DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2025.1684202
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41560930
تاريخ النشر: 2026-01-05
المؤلف: Ruifang Zhang وآخرون
الموضوع الرئيسي: محصول المحاصيل وخصوبة التربة
نظرة عامة
تبحث الدراسة في تأثير تخصيب النيتروجين (N) على نمو ومقاومة الانحناء لاثنين من أصناف الشوفان، LENA (مقاوم للانحناء) و QY2 (عرضة للانحناء)، تحت معدلات تطبيق نيتروجين متغيرة (0، 60، 120، 180، 240، و 300 كجم N•ها⁻¹). تبرز الدراسة أنه بينما يعزز تطبيق النيتروجين الصفات الزراعية والمحاصيل، يمكن أن يؤدي النيتروجين الزائد إلى زيادة الانحناء، مما يؤثر سلبًا على جودة الحبوب والعلف. تشير النتائج الرئيسية إلى أن تطبيق النيتروجين الأمثل (180 كجم N•ها⁻¹ لـ LENA) حسّن بشكل كبير من إنتاجية العلف الطازج (61.78 طن•ها⁻¹)، وإنتاجية التبن (19.16 طن•ها⁻¹)، وإنتاجية البذور (6.72 طن•ها⁻¹) مقارنةً بالتحكم، مع زيادات تصل إلى 49.13% في 2018 و 33.79% في 2019 (P < 0.05). تحدد الدراسة الصفات الشكلية الحرجة، مثل ارتفاع النبات (PH)، ارتفاع السنبلة (EH)، وخصائص العقدة القاعدية، كعوامل تحدد مقاومة الانحناء. تشير النتائج إلى أن تطبيق النيتروجين المعتدل يعزز القوة الميكانيكية للساق من خلال زيادة تخليق اللجنين، مما يقلل من معدلات الانحناء. توصي النتائج بـ 180 كجم•ها⁻¹ كمعدل نيتروجين مثالي لـ LENA و 60 كجم•ها⁻¹ لـ QY2، مما يوفر رؤى قيمة لإنتاج الشوفان المستدام في مناطق زراعية بيئية مماثلة.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث أهمية الشوفان (Avena sativa) كمحصول مقاوم في هضبة تشينغهاي-التبت، حيث يوفر علفًا أساسيًا للماشية خلال فصل الشتاء والربيع. أدت الزيادة في الطلب على المنتجات الحيوانية إلى التركيز على تحسين إنتاجية الشوفان، مع تحديد تخصيب النيتروجين كممارسة زراعية حاسمة. بينما يعزز النيتروجين الكافي الكتلة الحيوية وإنتاج الحبوب، يمكن أن يؤدي التطبيق الزائد إلى الانحناء – وهي حالة تنحني فيها السيقان أو تميل، مما يؤثر سلبًا على نقل العناصر الغذائية والإنتاج الكلي. تبرز الدراسة أن الانحناء يمثل مشكلة خاصة خلال مرحلة النمو التناسلي ويتأثر بعوامل مختلفة، بما في ذلك مورفولوجيا النبات والظروف البيئية.
لمعالجة التحديات التي يطرحها الانحناء، أجرى المؤلفون تجربة ميدانية لمدة عامين لاستكشاف تأثيرات مستويات النيتروجين على أصناف الشوفان ذات مقاومة الانحناء المختلفة. تشير النتائج الرئيسية إلى أن صفات مثل ارتفاع النبات، طول العقدة، وخصائص الساق ترتبط بشكل كبير بمعدلات الانحناء. كشفت نموذج المعادلة الهيكلية أن تطبيق النيتروجين له تأثير إيجابي قوي على معدلات الانحناء، بينما تؤثر الصفات الشكلية المحددة سلبًا على خطر الانحناء. تهدف الدراسة إلى تقديم رؤى حول تحسين ممارسات إدارة النيتروجين لتعزيز إنتاجية الشوفان وجودته مع التخفيف من مشاكل الانحناء، مما يساهم في ممارسات الزراعة المستدامة في أنظمة الرعي على ارتفاعات عالية.
