DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2026.1752272
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41696164
تاريخ النشر: 2026-01-30
المؤلف: Yan Xu وآخرون
الموضوع الرئيسي: امتصاص المغذيات النباتية والتمثيل الغذائي
نظرة عامة
تبحث الدراسة في استراتيجيات تخصيب النيتروجين لتعزيز إنتاجية فول الصويا في شينجيانغ، الصين، وهي منطقة تتميز بارتفاع إنتاجية فول الصويا ولكن تعاني من انخفاض كفاءة استخدام النيتروجين (NUE). استخدمت تجربة ميدانية لمدة عامين تصميمًا مقسمًا مع نوعين من فول الصويا – Xindadou 27 (منخفض الإنتاج) و Xinnongdou 2 (مرتفع الإنتاج) – وأربعة معدلات لتطبيق النيتروجين (0، 120، 180، و240 كجم هكتار⁻¹). تشير النتائج إلى أن تطبيق 180 كجم هكتار⁻¹ من النيتروجين حسّن بشكل كبير كثافة وزن الجذور الجافة، وكثافة الطول، وكثافة مساحة السطح في طبقة التربة 0-60 سم، وخاصة في الجزء العلوي 0-20 سم. كما عزز هذا العلاج أنشطة إنزيمات استقلاب النيتروجين (اختزال النترات (NR) واصطناع الجلوتامين/اصطناع الجلوتامات (GS/GOGAT))، مما يسهل امتصاص النيتروجين وانتقاله إلى الأجزاء الهوائية، مما زاد في النهاية من الإنتاج وتراكم النيتروجين في الأجزاء الهوائية.
تخلص الدراسة إلى أن معدل تطبيق النيتروجين الأمثل البالغ 180 كجم هكتار⁻¹ خلال مرحلة بداية القرون يعزز من تطوير الجذور ويزيد من كفاءة استخدام النيتروجين، مما يعزز بالتالي من إنتاجية فول الصويا. على العكس، كانت معدلات النيتروجين الأعلى (240 كجم هكتار⁻¹) ضارة، حيث أعاقت نمو الجذور وأثرت سلبًا على استقلاب النيتروجين. أكدت نمذجة المعادلات الهيكلية أيضًا أن معايير نمو الجذور تؤثر بشكل إيجابي على تراكم النيتروجين في الجذور. أظهر الصنف عالي الإنتاج Xinnongdou 2 كتلة جذرية وقدرة على امتصاص النيتروجين تفوقا، مما يضمن توافر المواد الكافية للإنتاج العالي مع تقليل المخاطر المرتبطة بتطبيق النيتروجين المفرط. تدعو هذه الدراسة إلى معدل تطبيق النيتروجين الموصى به كأحد الممارسات المستدامة لتعظيم إنتاجية فول الصويا في المنطقة.
مقدمة
في سياق زراعة فول الصويا في شينجيانغ، الصين، تم تحقيق إنتاج قياسي قدره 7126.2 كجم هكتار\(^{-1}\) في عام 2025، متجاوزًا بشكل كبير المتوسط الوطني البالغ 1995 كجم هكتار\(^{-1}\) (لي ويانغ، 2025). يبرز هذا التفاوت الإمكانية لتعزيز إنتاجية فول الصويا في جميع أنحاء الصين، لا سيما من خلال الممارسات الزراعية المتقدمة مثل الري بالتنقيط المغطى وإدارة النيتروجين الدقيقة (تشنغ وآخرون، 2021). ومع ذلك، تسلط الدراسة الضوء على التحديات المرتبطة بتطبيق النيتروجين المفرط، والذي يمكن أن يؤثر سلبًا على كفاءة استخدام النيتروجين ويؤثر سلبًا على نمو الجذور، وهو عامل حاسم في الحصول على العناصر الغذائية وتكوين الإنتاج (هي وآخرون، 2025؛ والتش-ليو وآخرون، 2005).
