميكروبية وقد يؤدي إلى تقليل غلات الزراعة. يستكشف البحث استخدام الفحم الحيوي من مخلفات الشاي (TWBC) والزيوليت (ZL) كإضافات لتخفيف الآثار السلبية للغليفوسات على نمو الذرة. يعزز TWBC خصائص التربة، ويعزز امتصاص العناصر الغذائية، ويقلل من الإجهاد التأكسدي، بينما يحسن ZL احتباس العناصر الغذائية ويقلل من حركة الغليفوسات في التربة.
تشير النتائج إلى أن الجمع بين 0.6% من TWBC و5% من ZL يعزز بشكل كبير نمو الذرة تحت ضغط الغليفوسات، مما يحسن النشاط الضوئي، ومحتوى الكلوروفيل، والديناميات الغذائية بشكل عام. لا تعزز الإضافات فقط مرونة النبات ولكنها تساهم أيضًا في ممارسات إدارة التربة المستدامة. يدعو البحث إلى دمج هذه المواد منخفضة التكلفة والصديقة للبيئة في الزراعة التقليدية لتحقيق توازن بين إنتاجية الزراعة وسلامة البيئة، على الرغم من أن التحقق الميداني الإضافي ضروري للتطبيق العملي.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-34120-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41484295
Publication Date: 2026-01-02
Author(s): Subhan Danish et al.
Primary Topic: Pesticide and Herbicide Environmental Studies
Overview
The research findings indicate that the application of 0.6% Tea Waste Biochar (TWBC) and 5% Zeolite (ZL) significantly enhances maize growth under glyphosate stress. Specifically, this combination not only promotes plant growth but also regulates antioxidant levels, increases essential nutrient concentrations, and mitigates the adverse effects of glyphosate on maize. Furthermore, these amendments contribute to improved soil quality, which is vital for sustainable agricultural practices.
The study advocates for the integration of these low-cost and environmentally friendly amendments into conventional farming methods, suggesting that they can serve as effective tools for farmers to enhance productivity while maintaining environmental safety. However, the authors emphasize the necessity for field validation across various conditions and a thorough cost-benefit analysis to facilitate practical implementation of the 0.6% TWBC with 5% ZL treatment in alleviating glyphosate stress in maize cultivation.
Introduction
The introduction highlights the adverse effects of glyphosate, a widely used herbicide, on plant growth and soil health. Glyphosate inhibits the enzyme 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS), disrupting the shikimate pathway essential for synthesizing aromatic amino acids, leading to reduced protein synthesis, chlorophyll levels, and overall plant vigor. The herbicide also generates excessive reactive oxygen species (ROS), causing oxidative stress and activating antioxidant defenses. Additionally, glyphosate negatively impacts soil microbial communities, nutrient cycles, and the availability of essential micronutrients, ultimately compromising plant health and agricultural productivity.
To address these challenges, the research explores the potential of zeolite (ZL) and tea waste biochar (TWBC) as sustainable soil amendments. Zeolite enhances soil quality by improving nutrient retention and structure, while TWBC, derived from tea waste, enriches soil fertility and microbial activity. The study aims to evaluate the individual and synergistic effects of ZL and TWBC on maize growth under glyphosate stress, filling a critical knowledge gap in sustainable agricultural practices. The findings are expected to demonstrate how these amendments can mitigate glyphosate’s toxic effects, enhance nutrient uptake, and improve maize resilience and productivity.
Methods
In 2024, a pot experiment was conducted at the Pesticide Quality Control Laboratory (PQCL) in Multan, Punjab, Pakistan, to assess the physicochemical properties of the soil. Soil samples were collected from the experimental site, air-dried, and subsequently sieved through a 2-mm mesh to prepare them for analysis. The specific soil characteristics were systematically evaluated and documented, as detailed in Table 1 of the study. This methodological approach ensures a comprehensive understanding of the soil’s properties, which is crucial for the subsequent experimental assessments.
Results
The results indicate significant spectral features associated with various functional groups in the samples analyzed. A broad peak at approximately $3410 \, \text{cm}^{-1}$ is attributed to O-H stretching vibrations, suggesting the presence of hydroxyl groups. Additionally, N-H stretching near $3190 \, \text{cm}^{-1}$ indicates amine functionalities, while C=C stretching of aromatic structures is represented by a peak at $1615 \, \text{cm}^{-1}$. Other notable bands include C=O stretching at $1510 \, \text{cm}^{-1}$, C-O stretching at $1410 \, \text{cm}^{-1}$, and P-O-C linkages between $1230-1260 \, \text{cm}^{-1}$. P-OH bending vibrations were also observed near $1070 \, \text{cm}^{-1}$.
In terms of biochemical responses, treatments with varying concentrations of tea waste biochar (TWBC) (0.15%, 0.30%, 0.60%, and 1.20%) under both 0% and 5% zeolite (ZL) conditions resulted in increased total soluble sugars (TSP) and free amino acids (FAA), alongside decreased peroxidase (POD) and ascorbate peroxidase (APX) activities compared to the control (0% TWBC). Specifically, TSP increased by 12.07% to 32.18% and FAA by 2.44% to 43.90% under 0% ZL, while reductions in POD and APX ranged from 17.14% to 67.35%. Under 5% ZL, similar trends were observed, with TSP increases of 12.83% to 44.39% and FAA changes of 2.17% to 41.30%, alongside significant decreases in POD and APX activities, indicating a potential beneficial effect of TWBC on plant stress responses.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the significant impacts of glyphosate residues on soil health and crop productivity, emphasizing the need for effective soil amendments. Glyphosate, while having a short half-life, can accumulate in the soil, disrupting microbial communities and potentially leading to reduced agricultural yields. The study investigates the use of tea waste biochar (TWBC) and zeolite (ZL) as amendments to mitigate glyphosate’s adverse effects on maize growth. TWBC enhances soil properties, promotes nutrient absorption, and reduces oxidative stress, while ZL improves nutrient retention and reduces glyphosate mobility in the soil.
The findings indicate that the combination of 0.6% TWBC and 5% ZL significantly enhances maize growth under glyphosate stress, improving photosynthetic activity, chlorophyll content, and overall nutrient dynamics. The amendments not only foster plant resilience but also contribute to sustainable soil management practices. The study advocates for the integration of these low-cost, eco-friendly materials into conventional farming to balance agricultural productivity with environmental safety, although further field validation is necessary for practical application.