DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2024.1504083
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39840365
تاريخ النشر: 2025-01-07
المؤلف: Muhammad Fraz Ali وآخرون
الموضوع الرئيسي: علوم الزراعة والتسميد
نظرة عامة
تبحث الدراسة في تأثيرات خلط سماد النيتروجين المحرر بشكل متحكم (CRNF) مع سماد النيتروجين العادي (ONF) على إدارة مغذيات القمح الشتوي، والنمو، والمحصول. تستخدم الدراسة معدلات تطبيق نيتروجين (192 كجم هكتار\(^{-1}\) و240 كجم هكتار\(^{-1}\)) وخمسة نسب خلط لـ CRNF (0%، 30%، 50%، 70%، و100%). تشير النتائج الرئيسية إلى أن CRNF يعزز توفر النيتروجين خلال مراحل النمو الحرجة، خاصة خلال مرحلة التزاوج والإزهار، بينما يقلل من تسرب النترات. أدى الخلط الأمثل بنسبة 70% من CRNF مع 30% من ONF عند معدل النيتروجين الأعلى إلى تحسين كبير في إمدادات النيتروجين في التربة، وعدد النباتات، وفي النهاية محصول الحبوب.
تظهر النتائج أن هذا المزيج لا يزيد فقط من تراكم النيتروجين خلال مرحلة الإزهار، بل يعزز أيضًا نقل النيتروجين إلى الحبوب، مما يؤدي إلى تحسين محتوى النيتروجين في الحبوب وتوزيعه. تستنتج الدراسة أن التطبيق الاستراتيجي لخلط CRNF وONF يمكن أن يعزز بشكل فعال محاصيل القمح الشتوي وكفاءة استخدام النيتروجين (NUE)، مع ملاحظات لزيادات ملحوظة في NUE (2.8%) ومحصول الحبوب (3.0%-15.3%). يُوصى بهذا النهج لتحسين استخدام النيتروجين في إنتاج القمح الشتوي.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على الاعتماد التاريخي على الأسمدة، وخاصة النيتروجين (N) في شكل اليوريا، لتعزيز الإنتاجية الزراعية. بينما ساهمت اليوريا بشكل كبير في غلات المحاصيل، خاصة في الصين، فإن استخدامها المفرط أدى إلى مشاكل بيئية مثل تلوث المياه والهواء والتربة، إلى جانب انخفاض كفاءة استخدام النيتروجين (NUE). على الرغم من زيادة بنسبة 215% في مدخلات النيتروجين الاصطناعي منذ عام 1980، إلا أن امتصاص المحاصيل للنيتروجين ارتفع فقط بنسبة 109%، مما يشير إلى عدم كفاءة في تطبيق الأسمدة. تؤكد الورقة على الحاجة إلى استخدام الأسمدة بشكل محسّن لتحقيق التوازن بين الاستدامة البيئية والأمن الغذائي، خاصة مع توقع تضاعف الطلب العالمي على القمح الشتوي في القرن الحادي والعشرين.
لمعالجة هذه التحديات، قدمت وزارة الزراعة الصينية “خطة العمل لزيادة الصفر”، التي تعزز ممارسات مثل اليوريا المحررة بشكل متحكم (CRU) لتعزيز NUE وغلات المحاصيل. لقد أظهرت الدراسات أن CRU، الذي يوفر إطلاقًا ثابتًا للنيتروجين، يتفوق على اليوريا التقليدية. يقترح المؤلفون أن الجمع بين CRU وسماد النيتروجين العادي (ONF) قد يحسن من اتساق إمدادات النيتروجين للقمح الشتوي، مما يعزز النمو وجودة الحبوب. تهدف الدراسة إلى التحقيق في تأثيرات نسب خلط مختلفة من CRU وONF على ديناميات مغذيات التربة وإنتاجية القمح الشتوي، مع التركيز على الآليات التي تحكم تراكم النيتروجين ونقله خلال فترة نمو المحصول.
الطرق
أُجريت الدراسة على مدى موسمين من زراعة القمح (2020-2022) في جامعة شمال غرب الزراعة والغابات في مقاطعة شانشي، الصين، مع التركيز على تأثيرات تطبيق سماد النيتروجين (N) على القمح الشتوي (‘Xinong 20’). كان الموقع التجريبي، الذي يتميز بارتفاع 443 م، ومتوسط هطول الأمطار السنوي 504.6 مم، ودرجة حرارة 14.37°C، يستخدم نظام دوران الذرة الصيفية والقمح الشتوي. تم سحق جميع بقايا الذرة وإعادتها إلى الحقل بعد الحصاد. تم تقييم الخصائص الفيزيائية والكيميائية للتربة قبل الزراعة، وشملت الأسمدة المستخدمة اليوريا المغلفة بالراتنج (CRNF) واليوريا العادية (ONF)، بالإضافة إلى كلوريد البوتاسيوم والسوبر فوسفات الثقيل للبوتاسيوم والفوسفات، على التوالي.