طرق
كان التصميم التجريبي المستخدم في هذه الدراسة تصميم كتلة عشوائية، تم إجراؤه على مدى موسمين زراعيين (2018 و 2019) من أواخر أبريل إلى أواخر سبتمبر. شملت التجربة ستة معدلات لتطبيق النيتروجين: 0 كجم·ها⁻¹ (N0)، 60 كجم·ها⁻¹ (N1)، 120 كجم·ها⁻¹ (N2)، 180 كجم·ها⁻¹ (N3)، 240 كجم·ها⁻¹ (N4)، و 300 كجم·ها⁻¹ (N5)، مما أسفر عن إجمالي 12 معالجة عبر 36 قطعة، كل منها بمساحة 15 م² (3 م × 5 م) مع ثلاث تكرارات. تم تطبيق سماد النيتروجين كسماد قاعدي وحيد مباشرة قبل الزراعة وتم دمجه بشكل موحد في طبقة الحراثة.
تم تحديد معدل البذر بناءً على وزن الألف حبة لتحقيق كثافة نباتية مستهدفة تبلغ 300,000 نبات لكل فدان، مع تباعد الصفوف 20 سم و 1 م بين القطع. بالإضافة إلى ذلك، تم تطبيق السوبر فوسفات كسماد قاعدي بمعدل 40 كجم·ها⁻¹ قبل الزراعة، وتم إجراء إزالة الأعشاب يدويًا في مراحل الشتلات، والتفرع، والانضمام. كانت المحصول السابق في المنطقة التجريبية هو الشعير، مما قد يؤثر على ديناميات مغذيات التربة وأداء المحصول اللاحق.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في تأثيرات تطبيق سماد النيتروجين على الصفات الزراعية، والخصائص الميكانيكية، وخصائص الانحناء لاثنين من أصناف الشوفان، LENA (مقاوم للانحناء) و QY2 (عرضة للانحناء). أشارت النتائج إلى أن زيادة معدلات النيتروجين أثرت بشكل إيجابي على ارتفاع النبات (PH)، وارتفاع مركز الثقل (HCG)، وأقطار العقدة، وسمك الجدار، حيث أظهرت LENA خصائص ميكانيكية متفوقة مقارنةً بـ QY2. من الجدير بالذكر أن مؤشر الانحناء ومعدل الانحناء زادا مع زيادة تطبيق النيتروجين، مما يشير إلى أن النيتروجين الزائد يمكن أن يضعف مقاومة الانحناء بسبب إطالة الساق وتقليل سمك جدار الخلية. وجدت الدراسة أن الصفات الشكلية مثل PH و HCG وطول العقدة كانت مرتبطة بشكل كبير بحدوث الانحناء، مما يبرز أهمية اختيار أصناف نباتية أقصر لتحسين مقاومة الانحناء.
علاوة على ذلك، أبرزت الأبحاث أن تطبيق النيتروجين يؤثر على محتوى اللجنين في الساق، وهو أمر حاسم للقوة الميكانيكية ومقاومة الانحناء. حافظ الصنف المقاوم للانحناء LENA على مستويات لجنين أعلى وقوة ميكانيكية تحت ظروف نيتروجين مثالية (180 كجم•ها⁻¹)، بينما بلغت إنتاجية QY2 ذروتها عند مستويات نيتروجين أقل (60 كجم•ها⁻¹). تشير النتائج إلى أن إدارة النيتروجين المناسبة ضرورية لتعظيم إنتاجية الشوفان مع تقليل خطر الانحناء، مع كون N3 هو الأمثل لـ LENA و N1 لـ QY2. بشكل عام، تؤكد هذه الدراسة على التفاعل المعقد بين تخصيب النيتروجين، مورفولوجيا النبات، ومقاومة الانحناء، مما يوفر رؤى قيمة لزراعة الشوفان في المناطق الباردة على ارتفاعات عالية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2025.1684202
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41560930
Publication Date: 2026-01-05
Author(s): Ruifang Zhang et al.
