DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2025.1668095
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41658547
تاريخ النشر: 2026-01-22
المؤلف: Jiayue Wang وآخرون
الموضوع الرئيسي: استجابات النباتات للإجهاد المائي
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة تأثير الأكسجة بالميكرو-نانومتر (WP) ومستويات تدرج عمود الفوسفور المتغيرة على البيئة الميكروبية لتربة جذر الذرة والعائد الناتج من الذرة. تكشف النتائج أن WP يعزز بشكل كبير من عائد الذرة والكتلة الحيوية، مع زيادة ملحوظة من 1104.93 كجم/هكتار إلى 1387.04 كجم/هكتار تحت تدرج عمود الفوسفور المتوسط (PM)، مما يمثل زيادة بنسبة 25.56% (p<0.05) مقارنةً بمعاملة التحكم (CP). بالإضافة إلى ذلك، يعزز WP امتصاص واستخدام الفوسفور المتاح بشكل أكثر كفاءة، وذلك بفضل تحسين محتوى الأكسجين في التربة، وزيادة التهوية، وزيادة نشاط الإنزيمات وتنوع الميكروبات في الجذر. تؤكد الخاتمة على أن الري بالأكسجة بالميكرو-نانومتر لا يحسن فقط البيئة الميكروبية للتربة ولكن أيضًا يعزز كفاءة استخدام الأسمدة الفوسفورية، مما يؤدي إلى زيادة في عائد الذرة. تظهر الإنزيمات الرئيسية في التربة، بما في ذلك الفوسفاتاز القلوي، والبروتياز القلوي، واليورياز، نشاطًا مرتفعًا بشكل ملحوظ، إلى جانب وفرة أكبر من المجتمعات الميكروبية ومستويات أعلى من الفوسفور المتاح في كل من التربة والنباتات. تسلط هذه الدراسة الضوء على التفاعل بين الفوسفور والأكسجين وتقترح أن الميكروبات في التربة تلعب دورًا تنظيميًا حاسمًا في امتصاص واستخدام الفوسفور، مما يساهم في تحسين كفاءة استخدام الفوسفور وزيادة إنتاجية المحاصيل.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الدور الحاسم للذرة (Zea mays L.) في الأمن الغذائي العالمي، مع التركيز بشكل خاص على المساهمة الكبيرة للصين في إنتاج الذرة، حيث تعتبر شينجيانغ منطقة زراعية رئيسية. على الرغم من أهميتها، تواجه شينجيانغ تحديات مثل ملوحة التربة، وانخفاض الخصوبة، وموارد المياه المحدودة، مما يؤثر سلبًا على إنتاجية الذرة. تظهر التربة القلوية السائدة في المنطقة معدلات عالية من تثبيت الفوسفور، مما يحد من توفر الفوسفور الحيوي وبالتالي يعيق عائد الذرة. تؤكد المقدمة على ضرورة تحديد ممارسات الإدارة الزراعية الفعالة لتعزيز توفر الفوسفور من أجل تحسين إنتاجية المحاصيل.
تقترح الدراسة الاستخدام المبتكر للأكسجة بالميكرو-نانومتر (WP) كحل للقيود المفروضة على طرق الأكسجة الكيميائية والبيولوجية التقليدية. يعزز WP مستويات الأكسجين في التربة، ويعزز النشاط الميكروبي المفيد، ويحسن من تَحَول الفوسفور، مما يساهم بشكل جماعي في زيادة امتصاص العناصر الغذائية وعائد المحاصيل. تهدف الدراسة إلى التحقيق بشكل منهجي في تأثيرات WP على خصائص التربة، ونشاط الإنزيمات، وبنية المجتمع الميكروبي فيما يتعلق بنمو الذرة. تشمل الأسئلة العلمية الرئيسية فحص استخدام الفوسفور تحت الري المؤكسج، ودور النشاط الميكروبي في تعزيز وظائف التربة، وتأثير WP على عائد الذرة وكتلتها الحيوية. من المتوقع أن توفر النتائج رؤى حول الآليات التي من خلالها يحسن الري المؤكسج صحة التربة وتوجيه الممارسات لإنتاج الذرة بكفاءة في المناطق الجافة.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم جمع عينات التربة من موقع إدارة صفرية طويل الأمد في أكسو، والذي يتميز بتربة رملية طينية بنية صحراوية. تم أخذ عينات مركبة من طبقتين: أفق الحراثة السطحية (0-20 سم) والطبقة تحت السطحية (20-90 سم)، وتم تحليلها للمعلمات الفيزيائية والكيميائية الأساسية مثل الكثافة الظاهرة، ودرجة الحموضة، وسعة تبادل الكاتيونات. تضمنت التصميم التجريبي إعداد كتلة عشوائية كاملة مع ترتيب عاملي، واختبار أربع معدلات لتطبيق الفوسفور (0، 86، 172، و258 كجم هكتار⁻¹) ومعاملتين للأكسجة (تهوية طبيعية وأكسجة ميكرو-نانومترية)، مما أسفر عن ثمانية معاملات تم تكرارها ست مرات.