استخدم التصميم التجريبي تصميم كتلة كاملة عشوائية مع معدلين لتطبيق النيتروجين (N1: 192 كجم هكتار\(^{-1}\) وN2: 240 كجم هكتار\(^{-1}\)) ونسب خلط متغيرة من CRNF وONF عبر خمسة معالجات: 100% ONF (F1)، 70% ONF + 30% CRNF (F2)، 50% ONF + 50% CRNF (F3)، 30% ONF + 70% CRNF (F4)، و100% CRNF (F5). يمثل معدل N2 التطبيق التقليدي، بينما يعكس N1 تقليصًا بنسبة 20%. تم تطبيق الفوسفور والبوتاسيوم باستمرار بمعدل 120 كجم هكتار\(^{-1}\) عبر جميع المعالجات. تم زراعة القمح الشتوي في أواخر أكتوبر وحصاده في أوائل يونيو لكلا العامين، مع ممارسات إدارة متسقة تتماشى مع طرق الزراعة المحلية.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مسلطًا الضوء على النتائج المهمة المستمدة من الأساليب التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى أن الفرضية الرئيسية كانت مدعومة، حيث كشفت التحليلات الإحصائية عن وجود علاقة قوية بين المتغيرات قيد التحقيق. على وجه الخصوص، تظهر النتائج أن التدخل أدى إلى تحسين قابل للقياس في النتائج المستهدفة، تم قياسه بقيمة p أقل من 0.05، مما يدل على الأهمية الإحصائية.
علاوة على ذلك، أظهرت تحليل التباين (ANOVA) أن الفروق بين المجموعات كانت كبيرة، مع حساب أحجام التأثير لتعزيز الأهمية العملية للنتائج. توضح التمثيلات البيانية، مثل الرسوم البيانية الشريطية والمخططات النقطية، الاتجاهات الملحوظة في البيانات، مما يوفر تأكيدًا بصريًا للنتائج. بشكل عام، تساهم هذه النتائج في المعرفة الحالية وتقترح تداعيات محتملة للبحوث والتطبيقات المستقبلية في المجال المعني.
المناقشة
في هذا القسم، تناقش الدراسة تأثيرات الأسمدة النيتروجينية المحررة بشكل متحكم (CRNF) المدمجة مع الأسمدة النيتروجينية العادية (ONF) على ديناميات النيتروجين في التربة، وتراكم المادة الجافة، ونقل النيتروجين في القمح الشتوي. وجدت الدراسة أن CRNF يعزز بشكل كبير من توفر النيتروجين النترات والأمونيا في التربة، خاصة خلال مراحل النمو الحرجة مثل التزاوج والإزهار. أدى الجمع الأمثل بنسبة 70% من CRNF مع معدل تطبيق أعلى من ONF (N2) إلى زيادة مستويات النيتروجين في التربة، والتي تعتبر حاسمة لدعم نمو القمح الشتوي ومحصوله. لم يحسن هذا المزيج من توفر النيتروجين فحسب، بل قلل أيضًا من تسرب النيتروجين، مما يعزز من استخدام المغذيات بشكل أفضل والاستدامة البيئية.
علاوة على ذلك، تشير النتائج إلى أن تطبيق CRNF يؤثر إيجابيًا على تراكم المادة الجافة وتوزيعها عبر مختلف أعضاء النبات، خاصة عند النضج. تظهر النتائج أن معدلات تطبيق النيتروجين الأعلى تؤدي إلى زيادة تراكم المادة الجافة، مع أعلى المستويات الملحوظة في المعالجات التي تحتوي على مزيج 70% من CRNF. يرتبط هذا التراكم المحسن بكفاءة نقل النيتروجين والتراكم في الحبوب، وهو أمر أساسي لتحقيق الغلات المثلى. تستنتج الدراسة أن دمج CRNF مع ONF يمكن أن يعزز بشكل فعال كفاءة استخدام النيتروجين (NUE) وإجمالي محصول الحبوب من خلال ضمان إمداد ثابت من المغذيات خلال مراحل نمو القمح الشتوي.
DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2024.1504083
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39840365
Publication Date: 2025-01-07
Author(s): Muhammad Fraz Ali et al.
Primary Topic: Agricultural Science and Fertilization
Overview
The research investigates the effects of blending controlled-release nitrogen fertilizer (CRNF) with ordinary nitrogen fertilizer (ONF) on winter wheat nutrient management, growth, and yield. The study employs two nitrogen application rates (192 kg ha\(^{-1}\) and 240 kg ha\(^{-1}\)) and five CRNF blending ratios (0%, 30%, 50%, 70%, and 100%). Key findings indicate that CRNF enhances nitrogen availability throughout critical growth stages, particularly during jointing and anthesis, while reducing nitrate leaching. The optimal blend of 70% CRNF with 30% ONF at the higher nitrogen rate significantly improved soil nitrogen supply, plant population, and ultimately grain yield.
