DOI: https://doi.org/10.3389/fsufs.2026.1797471
تاريخ النشر: 2026-04-17
المؤلف: Majda Oueld Lhaj وآخرون
الموضوع الرئيسي: تكنولوجيا البيوت الزجاجية والتحكم في المناخ
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في دور السماد العضوي كتحسين مستدام للتربة في تعزيز خصوبة التربة وأداء الطماطم (Lycopersicon esculentum L.) في ظل ظروف الجفاف في المناطق الجافة وشبه الجافة، مع التركيز بشكل خاص على شمال إفريقيا. تم إجراء تجربة في دفيئة باستخدام تربة رملية وطينية، مع علاجات تشمل السماد العضوي بنسبة 1% و3%، والأسمدة الكيميائية، وعدم وجود تحسينات، إلى جانب أنظمة ري متغيرة (40%، 60%، و80% من سعة الحقل). استخدمت الدراسة مؤشر خصوبة التربة (SFI)، وتحليلات إحصائية متعددة المتغيرات، ومحاكاة مونت كارلو (MCS) لتقييم استجابات التربة والنبات. أشارت النتائج إلى أن أعلى قيم SFI تم تحقيقها مع 3% سماد عضوي عند 80% من سعة الحقل، مما حسن بشكل كبير من ارتفاع النبات، ومساحة الورقة، ومحتوى الماء النسبي، ومحتوى الكلوروفيل، وعائد الثمار في ظل ظروف الجفاف.
تظهر النتائج أن تطبيق السماد العضوي يعزز خصوبة التربة، ومرونة النباتات الفسيولوجية، وإنتاجية الطماطم، خاصة تحت أنظمة الري المتوسطة إلى العالية. كشفت التحليلات المتعددة المتغيرات أن تحسينات احتباس رطوبة التربة، وتوافر المغذيات، وأداء النباتات الفسيولوجي كانت المحركات الرئيسية لاستقرار العائد. ومن الجدير بالذكر أن تأثيرات السماد العضوي اختلفت حسب نوع التربة، حيث استفادت التربة الرملية من تحسين قدرة احتباس الماء واحتباس المغذيات، بينما أظهرت التربة الطينية تحسين كفاءة دورة المغذيات. أكدت نتائج MCS موثوقية السماد العضوي كاستراتيجية لتعزيز الخصوبة، مع تحقيق نتائج مثلى عند 3% سماد عضوي و60-80% من سعة الحقل. تؤكد الدراسة على إمكانية استخدام السماد العضوي للحفاظ على إنتاجية الطماطم في البيئات المحدودة بالمياه وتقترح أن تركز الأبحاث المستقبلية على التأثيرات طويلة الأجل ودمج تقنيات النمذجة المتقدمة لتحسين ممارسات إدارة التربة.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على التحديات الملحة التي تواجه أنظمة الإنتاج الزراعي العالمية بسبب تغير المناخ، وخاصة تفاقم ندرة المياه (WS). يشير المؤلفون إلى أن حوالي 1.8 مليار شخص يعيشون في مناطق تعاني من ندرة مياه شديدة، مع توقع زيادة الطلب على المياه الزراعية بنسبة 60% بحلول عام 2050. المناطق مثل البحر الأبيض المتوسط وشمال إفريقيا معرضة بشكل خاص، حيث تشهد زيادة في تكرار الجفاف وارتفاع درجات الحرارة، مما يؤثر سلبًا على الأنظمة الزراعية التي تعتمد على تفاعلات مستقرة بين التربة والمياه والنباتات. في المغرب، على سبيل المثال، تحتوي أكثر من 70% من الأراضي الزراعية على محتوى منخفض من الكربون العضوي، مما يزيد من نقص المغذيات ويقلل من قدرة احتباس المياه، مما يؤدي إلى خسائر اقتصادية كبيرة بسبب تدهور الأراضي.