تؤكد المقدمة على أهمية تحسين هيكل الجذر لتحسين امتصاص النيتروجين والإنتاج الكلي. تشير إلى أن أصناف فول الصويا عالية الإنتاج عادة ما تظهر خصائص جذرية محسنة، مثل زيادة كثافة الجذور الدقيقة وعمق اختراق التربة، وهي ضرورية لامتصاص العناصر الغذائية (جونز وجاكوبسن، 2005؛ لينش وبراون، 2011). تهدف الدراسة إلى التحقيق في تأثيرات معدلات تطبيق النيتروجين المتغيرة على نمو الجذور واستخدام النيتروجين تحت الري بالتنقيط المغطى، مع فرضية أن النيتروجين المفرط خلال مرحلة القرون قد يعيق تطوير الجذور وانتقال النيتروجين، مما يقلل في النهاية من الإنتاج. تسعى هذه الدراسة إلى تقديم رؤى حول الاستخدام الفعال للنيتروجين واستراتيجيات التطبيق الدقيقة لزراعة فول الصويا في المناطق الجافة، مع معالجة التوازن الحرج بين إمدادات النيتروجين وإنتاجية المحاصيل.
طرق البحث
أُجريت الدراسة في مزرعة سانبينغ التجريبية في أورومتشي، شينجيانغ، الصين، خلال مواسم النمو 2022-2023، باستخدام تربة رملية طينية ذات خصائص غذائية أولية محددة. استخدم التصميم التجريبي ترتيبًا مقسمًا يضم نوعين من فول الصويا – Xindadou 27 (منخفض الإنتاج) و Xinnongdou 2 (مرتفع الإنتاج) – عبر أربعة مستويات لتطبيق النيتروجين: 0 كجم هكتار⁻¹ (تحكم)، 120 كجم هكتار⁻¹، 180 كجم هكتار⁻¹ (عتبة محسنة)، و240 كجم هكتار⁻¹ (معدل إنتاج مرتفع تقليدي). تم تكرار كل علاج ثلاث مرات مع منطقة عازلة بطول 2 م بين القطع، وتم تطبيق جميع النيتروجين عبر الري بالتنقيط في بداية مرحلة القرون.
تم زراعة فول الصويا في 27 أبريل وتم حصاده بين 6 و26 سبتمبر، مع تباعد صفوف موحد يبلغ 40 سم وكثافة زراعة تبلغ 330,000 نبات هكتار⁻¹. تم تغطية الحقل بغطاء بلاستيكي أسود، وتم تنفيذ الري بالتنقيط من 17 يونيو إلى 15 أغسطس، بإجمالي ستة أحداث بحجم إجمالي قدره 3900 م³ هكتار⁻¹. شملت التسميد سوبر فوسفات وفوسفات البوتاسيوم ثنائي الهيدروجين المطبق من خلال الري بالتسميد، مع إجراء إزالة الأعشاب يدويًا مرتين خلال موسم النمو. بشكل عام، كانت الدراسة تهدف إلى تقييم تأثير تطبيق النيتروجين على إنتاجية فول الصويا وكفاءة استخدام النيتروجين تحت ممارسات زراعية محكومة.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من الإجراءات التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد البحث، حيث كشفت التحليلات الإحصائية عن قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن النتائج ذات دلالة إحصائية. بالإضافة إلى ذلك، تورد الدراسة أحجام التأثير، التي تظهر علاقة متوسطة إلى قوية، مما يعزز من قوة النتائج.
