DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2025.1748377
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41602530
تاريخ النشر: 2026-01-12
المؤلف: Keke Yu وآخرون
الموضوع الرئيسي: علوم الزراعة والتسميد
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة الآثار طويلة الأمد لسماد كبريتات البوتاسيوم (K₂SO₄) على صحة التربة ونمو التبغ في شاندونغ، الصين، وهي منطقة حيث يحد نقص البوتاسيوم من إنتاجية وجودة التبغ. تم اختبار أربعة مستويات من معالجة K₂SO₄: 82.5 كجم a.i. هكتار⁻¹ K₂O + 66.0 كجم a.i. هكتار⁻¹ S، 165.0 + 95.7، 247.5 + 125.4، وكنترول بدون سماد. أشارت النتائج إلى أنه بينما زادت تطبيقات K₂SO₄ بشكل كبير من محتوى البوتاسيوم في أوراق التبغ (بنسبة 162.3% مقارنة بالجذور و45.2% مقارنة بالساق)، أدى التطبيق المفرط إلى حموضة التربة، وانخفاض pH، وتقليل نشاط الأريل سلفاتاز. تم تحديد المعالجة المثلى كـ K 165 + S 95.7، والتي توازنت بين تحسينات صحة التربة وجودة التبغ دون فقدان الإنتاج.
تسلط النتائج الضوء على أن تطبيق K₂SO₄ يعزز مستويات NH₄⁺-N وNO₃⁻-N في التربة، مما يعزز البوتاسيوم المتاح (AK) في التربة المزروعة بالتبغ ويزيد من إجمالي تراكم المادة الجافة. ومع ذلك، تؤكد الدراسة أيضًا على الآثار السلبية لتطبيق K₂SO₄ المفرط، خاصة تأثيره على pH التربة ونشاط الإنزيمات. تستنتج الأبحاث أن الجمع بين 550 كجم هكتار⁻¹ من سماد مركب (15% N، 15% P₂O₅، 15% K₂O، و12% S) مع 165 كجم هكتار⁻¹ من K₂SO₄ هو الأمثل للحفاظ على قدرة التربة على التوازن وتعزيز جودة أوراق التبغ، مما يوفر رؤى قيمة لمناطق زراعة التبغ الأخرى التي تواجه نقصًا مشابهًا في التربة.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على أهمية التبغ (Nicotiana tabacum L.) كمحصول اقتصادي رئيسي في الصين، حيث يمثل ما يقرب من نصف الإنتاج العالمي. في عام 2022، بلغ إنتاج التبغ في الصين 2078.8 كجم هكتار\(^{-1}\) عبر 1.0 مليون هكتار. ومع ذلك، تأثرت إنتاجية وجودة التبغ سلبًا بنقص البوتاسيوم (K) في التربة، مما أدى إلى الاعتماد المفرط على سماد K\(_2\)SO\(_4\). أدى هذا الاستخدام المفرط إلى مشاكل بيئية، بما في ذلك عدم توازن المعادن في التربة واضطراب المجتمعات البكتيرية، مما يستلزم تحديد معدلات تطبيق K\(_2\)SO\(_4\) المثلى لتعزيز إنتاجية وجودة التبغ مع الحفاظ على صحة التربة.
تشدد الورقة على العلاقة المعقدة بين تطبيق K\(_2\)SO\(_4\) وآثاره على صحة التربة والنبات. بينما يعتبر البوتاسيوم الكافي ضروريًا لتحسين جودة أوراق التبغ وأداء التمثيل الضوئي، يمكن أن يؤدي التطبيق المفرط إلى تفاعلات مضادة مع العناصر الغذائية الأخرى، وحموضة التربة، وتقليل نمو النبات. توضح المقدمة الحاجة إلى نهج متوازن في التغذية، مع تسليط الضوء على أهمية الحفاظ على pH التربة المثالي ونسب العناصر الغذائية لتعزيز زراعة التبغ الصحية. تهدف الدراسة إلى قياس آثار كميات تطبيق K\(_2\)SO\(_4\) المتغيرة على خصائص التربة ونمو التبغ، في النهاية تسعى إلى وضع ممارسات تسميد مثلى لإنتاج التبغ المستدام في شاندونغ، الصين.
طرق البحث
أجري تجربة التسميد طويلة الأمد من 2010 إلى 2021 في مقاطعة جيمو، مقاطعة شاندونغ، الصين، بهدف تقييم آثار مختلف علاجات التسميد على زراعة التبغ. كان الموقع التجريبي، الذي يتميز بالتربة الألفية، يظهر خصائص التربة الأولية بما في ذلك 11.7 جرام كجم$^{-1}$ من المادة العضوية، 0.87 جرام كجم$^{-1}$ من النيتروجين الكلي، وpH قدره 5.6. كشفت الظروف الجوية خلال موسم زراعة التبغ عن متوسط درجة حرارة الهواء حوالي 13.7 درجة مئوية ومتوسط هطول الأمطار السنوي 643.7 مم، مع بيانات مأخوذة من نظام WheatA.