Primary Topic: Crop Yield and Soil Fertility
Overview
The research investigates the impact of nitrogen (N) fertilization on the growth and lodging resistance of two oat cultivars, LENA (lodging-resistant) and QY2 (lodging-susceptible), under varying N application rates (0, 60, 120, 180, 240, and 300 kg N•ha⁻¹). The study highlights that while N application enhances agronomic traits and yields, excessive N can lead to increased lodging, which adversely affects both grain and forage quality. Key findings indicate that optimal N application (180 kg N•ha⁻¹ for LENA) significantly improved fresh forage yield (61.78 t•ha⁻¹), hay yield (19.16 t•ha⁻¹), and seed yield (6.72 t•ha⁻¹) compared to the control, with increases of up to 49.13% in 2018 and 33.79% in 2019 (P < 0.05). The study identifies critical morphological traits, such as plant height (PH), ear height (EH), and basal internode characteristics, as determinants of lodging resistance. The results suggest that moderate N application enhances stem mechanical strength through increased lignin synthesis, thereby reducing lodging rates. The findings recommend 180 kg•ha⁻¹ as the optimal N rate for LENA and 60 kg•ha⁻¹ for QY2, providing valuable insights for sustainable oat production in similar agro-ecological regions.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the significance of oats (Avena sativa) as a resilient crop in the Qinghai-Tibet Plateau, where they provide essential forage for livestock during winter-spring. The increasing demand for animal products has led to a focus on improving oat yields, with nitrogen fertilization identified as a critical agronomic practice. While adequate nitrogen enhances biomass and grain yield, excessive application can lead to lodging—a condition where stems bend or tilt, negatively impacting nutrient transport and overall yield. The study highlights that lodging is particularly problematic during the reproductive growth phase and is influenced by various factors, including plant morphology and environmental conditions.
To address the challenges posed by lodging, the authors conducted a two-year field experiment to explore the effects of nitrogen levels on oat cultivars with differing lodging resistance. Key findings indicate that traits such as plant height, internode length, and stem characteristics significantly correlate with lodging rates. A structural equation model revealed that nitrogen application has a strong positive effect on lodging rates, while specific morphological traits negatively influence lodging risk. The research aims to provide insights into optimizing nitrogen management practices to enhance oat yield and quality while mitigating lodging issues, thereby contributing to sustainable agricultural practices in high-altitude pastoral systems.
Methods
The experimental design employed in this study was a randomized block design, conducted over two growing seasons (2018 and 2019) from late April to late September. The experiment included six nitrogen application rates: 0 kg·ha⁻¹ (N0), 60 kg·ha⁻¹ (N1), 120 kg·ha⁻¹ (N2), 180 kg·ha⁻¹ (N3), 240 kg·ha⁻¹ (N4), and 300 kg·ha⁻¹ (N5), resulting in a total of 12 treatments across 36 plots, each measuring 15 m² (3 m × 5 m) with three replicates. Nitrogen fertilizer was applied as a single basal dressing immediately before sowing and was uniformly incorporated into the plow layer.
The seeding rate was determined based on the thousand-grain weight to achieve a target plant density of 300,000 plants per acre, with row spacing of 20 cm and 1 m between plots. Additionally, superphosphate was applied as a basal fertilizer at a rate of 40 kg·ha⁻¹ prior to sowing, and manual weeding was conducted at the seedling, tillering, and jointing stages. The preceding crop in the experimental area was barley, which may influence soil nutrient dynamics and subsequent crop performance.
Discussion
In this study, the effects of nitrogen fertilizer application on the agronomic traits, mechanical properties, and lodging characteristics of two oat cultivars, LENA (lodging-resistant) and QY2 (lodging-susceptible), were investigated. The results indicated that increased nitrogen rates positively influenced plant height (PH), height of center of gravity (HCG), internode diameters, and wall thickness, with LENA exhibiting superior mechanical properties compared to QY2. Notably, the lodging index and lodging rate increased with higher nitrogen application, suggesting that excessive nitrogen can weaken lodging resistance due to stem elongation and reduced cell wall thickness. The study found that morphological traits such as PH, HCG, and internode length were significantly correlated with lodging incidence, emphasizing the importance of selecting shorter plant varieties for improved lodging resistance.
Furthermore, the research highlighted that nitrogen application affects stem lignin content, which is crucial for mechanical strength and lodging resistance. The lodging-resistant cultivar LENA maintained higher lignin levels and mechanical strength under optimal nitrogen conditions (180 kg•ha⁻¹), while QY2’s yields peaked at lower nitrogen levels (60 kg•ha⁻¹). The findings suggest that appropriate nitrogen management is essential for maximizing oat yield while minimizing lodging risk, with N3 being optimal for LENA and N1 for QY2. Overall, this study underscores the complex interplay between nitrogen fertilization, plant morphology, and lodging resistance, providing valuable insights for oat cultivation in high-altitude, cold regions.