استخدمت طريقة زراعة عمود التربة أنابيب PVC لإنشاء ظروف محكومة، حيث تم ملء طبقات التربة وضغطها لمحاكاة ظروف الحقل الطبيعية. تم زراعة بذور الذرة (“Tianyu 303”) يدويًا، وتم أخذ عينات من التربة بعد الحصاد لتقييم توفر الفوسفور في كل من التربة وأنسجة النبات. تضمنت الطرق التحليلية تقنيات لونية لتحديد محتوى الفوسفور الكلي والمتاح. تم إجراء التحليل الإحصائي باستخدام ANOVA أحادي الاتجاه واختبار دانكن بعد الاختبار لتقييم الفروق المهمة بين المعاملات عند مستوى احتمال 0.05.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” من ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. يبرز الاتجاهات البيانية المهمة، والتحليلات الإحصائية، وأي ارتباطات أو أنماط تم ملاحظتها ذات صلة بفرضيات الدراسة. عادةً ما يتم توضيح النتائج من خلال الجداول، والرسوم البيانية، أو الأشكال، التي توفر تمثيلًا بصريًا للبيانات وتسهيل المقارنة عبر ظروف أو مجموعات مختلفة.
قد يتضمن القسم أيضًا نتائج عددية محددة، مثل قيم p أو فترات الثقة، التي تدعم صحة النتائج. بشكل عام، تسهم النتائج في فهم أعمق لسؤال البحث وتضع الأساس للمناقشات والتفسيرات اللاحقة.
المناقشة
يسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على النتائج المهمة من تجربة ميدانية أجريت في مقاطعة بايتشينغ، شينجيانغ، مع التركيز على تأثيرات الري بالأكسجة بالميكرو-نانومتر على زراعة الذرة. أظهرت الدراسة أن هذه الطريقة في الري تعزز امتصاص الفوسفور من خلال تحسين نشاط إنزيمات التربة، وخاصة الفوسفاتاز القلوي، والبروتياز، واليورياز، والتي تعتبر حاسمة لدورة العناصر الغذائية. تشير النتائج إلى أن معالجة الأكسجة بالميكرو-نانومتر (WP) زادت بشكل كبير من عائد الذرة وكتلتها الحيوية، مع تطبيق الفوسفور الأمثل الذي أدى إلى أعلى أوزان الحبوب والعوائد. على وجه التحديد، حققت معالجة الفوسفور المتوسطة (WPM) عائدًا قدره 1,387.04 كجم/هكتار، متفوقة على المعاملات الأخرى.
علاوة على ذلك، كشفت الأبحاث أن الري بالأكسجة بالميكرو-نانومتر يعزز وفرة وتنوع الميكروبات، مما يؤثر بشكل إيجابي على عائد الذرة. أشار تحليل الارتباط إلى وجود علاقة إيجابية قوية بين غنى الميكروبات ومكونات عائد الذرة، مما يشير إلى أن بيئة ميكروبية ملائمة تعزز إنتاجية المحاصيل. تؤكد النتائج على أهمية تحسين استراتيجيات الري وتطبيق الفوسفور لتحسين جودة التربة وعوائد المحاصيل، خاصة في المناطق الجافة التي تواجه تحديات المناخ. يُقترح إجراء أبحاث مستقبلية للتحقق من هذه النتائج على نطاق أوسع وتكييف التكنولوجيا لسياقات زراعية متنوعة، بهدف تعزيز الاستدامة والإنتاجية في زراعة الذرة.
DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2025.1668095
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41658547
Publication Date: 2026-01-22
Author(s): Jiayue Wang et al.