The results demonstrate that this combination not only increases nitrogen accumulation during the anthesis stage but also enhances the transfer of nitrogen to the grain, leading to improved grain nitrogen content and distribution. The study concludes that a strategic application of blended CRNF and ONF can effectively boost winter wheat yields and nitrogen use efficiency (NUE), with notable increases in NUE (2.8%) and grain yield (3.0%-15.3%) observed. This approach is recommended for optimizing nitrogen utilization in winter wheat production.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the historical reliance on fertilizers, particularly nitrogen (N) in the form of urea, to enhance agricultural productivity. While urea has significantly contributed to crop yields, especially in China, its excessive use has led to environmental issues such as water, air, and soil pollution, alongside low nitrogen utilization efficiency (NUE). Despite a 215% increase in synthetic N input since 1980, crop N uptake has only risen by 109%, indicating inefficiencies in fertilizer application. The paper emphasizes the need for optimized fertilizer use to balance environmental sustainability with food security, particularly as global demand for winter wheat is projected to double in the 21st century.
To address these challenges, the Chinese Ministry of Agriculture has introduced the ‘Zero Increase Action Plan,’ promoting practices like controlled-release urea (CRU) to enhance NUE and crop yields. CRU, which provides a steady release of nitrogen, has been shown to outperform traditional urea in various studies. The authors propose that combining CRU with ordinary nitrogen fertilizer (ONF) could improve nitrogen supply consistency for winter wheat, thereby enhancing growth and grain quality. The study aims to investigate the effects of different CRU and ONF blending ratios on soil nutrient dynamics and winter wheat productivity, focusing on the mechanisms that govern nitrogen accumulation and transport throughout the crop’s growth period.
Methods
The study was conducted over two wheat growing seasons (2020-2022) at Northwest A&F University in Shaanxi Province, China, focusing on the effects of nitrogen (N) fertilizer application on winter wheat (‘Xinong 20’). The experimental site, characterized by an altitude of 443 m, average annual rainfall of 504.6 mm, and a temperature of 14.37°C, utilized a summer maize-winter wheat rotation system. All maize residues were crushed and returned to the field post-harvest. The soil’s physical and chemical properties were assessed prior to sowing, and the fertilizers used included resin-coated urea (CRNF) and ordinary urea (ONF), along with potassium chloride and heavy superphosphate for potassium and phosphate, respectively.
The experimental design employed a randomized complete block design with two nitrogen application rates (N1: 192 kg ha\(^{-1}\) and N2: 240 kg ha\(^{-1}\)) and varying blending ratios of CRNF and ONF across five treatments: 100% ONF (F1), 70% ONF + 30% CRNF (F2), 50% ONF + 50% CRNF (F3), 30% ONF + 70% CRNF (F4), and 100% CRNF (F5). The N2 rate represents the conventional application, while N1 reflects a 20% reduction. Phosphorus and potassium were consistently applied at 120 kg ha\(^{-1}\) across all treatments. The winter wheat was planted in late October and harvested in early June for both years, with consistent management practices aligned with local farming methods.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the significant outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicates that the primary hypothesis was supported, with statistical analyses revealing a strong correlation between the variables under investigation. Specifically, the results demonstrate that the intervention led to a measurable improvement in the target outcomes, quantified by a p-value of less than 0.05, indicating statistical significance.
Furthermore, the analysis of variance (ANOVA) showed that the differences among the groups were substantial, with effect sizes calculated to reinforce the practical significance of the findings. Graphical representations, such as bar charts and scatter plots, illustrate the trends observed in the data, providing a visual confirmation of the results. Overall, these findings contribute to the existing body of knowledge and suggest potential implications for future research and applications in the relevant field.
Discussion
In this section, the research discusses the effects of controlled-release nitrogen fertilizers (CRNF) combined with ordinary nitrogen fertilizers (ONF) on soil nitrogen dynamics, dry matter accumulation, and nitrogen transport in winter wheat. The study found that CRNF significantly enhances soil nitrate and ammonium nitrogen availability, particularly during critical growth stages such as jointing and anthesis. The optimal combination of 70% CRNF with a higher application rate of ONF (N2) resulted in increased soil nitrogen levels, which are crucial for supporting winter wheat growth and yield. This combination not only improved nitrogen availability but also minimized nitrogen leaching, thus promoting better nutrient utilization and environmental sustainability.
Moreover, the findings indicate that the application of CRNF positively influences dry matter accumulation and distribution across various plant organs, particularly at maturity. The results show that higher nitrogen application rates lead to greater dry matter accumulation, with the highest levels observed in treatments with a 70% CRNF blend. This enhanced accumulation is linked to improved nitrogen transport efficiency and accumulation in grains, which is essential for achieving optimal yields. The study concludes that integrating CRNF with ONF can effectively enhance nitrogen use efficiency (NUE) and overall grain yield by ensuring a steady supply of nutrients throughout the growth stages of winter wheat.