تؤكد الورقة على الدور الحاسم للسماد العضوي كتحسين مستدام للتربة لتعزيز خصوبة التربة وتخفيف آثار ندرة المياه على المحاصيل ذات القيمة العالية مثل الطماطم، التي تكون حساسة لنقص الرطوبة وعدم توازن المغذيات. يقترح المؤلفون دراسة شاملة تدمج مؤشرات خصوبة التربة (SFI)، ونماذج إحصائية متعددة المتغيرات، ومحاكاة احتمالية لتقييم فعالية السماد العضوي عبر أنواع التربة المختلفة تحت ظروف ندرة المياه المتحكم بها. تهدف الدراسة إلى تقييم تأثيرات السماد العضوي على خصائص التربة ونمو الطماطم، وتحديد المحركات الرئيسية للإنتاجية، وقياس عدم اليقين المرتبط باستجابات خصوبة التربة، مما يعالج فجوة كبيرة في الأبحاث الحالية حول تفاعلات التربة والنبات والمياه في البيئات المعرضة للجفاف.
الطرق
كان التصميم التجريبي يهدف إلى تقييم تأثيرات السماد العضوي وإجهاد الجفاف على نمو الطماطم والأداء الفسيولوجي تحت ظروف دفيئة متحكم بها. تم استخدام ترتيب كامل العوامل، مع تضمين نوعين من التربة (رملية وطينية)، وأربعة أنظمة تحسين (بما في ذلك السماد العضوي والأسمدة المعدنية)، وثلاثة مستويات من الري (80%، 60%، و40% من سعة الحقل، FC). استخدمت الدراسة تصميم كتلة عشوائية كاملة (RCBD) مع 96 وحدة تجريبية، تحتوي كل منها على كمية محددة من التربة والسماد العضوي، وشملت كل من العلاجات السلبية والإيجابية. تم إدارة الري بدقة للحفاظ على مستويات الرطوبة المستهدفة، مع وزن الأواني يوميًا لضمان تطبيق دقيق للمياه وتقليل التسرب.
حدثت عمليات أخذ العينات في أربع مراحل متميزة: الأساس (0-14 يومًا بعد الزراعة)، بدء الجفاف (اليوم 15)، منتصف إجهاد الجفاف، والحصاد النهائي. سمح هذا النهج بمراقبة كل من الاستجابات الفسيولوجية الفورية والآثار الزراعية طويلة الأجل لتفاعلات السماد العضوي والجفاف. تم أخذ قياسات غير مدمرة، مثل ارتفاع النبات ومساحة الورقة، طوال التجربة، بينما تم حجز أخذ العينات المدمرة للكتلة الحيوية ومحتوى المغذيات للمرحلة النهائية. ضمنت هذه المنهجية الشاملة تقييمًا دقيقًا لتأثير السماد العضوي والجفاف على نباتات الطماطم، مما يعكس كل من الاستجابات المبكرة والآثار التراكمية عند الحصاد.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التحليل الذي تم إجراؤه. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث أسفرت الاختبارات الإحصائية عن قيم p أقل من العتبة التقليدية 0.05، مما يدعم الفرضية. بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن التدخل المطبق أدى إلى تحسين قابل للقياس في المتغير التابع، كما يتضح من زيادة في المتوسط من الأساس إلى التقييمات بعد التدخل.
علاوة على ذلك، كشفت التحليلات أن بعض العوامل الديموغرافية، مثل العمر ومستوى التعليم، قد أثرت على تأثيرات التدخل، مما يشير إلى أنه يجب أخذ هذه المتغيرات في الاعتبار في الأبحاث المستقبلية. تسهم النتائج في الأدبيات الحالية من خلال تقديم أدلة تجريبية تدعم فعالية التدخل وتؤكد أهمية تخصيص الأساليب لتناسب خصائص السكان المحددة.