Primary Topic: Plant responses to water stress
Overview
This study explores the impact of micro-nano aeration oxygenation (WP) and varying Column P gradient levels on the microbial environment of maize rhizosphere soil and subsequent maize yield. The findings reveal that WP significantly enhances maize yield and biomass, with a notable increase from 1104.93 kg/hm² to 1387.04 kg/hm² under the medium Column P gradient (PM), representing a 25.56% increase (p<0.05) compared to the control treatment (CP). Additionally, WP promotes more efficient absorption and utilization of available phosphorus, attributed to improved soil oxygen content, enhanced aeration, and increased enzyme activity and microbial diversity in the rhizosphere. The conclusion emphasizes that micro-nano aeration irrigation not only improves the soil microbial environment but also enhances phosphorus fertilizer utilization efficiency, leading to increased corn yield. Key soil enzymes, including alkaline phosphatase, alkaline protease, and urease, exhibit significantly elevated activity, alongside a greater abundance of microbial communities and higher levels of available phosphorus in both soil and plants. This research highlights the interaction between phosphorus and oxygen and suggests that soil microorganisms play a crucial regulatory role in phosphorus uptake and utilization, ultimately contributing to improved phosphorus use efficiency and higher crop productivity.
Introduction
The introduction highlights the critical role of maize (Zea mays L.) in global food security, particularly emphasizing China’s significant contribution to maize production, with Xinjiang being a key agricultural region. Despite its importance, Xinjiang faces challenges such as soil salinization, low fertility, and limited water resources, which adversely affect maize productivity. The predominant alkaline soils in the region exhibit high phosphorus fixation rates, limiting phosphorus bioavailability and consequently hindering maize yield. The introduction underscores the necessity of identifying effective agricultural management practices to enhance phosphorus availability for improved crop productivity.
The study proposes the innovative use of micro-nano aeration oxygenation (WP) as a solution to the limitations of traditional chemical and biological oxygenation methods. WP enhances soil oxygen levels, promotes beneficial microbial activity, and improves phosphorus mineralization, which collectively contribute to increased nutrient uptake and crop yield. The research aims to systematically investigate the effects of WP on soil properties, enzyme activity, and microbial community structure in relation to maize growth. Key scientific questions include examining phosphorus utilization under oxygenated irrigation, the role of microbial activity in enhancing soil functions, and the impact of WP on maize yield and biomass. The findings are expected to provide insights into the mechanisms by which oxygenated irrigation improves soil health and inform practices for efficient maize production in arid regions.
Methods
In this study, soil samples were collected from a long-term zero-fertilizer management site in Aksu, characterized by sandy clay loam brown desert soil. Composite samples were taken from two layers: the surface tillage horizon (0-20 cm) and the subsurface layer (20-90 cm), and analyzed for basic physicochemical parameters such as bulk density, pH, and cation exchange capacity. The experimental design involved a randomized complete block setup with a factorial arrangement, testing four phosphorus application rates (0, 86, 172, and 258 kg ha⁻¹) and two oxygenation treatments (ambient aeration and micro-nano aeration), resulting in eight treatments replicated six times.
The soil column cultivation method utilized PVC pipes to create controlled conditions, with soil layers filled and compacted to simulate natural field conditions. Maize seeds (“Tianyu 303”) were manually sown, and soil sampling occurred post-harvest to assess phosphorus availability in both soil and plant tissues. Analytical methods included colorimetric techniques for determining total and available phosphorus content. Statistical analysis was performed using one-way ANOVA and Duncan’s post-hoc test to evaluate significant differences among treatments at a 0.05 probability level.
Results
The “Results” section of the research paper presents key findings derived from the conducted experiments or analyses. It highlights significant data trends, statistical analyses, and any observed correlations or patterns relevant to the study’s hypotheses. The results are typically illustrated through tables, graphs, or figures, which provide a visual representation of the data and facilitate comparison across different conditions or groups.
The section may also include specific numerical outcomes, such as p-values or confidence intervals, that support the validity of the findings. Overall, the results contribute to a deeper understanding of the research question and lay the groundwork for subsequent discussions and interpretations.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the significant findings from a field experiment conducted in Baicheng County, Xinjiang, focusing on the effects of micro-nano bubble oxygenation irrigation on maize cultivation. The study demonstrated that this irrigation method enhances phosphorus absorption by improving soil enzyme activities, particularly alkaline phosphatase, protease, and urease, which are crucial for nutrient cycling. The results indicate that micro-nano aeration oxygenation (WP) treatment significantly increased maize yield and biomass, with optimal phosphorus application leading to the highest grain weights and yields. Specifically, the medium phosphorus treatment (WPM) yielded 1,387.04 kg/hm², outperforming other treatments.
Moreover, the research revealed that micro-nano aeration irrigation promotes microbial abundance and diversity, positively influencing maize yield. The correlation analysis indicated a strong positive relationship between microbial richness and maize yield components, suggesting that a favorable microbial environment enhances crop productivity. The findings underscore the importance of optimizing irrigation and phosphorus application strategies to improve soil quality and crop yields, particularly in arid regions facing climate challenges. Future research is proposed to validate these findings on a larger scale and adapt the technology for diverse agricultural contexts, aiming to enhance sustainability and productivity in maize farming.