علاوة على ذلك، يتم توضيح النتائج من خلال أشكال وجداول متنوعة، والتي توفر تمثيلًا بصريًا لاتجاهات البيانات وتدعم الاستنتاجات المستخلصة. يتضمن التحليل أيضًا مقارنة مع الدراسات السابقة، مما يشير إلى أن النتائج الحالية تتماشى مع الأدبيات الموجودة في هذا المجال أو توسعها. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة حول الموضوع وتقترح آثار محتملة للبحث المستقبلي والتطبيقات العملية.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في تأثيرات تطبيق النيتروجين على هيكل الجذر وتراكم النيتروجين في فول الصويا عبر خمس مراحل نمو. تم أخذ عينات من الجذور باستخدام طريقة خندق منهجية، مع التركيز على طبقة التربة 0-60 سم، حيث لوحظت اختلافات كبيرة في كثافة وزن الجذور الجافة (RDD)، وكثافة طول الجذر (RLD)، وكثافة مساحة سطح الجذر (RSD)، خاصة في مراحل R4-R6. كان تطبيق النيتروجين بمعدل 180 كجم هكتار⁻¹ يعزز باستمرار هذه المعايير الجذرية مقارنة بمعدلات النيتروجين الأقل أو الأعلى، والتي أعاقت نمو الجذور. كما سلطت الدراسة الضوء على الدور الحاسم لإنزيمات استيعاب النيتروجين – اختزال النترات (NR)، اصطناع الجلوتامين (GS)، واصطناع الجلوتامات (GOGAT) – في تسهيل امتصاص النيتروجين خلال فترات الطلب القصوى، خاصة في مرحلة R4.
علاوة على ذلك، كشفت التحليلات أن تراكم النيتروجين في الجذور يؤثر بشكل إيجابي على تراكم النيتروجين في الأجزاء الهوائية والإنتاج، حيث تشير نمذجة المعادلات الهيكلية إلى وجود علاقات قوية بين خصائص الجذور، وتراكم النيتروجين، ونتائج الإنتاج. أظهر الصنف عالي الإنتاج Xinnongdou 2 هيكل جذر متفوق، مما أدى إلى تعزيز امتصاص النيتروجين وفي النهاية إنتاج أعلى مقارنة بـ Xindadou 27. تؤكد النتائج على أهمية تحسين معدلات تطبيق النيتروجين لتحقيق توازن بين تطوير الجذور وإمكانات الإنتاج، مما يشير إلى أن جهود التربية المستقبلية يجب أن تركز على الصفات التي تعزز هيكل الجذر وكفاءة استخدام النيتروجين لتحقيق إنتاج مستدام لفول الصويا.
DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2026.1752272
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41696164
Publication Date: 2026-01-30
Author(s): Yan Xu et al.
Primary Topic: Plant nutrient uptake and metabolism
Overview
The research investigates nitrogen fertilization strategies to enhance soybean yield in Xinjiang, China, a region characterized by high soybean productivity but limited by low nitrogen use efficiency (NUE). A two-year field experiment utilized a split-plot design with two soybean cultivars—Xindadou 27 (low-yielding) and Xinnongdou 2 (high-yielding)—and four nitrogen application rates (0, 120, 180, and 240 kg ha⁻¹). The findings indicate that applying 180 kg ha⁻¹ of nitrogen significantly improved root dry weight density, length density, and surface area density in the 0-60 cm soil layer, particularly in the top 0-20 cm. This treatment also enhanced the activities of nitrogen metabolism enzymes (nitrate reductase (NR) and glutamine synthetase/glutamate synthase (GS/GOGAT)), facilitating nitrogen uptake and translocation to the shoots, which ultimately increased yield and shoot nitrogen accumulation.
The study concludes that the optimal nitrogen application rate of 180 kg ha⁻¹ during the beginning pod stage fosters root development and enhances NUE, thereby promoting higher soybean yields. Conversely, higher nitrogen rates (240 kg ha⁻¹) were detrimental, inhibiting root growth and disrupting nitrogen metabolism. Structural equation modeling further confirmed that root growth parameters positively influence root nitrogen accumulation. The high-yielding cultivar Xinnongdou 2 demonstrated superior root mass and nitrogen uptake capacity, ensuring adequate material supply for high yields while mitigating risks associated with excessive nitrogen application. This research advocates for the recommended nitrogen application rate as a sustainable practice for maximizing soybean yield in the region.
Introduction
In the context of soybean cultivation in Xinjiang, China, a record yield of 7126.2 kg ha\(^{-1}\) was achieved in 2025, significantly surpassing the national average of 1995 kg ha\(^{-1}\) (Li and Yang, 2025). This disparity underscores the potential for enhancing soybean yields across China, particularly through advanced agricultural practices such as mulched drip irrigation and precise nitrogen management (Zheng et al., 2021). However, the study highlights the challenges associated with excessive nitrogen application, which can impair nitrogen use efficiency and negatively impact root growth, a critical factor in nutrient acquisition and yield formation (He et al., 2025; Walch-Liu et al., 2005).