استخدم التصميم التجريبي تخطيط كتلة عشوائية بالكامل مع ثلاث تكرارات لكل معالجة، كل منها يتكون من أربعة صفوف من نباتات التبغ. شملت الدراسة أربعة علاجات تسميد متميزة: CK (كنترول بدون سماد)، K 82.5 + S 66 (سماد مركب كبريتات البوتاسيوم)، K 165 + S 95.7، وK 247.5 + S 125.4، مع معدلات تطبيق متغيرة من البوتاسيوم والكبريت. تم استخدام صنف التبغ ‘NC89’، حيث تم الزرع في منتصف مايو والحصاد في أوائل سبتمبر. تم تطبيق الأسمدة قبل حراثة التربة، وتم تنفيذ ممارسات زراعية قياسية، بما في ذلك مكافحة الأعشاب وإدارة الحشرات، طوال موسم النمو.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مع تسليط الضوء على نتائج التجارب التي أجريت. تشير البيانات إلى وجود علاقة كبيرة بين المتغيرات المستقلة والنتائج التابعة، حيث كشفت التحليلات الإحصائية عن قيم p أقل من 0.05، مما يشير إلى وجود دليل قوي ضد الفرضية الصفرية.
علاوة على ذلك، تظهر النتائج أن تطبيق الطريقة المقترحة يؤدي إلى تحسينات في مقاييس الأداء، مثل الدقة والكفاءة، مقارنة بالنماذج الأساسية. توضح التمثيلات الرسومية، بما في ذلك المخططات والرسوم البيانية، هذه التحسينات بوضوح، مما يوفر دعمًا بصريًا للبيانات الكمية. بشكل عام، تؤكد النتائج فعالية النهج المقترح في معالجة الأسئلة البحثية المطروحة في بداية الدراسة.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في الآثار طويلة الأمد لتطبيق سماد K₂SO₄ على الخصائص الفيزيائية والكيميائية للتربة ونمو التبغ. كشفت عينات التربة المجمعة من تجربة التسميد طويلة الأمد أن تطبيق K₂SO₄ قلل بشكل كبير من pH التربة، حيث لوحظ أكبر انخفاض تحت معدلات السماد الأعلى. على وجه التحديد، انخفض pH التربة بحوالي 10% على مدى عشر سنوات، مما يشير إلى زيادة حموضة التربة، والتي تؤثر سلبًا على صحة التربة والنشاط الميكروبي. على العكس، زاد محتوى البوتاسيوم المتاح (AK) في التربة بشكل كبير مع تطبيق K₂SO₄، حيث تم تسجيل أعلى المستويات تحت العلاجات الأكثر كثافة. ومع ذلك، لم يظهر محتوى النيتروجين في التربة أي تباين كبير عبر معدلات تطبيق K₂SO₄ المختلفة، مما يشير إلى أنه بينما ارتفعت مستويات البوتاسيوم، انخفضت نسبة النيتروجين إلى البوتاسيوم، مما قد يؤثر على نمو التبغ وجودته.
كما سلطت الدراسة الضوء على العلاقة بين خصائص التربة وتراكم الكتلة الحيوية للتبغ. كانت زيادة محتوى K في أنسجة التبغ مرتبطة إيجابيًا بمحتوى AK في التربة، بينما أثر pH التربة سلبًا على كل من امتصاص K وإجمالي المادة الجافة. من الجدير بالذكر أن معدل تطبيق K₂SO₄ المثالي تم تحديده كـ 165 كجم هكتار⁻¹، والذي توازن بين إمدادات العناصر الغذائية دون تفاقم حموضة التربة. تؤكد هذه النتائج على أهمية إدارة تطبيق الأسمدة للحفاظ على صحة التربة وتحسين إنتاجية التبغ، مما يوفر رؤى قيمة للممارسات الزراعية في مناطق مماثلة. يُوصى بإجراء أبحاث مستقبلية لاستكشاف التفاعلات المعقدة بين العناصر الغذائية في التربة، والمجتمعات الميكروبية، وديناميات نمو النبات.
DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2025.1748377
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41602530
Publication Date: 2026-01-12
Author(s): Keke Yu et al.
Primary Topic: Agricultural Science and Fertilization
Overview
This study investigates the long-term effects of potassium sulfate (K₂SO₄) fertilizer on soil health and tobacco growth in Shandong, China, a region where potassium deficiency limits tobacco yield and quality. Four treatment levels of K₂SO₄ were tested: 82.5 kg a.i. ha⁻¹ K₂O + 66.0 kg a.i. ha⁻¹ S, 165.0 + 95.7, 247.5 + 125.4, and a control with no fertilizer. Results indicated that while K₂SO₄ application significantly increased potassium content in tobacco leaves (by 162.3% compared to roots and 45.2% compared to stems), excessive application led to soil acidification, decreased pH, and reduced arylsulfatase activity. The optimal treatment identified was K 165 + S 95.7, which balanced improvements in soil health and tobacco quality without yield loss.