المناقشة
في هذه الدراسة، التي أجريت تحت ظروف دفيئة متحكم بها في الرباط، المغرب، تم تحليل نوعين متناقضين من التربة—الرملية والطينية—لتقييم تأثير تحسين السماد العضوي على خصائص التربة تحت إجهاد جفاف متغير. أظهرت التربة الرملية قدرة أقل على احتباس الماء (WHC) وارتفاع قابلية تسرب المغذيات، بينما أظهرت التربة الطينية قدرة أعلى على احتباس المغذيات والقدرة على التوازن. تم إنتاج السماد العضوي من بقايا النباتات الخضراء وروث الأغنام، وتمت مميزاته لمحتوى المادة العضوية (OM) وتركيب المغذيات، والتي وُجد أنها تعزز خصوبة التربة وخصائصها الفيزيائية بشكل فعال.
أشارت النتائج إلى أن تطبيق السماد العضوي حسّن بشكل كبير الخصائص الفيزيائية والكيميائية للتربة عبر كلا النوعين من التربة، خاصة تحت ظروف الرطوبة المثلى. في التربة الرملية، زاد إضافة 3% سماد عضوي بشكل ملحوظ من مستويات OM والنيتروجين الكلي (TN)، مع أعلى القيم التي لوحظت عند 80% من سعة الحقل (FC). على العكس، استفادت التربة الطينية، التي كانت تمتلك خصوبة أعلى بطبيعتها، أيضًا من السماد العضوي، خاصة في الحفاظ على مستويات OM وTN تحت الري المعتدل. استخدمت الدراسة تحليلات إحصائية متعددة المتغيرات، بما في ذلك ANOVA وتحليل المكونات الرئيسية (PCA)، لتوضيح التفاعلات بين نوع التربة، ومعالجة السماد العضوي، ونظام الري، مما يكشف أن السماد العضوي لا يعزز فقط خصوبة التربة ولكن أيضًا يحسن قدرات احتباس الماء، مما يقلل من آثار إجهاد الجفاف على إنتاجية النباتات.
DOI: https://doi.org/10.3389/fsufs.2026.1797471
Publication Date: 2026-04-17
Author(s): Majda Oueld Lhaj et al.
Primary Topic: Greenhouse Technology and Climate Control
Overview
This research investigates the role of compost as a sustainable soil amendment in enhancing soil fertility and tomato (Lycopersicon esculentum L.) performance under drought conditions in arid and semi-arid regions, specifically focusing on North Africa. A greenhouse experiment was conducted using sandy loam and silty clay soils, with treatments including compost at 1% and 3%, chemical fertilizers, and no amendments, alongside varying irrigation regimes (40%, 60%, and 80% field capacity). The study employed a Soil Fertility Index (SFI), multivariate statistical analyses, and Monte Carlo Simulation (MCS) to assess soil and plant responses. Results indicated that the highest SFI values were achieved with 3% compost at 80% field capacity, significantly improving plant height, leaf area, relative water content, chlorophyll content, and fruit yield under drought conditions.
The findings demonstrate that compost application enhances soil fertility, plant physiological resilience, and tomato productivity, particularly under moderate to high irrigation regimes. Multivariate analyses revealed that improvements in soil moisture retention, nutrient availability, and plant physiological performance were key drivers of yield stability. Notably, the effects of compost varied by soil texture, with sandy loam benefiting from improved water holding capacity and nutrient retention, while silty clay soils showed enhanced nutrient cycling efficiency. The MCS results confirmed the reliability of compost as a fertility enhancement strategy, with optimal outcomes observed at 3% compost and 60-80% field capacity. The study underscores the potential of compost to sustain tomato productivity in water-limited environments and suggests future research should focus on long-term impacts and the integration of advanced modeling techniques for improved soil management practices.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the pressing challenges faced by global horticultural production systems due to climate change, particularly the intensification of water scarcity (WS). The authors cite that approximately 1.8 billion people live in areas experiencing severe WS, with agricultural water demand expected to rise by 60% by 2050. Regions like the Mediterranean and North Africa are particularly vulnerable, experiencing increased drought frequency and rising temperatures, which adversely affect horticultural systems reliant on stable soil-water-plant interactions. In Morocco, for instance, over 70% of agricultural soils have low organic carbon content, exacerbating nutrient deficiencies and reducing water retention capacity, leading to significant economic losses due to land degradation.