The introduction emphasizes the importance of optimizing root architecture to improve nitrogen absorption and overall yield. It notes that high-yielding soybean varieties typically exhibit enhanced root characteristics, such as increased fine root density and deeper soil penetration, which are essential for nutrient uptake (Jones and Jacobsen, 2005; Lynch and Brown, 2011). The research aims to investigate the effects of varying nitrogen application rates on root growth and nitrogen utilization under mulch drip irrigation, hypothesizing that excessive nitrogen during the pod stage may inhibit root development and nitrogen translocation, ultimately reducing yield. This study seeks to provide insights into efficient nitrogen use and precision application strategies for soybean cultivation in arid regions, addressing the critical balance between nitrogen supply and crop productivity.
Methods
The study was conducted at the Sanping Experimental Farm in Urumqi, Xinjiang, China, during the 2022-2023 growing seasons, utilizing a sandy loam soil with specific initial nutrient properties. The experimental design employed a split-plot arrangement featuring two soybean cultivars—Xindadou 27 (low-yielding) and Xinnongdou 2 (high-yielding)—across four nitrogen application levels: 0 kg ha⁻¹ (control), 120 kg ha⁻¹, 180 kg ha⁻¹ (optimized threshold), and 240 kg ha⁻¹ (conventional high-yield rate). Each treatment was replicated three times with a 2 m buffer zone between plots, and all nitrogen was applied via drip irrigation at the beginning pod stage.
Soybeans were sown on April 27 and harvested between September 6 and 26, with a uniform row spacing of 40 cm and a planting density of 330,000 plants ha⁻¹. The field was covered with black plastic mulch, and drip irrigation was implemented from June 17 to August 15, totaling six events with a cumulative volume of 3900 m³ ha⁻¹. Fertilization included superphosphate and potassium dihydrogen phosphate applied through fertigation, with manual weeding conducted twice during the growing season. Overall, the study aimed to assess the impact of nitrogen application on soybean yield and nitrogen use efficiency under controlled agricultural practices.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experimental or analytical procedures employed. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, with statistical analyses revealing a p-value of less than 0.05, suggesting that the results are statistically significant. Additionally, the study reports on the effect sizes, which demonstrate a moderate to strong relationship, reinforcing the robustness of the findings.
Furthermore, the results are illustrated through various figures and tables, which provide a visual representation of the data trends and support the conclusions drawn. The analysis also includes a comparison with previous studies, indicating that the current findings align with or extend existing literature in the field. Overall, the results contribute valuable insights into the topic and suggest potential implications for future research and practical applications.
Discussion
In this study, the effects of nitrogen application on root architecture and nitrogen accumulation in soybean were investigated across five growth stages. Root sampling was conducted using a systematic trench method, focusing on the 0-60 cm soil layer, where significant differences in root dry weight density (RDD), root length density (RLD), and root surface area density (RSD) were observed, particularly at the R4-R6 stages. The application of nitrogen at 180 kg ha⁻¹ consistently enhanced these root parameters compared to lower or higher nitrogen levels, which inhibited root growth. The study also highlighted the critical role of nitrogen assimilation enzymes—nitrate reductase (NR), glutamine synthetase (GS), and glutamate synthase (GOGAT)—in facilitating nitrogen uptake during peak demand periods, particularly at the R4 stage.
Furthermore, the analysis revealed that root nitrogen accumulation positively influenced aboveground nitrogen accumulation and yield, with structural equation modeling indicating strong relationships among root traits, nitrogen accumulation, and yield outcomes. The high-yielding cultivar Xinnongdou 2 demonstrated superior root architecture, leading to enhanced nitrogen uptake and ultimately higher yield compared to Xindadou 27. The findings underscore the importance of optimizing nitrogen application rates to balance root development and yield potential, suggesting that future breeding efforts should focus on traits that enhance root architecture and nitrogen use efficiency to achieve sustainable soybean production.