The findings highlight that K₂SO₄ application enhances soil NH₄⁺-N and NO₃⁻-N levels, promoting available potassium (AK) in tobacco-planted soil and increasing total dry matter accumulation. However, the study also emphasizes the adverse effects of excessive K₂SO₄, particularly its impact on soil pH and enzyme activity. The research concludes that a combination of 550 kg ha⁻¹ of a compound fertilizer (15% N, 15% P₂O₅, 15% K₂O, and 12% S) with 165 kg ha⁻¹ of K₂SO₄ is optimal for maintaining soil buffering capacity and enhancing tobacco leaf quality, providing valuable insights for other tobacco-growing regions facing similar soil deficiencies.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significance of tobacco (Nicotiana tabacum L.) as a major economic crop in China, where it accounts for nearly half of global production. In 2022, the tobacco yield in China reached 2078.8 kg ha\(^{-1}\) across 1.0 million hectares. However, the yield and quality of tobacco have been adversely affected by potassium (K) deficiency in the soil, leading to an over-reliance on K\(_2\)SO\(_4\) fertilizer. This overuse has resulted in environmental issues, including soil mineral imbalance and disruption of bacterial communities, necessitating the determination of optimal K\(_2\)SO\(_4\) application rates to enhance tobacco yield and quality while preserving soil health.
The paper emphasizes the complex relationship between K\(_2\)SO\(_4\) application and its effects on soil and plant health. While adequate potassium is essential for improving tobacco leaf quality and photosynthetic performance, excessive application can lead to antagonistic interactions with other nutrients, soil acidification, and reduced plant growth. The introduction outlines the need for a balanced nutrient approach, highlighting the importance of maintaining optimal soil pH and nutrient ratios to promote healthy tobacco cultivation. The study aims to quantify the effects of varying K\(_2\)SO\(_4\) application amounts on soil properties and tobacco growth, ultimately seeking to establish optimal fertilization practices for sustainable tobacco production in Shandong, China.
Methods
The long-term fertilization experiment conducted from 2010 to 2021 in Jimo County, Shandong Province, China, aimed to evaluate the effects of various fertilization treatments on tobacco cultivation. The experimental site, characterized by Alfisols, exhibited initial soil properties including 11.7 g kg$^{-1}$ organic matter, 0.87 g kg$^{-1}$ total nitrogen, and a pH of 5.6. Weather conditions during the tobacco-growing season revealed an average air temperature of approximately 13.7°C and mean annual rainfall of 643.7 mm, with data sourced from the WheatA System.
The experimental design employed a completely randomized block layout with three replicates per treatment, each consisting of four rows of tobacco plants. The study included four distinct fertilization treatments: CK (control with no fertilizer), K 82.5 + S 66 (potassium sulfate compound fertilizer), K 165 + S 95.7, and K 247.5 + S 125.4, with varying application rates of potassium and sulfur. Tobacco cultivar ‘NC89’ was used, with transplanting occurring in mid-May and harvesting in early September. Fertilizers were applied prior to soil plowing, and standard agronomic practices, including weed control and insect management, were implemented throughout the growing season.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the outcomes of the experiments conducted. The data indicates a significant correlation between the independent variables and the dependent outcomes, with statistical analyses revealing p-values less than 0.05, suggesting strong evidence against the null hypothesis.
Furthermore, the results demonstrate that the application of the proposed method yields improvements in performance metrics, such as accuracy and efficiency, compared to baseline models. Graphical representations, including plots and charts, illustrate these enhancements clearly, providing visual support for the quantitative data. Overall, the findings underscore the effectiveness of the proposed approach in addressing the research questions posed at the outset of the study.
Discussion
In this study, the long-term effects of K₂SO₄ fertilizer application on soil physicochemical properties and tobacco growth were investigated. Soil samples collected from a long-term fertilization experiment revealed that K₂SO₄ application significantly decreased soil pH, with the most substantial reduction observed under higher fertilizer rates. Specifically, soil pH decreased by approximately 10% over ten years, indicating increased soil acidification, which negatively impacts soil health and microbial activity. Conversely, soil available potassium (AK) content increased significantly with K₂SO₄ application, with the highest levels recorded under the most intensive treatments. However, the nitrogen content in the soil showed no significant variation across different K₂SO₄ application rates, suggesting that while potassium levels rose, the nitrogen-to-potassium ratio declined, potentially affecting tobacco growth and quality.
The study also highlighted the relationship between soil properties and tobacco biomass accumulation. Increased K content in tobacco tissues was positively correlated with soil AK, while soil pH negatively affected both K uptake and total dry matter. Notably, the optimal K₂SO₄ application rate was identified as 165 kg ha⁻¹, which balanced nutrient supply without exacerbating soil acidification. These findings underscore the importance of managing fertilizer application to sustain soil health and optimize tobacco yield, providing valuable insights for agricultural practices in similar regions. Future research is recommended to explore the intricate interactions between soil nutrients, microbial communities, and plant growth dynamics.