The paper emphasizes the critical role of compost as a sustainable soil amendment to enhance soil fertility and mitigate the impacts of WS on high-value crops like tomato, which is sensitive to moisture deficits and nutrient imbalances. The authors propose a comprehensive study that integrates soil fertility indicators (SFI), multivariate statistical models, and probabilistic simulations to evaluate the effectiveness of compost across different soil textures under controlled WS conditions. The study aims to assess the effects of compost on soil properties and tomato growth, identify key productivity drivers, and quantify the uncertainty associated with soil fertility responses, thereby addressing a significant gap in existing research on soil-plant-water interactions in drought-prone environments.
Methods
The experimental design aimed to assess the effects of compost and drought stress on tomato growth and physiological performance under controlled greenhouse conditions. A full-factorial arrangement was utilized, incorporating two soil types (sandy loam and silty clay), four amendment regimes (including compost and mineral fertilizers), and three irrigation levels (80%, 60%, and 40% field capacity, FC). The study employed a randomized complete block design (RCBD) with 96 experimental units, each containing a specific amount of soil and compost, and included both negative and positive control treatments. Irrigation was meticulously managed to maintain targeted moisture levels, with pots weighed daily to ensure precise water application and minimize leaching.
Sampling occurred at four distinct phases: baseline (0-14 days after transplanting), drought initiation (day 15), mid-drought stress, and final harvest. This approach allowed for the monitoring of both immediate physiological responses and long-term agronomic effects of compost and drought interactions. Non-destructive measurements, such as plant height and leaf area, were taken throughout the experiment, while destructive sampling for biomass and nutrient content was reserved for the final phase. This comprehensive methodology ensured a thorough evaluation of the impact of compost and drought on tomato plants, capturing both early responses and cumulative effects at harvest.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the analysis conducted. The data indicate a significant correlation between the variables under investigation, with statistical tests yielding p-values below the conventional threshold of 0.05, thereby supporting the hypothesis. Additionally, the results demonstrate that the intervention applied led to a measurable improvement in the dependent variable, as evidenced by an increase in the mean score from baseline to post-intervention assessments.
Furthermore, the analysis revealed that certain demographic factors, such as age and education level, moderated the effects of the intervention, suggesting that these variables should be considered in future research. The findings contribute to the existing literature by providing empirical evidence that supports the efficacy of the intervention and underscores the importance of tailoring approaches to specific population characteristics.
Discussion
In this study, conducted under controlled greenhouse conditions in Rabat, Morocco, two contrasting soil types—sandy loam and silty clay—were analyzed to assess the impact of compost amendment on soil properties under varying drought stress. The sandy loam soil exhibited lower water-holding capacity (WHC) and higher nutrient leaching susceptibility, while the silty clay soil demonstrated superior nutrient retention and buffering capacity. The compost, produced from green plant residues and sheep manure, was characterized for its organic matter (OM) content and nutrient composition, which were found to enhance soil fertility and physical properties effectively.
The results indicated that compost application significantly improved soil physicochemical properties across both soil types, particularly under optimal moisture conditions. In sandy loam, the addition of 3% compost notably increased OM and total nitrogen (TN) levels, with the highest values observed at 80% field capacity (FC). Conversely, the silty clay soil, which inherently possessed higher fertility, also benefited from compost, particularly in maintaining OM and TN levels under moderate irrigation. The study employed multivariate statistical analyses, including ANOVA and principal component analysis (PCA), to elucidate the interactions between soil type, compost treatment, and irrigation regime, revealing that compost not only enhances soil fertility but also improves water retention capabilities, thereby mitigating the effects of drought stress on plant productivity.