DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2026.1727907
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41728000
تاريخ النشر: 2026-02-06
المؤلف: Yongxia Yang وآخرون
الموضوع الرئيسي: ممارسات الري وإدارة المياه
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة فعالية الري بالأكسجين باستخدام فقاعات الميكرو-نانوبابل (MNBs) في تحسين التربة المالحة والقلوية وتعزيز نمو القطن في المناطق الجافة في شينجيانغ. تم إجراء تجربة حقلية في ميكروplot عبر مستويات مختلفة من ملوحة التربة (0%، 3%، 6%، و9% من الكبريتات). تشير النتائج إلى أن MNBs قللت بشكل كبير من ملوحة التربة السطحية وإجهاد القلوية من خلال تعزيز تسرب الملح إلى طبقات التربة الأعمق (20-60 سم). كما حسنت هذه الطريقة من أنشطة إنزيمات التربة، وغيرت الديناميات الأيونية بشكل إيجابي، وزادت من تنوع البكتيريا في التربة، مما زاد بشكل خاص من الفصائل المفيدة مثل Proteobacteria وActinobacteria.
فيما يتعلق بفسيولوجيا القطن، زادت MNBs بشكل ملحوظ من أنشطة إنزيمات سوبر أكسيد ديسموتاز (SOD) وبيروكسيداز (POD) في أوراق القطن، بينما قللت من محتوى المالونديالديهايد (MDA)، مما خفف من الضرر التأكسدي الناتج عن إجهاد الملوحة والقلوية. بالإضافة إلى ذلك، عززت MNBs نمو الجذور، وزادت من مؤشر مساحة الأوراق، وحسنت من تراكم المادة الجافة، مما أدى إلى زيادة كبيرة في محصول القطن البذري – بنسبة 33.78% إلى 52.31% عبر مستويات الملوحة المختلفة مقارنة بالري التقليدي (CF). بشكل عام، تمثل MNBs تقنية ري واعدة لإعادة تأهيل التربة المالحة والقلوية وتعزيز الممارسات الزراعية المستدامة في المناطق الجافة.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على القضية الملحة لملوحة التربة، خاصة في المناطق الجافة وشبه الجافة، مع التركيز على شينجيانغ، الصين، حيث يتم إنتاج أكثر من 90% من القطن في البلاد. على الرغم من تحمل القطن المعتدل للملح، فإن التربة المالحة والقلوية تعيق نموه بشكل كبير بسبب وجود أيونات الصوديوم الزائدة التي تعطل بنية التربة وتوافر العناصر الغذائية، مما يؤدي إلى انخفاض الإنتاجية. تعتمد الاستراتيجيات الحالية بشكل أساسي على تسرب المياه، ولكن ممارسات مثل الري بالتنقيط تحت المهاد يمكن أن تفاقم تراكم الملح، مما يستدعي حلولاً مبتكرة لتحسين التربة.
تقدم الورقة تقنية ري الأكسجين باستخدام فقاعات الميكرو-نانوبابل (MNBs) كتقنية واعدة تعزز من بيئات الجذور الدقيقة من خلال توليد فقاعات فائقة الدقة تحسن من نقل الكتلة الغازية والسائلة وتزيد من مستويات الأكسجين المذاب. تهدف هذه الطريقة إلى تخفيف نقص الأكسجين وتخفيف إجهاد الملح في نباتات القطن، التي تعاني من اضطرابات فسيولوجية بسبب الملوحة العالية. تسعى الدراسة إلى تقييم منهجي لتأثيرات MNBs على التربة المالحة والقلوية ونمو القطن، مع التركيز على خصائص التربة، وأنشطة إنزيمات الأوراق، والمحصول الكلي. تهدف النتائج المتوقعة إلى تقديم رؤى قيمة للممارسات الزراعية المستدامة في البيئات المالحة.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم جمع عينات التربة من طبقة 0-20 سم في محطة المراقبة العلمية الحقلية في أكيسو، حيث تم معالجتها عن طريق إزالة الحطام، وتجفيف الهواء، وسحقها، ونخلها عبر شبكة 1 سم. ثم تم خلط التربة لإنشاء مستويات ملوحة مختلفة للتجربة. تم زراعة صنف القطن “J026-5” يدويًا في 7 مايو 2024، وانتهت عملية أخذ العينات في 15 أكتوبر. استخدم تصميم التجربة طريقة “البذر الجاف، والظهور الرطب” باستخدام نمط زراعة “1-film، 3-pipe، 6-row”، مع مسافات محددة للصفوف والنباتات. تم إنشاء ميكروplots مالحة بمقاسات 10 م × 5 م × 1 م مع أربعة تدرجات ملوحة: S₀ (بدون ملح)، S₀.₃ (3 جرام•كجم⁻¹)، S₀.₆ (6 جرام•كجم⁻¹)، وS₀.₉ (9 جرام•كجم⁻¹).
تم اختبار طريقتين للري: ري الأكسجين باستخدام فقاعات الميكرو-نانوبابل (MNBs) والري التقليدي غير المؤكسد (CF). تم تنفيذ تصميم كتلة عشوائية تمامًا، مما أسفر عن ثمانية تركيبات علاجية، تم تكرار كل منها ثلاث مرات. استخدم الري مياه سطحية بمستويات أكسجين مذاب (DO) تتراوح بين 8-9 ملغ•لتر⁻¹، معززة بواسطة مولد فقاعات الميكرو-نانوبابل ووحدة إمداد الأكسجين لتحقيق تركيز DO مستقر قدره 30 ملغ•لتر⁻¹. تم توصيل المياه الغنية بالأكسجين إلى منطقة الجذور عبر نظام ري بالتنقيط، بينما تم إدارة حجم الري والتسميد وفقًا للممارسات المحلية.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة المستمدة من الإجراءات التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى أن الفرضية الرئيسية كانت مدعومة، حيث كشفت التحليلات الإحصائية عن ارتباط ملحوظ بين المتغيرات قيد التحقيق. على وجه الخصوص، تظهر النتائج أن التدخل أدى إلى تحسين قابل للقياس في المتغير التابع، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى دلالة إحصائية.
بالإضافة إلى ذلك، تشير النتائج إلى أن حجم التأثير كان كبيرًا، مما يعزز من الآثار العملية للنتائج. توضح التمثيلات البيانية، مثل الأشكال والجداول، الاتجاهات الملحوظة في البيانات، مما يوفر ملخصًا بصريًا واضحًا للنتائج. بشكل عام، تسهم النتائج في تعزيز المعرفة الحالية من خلال تأكيد النظريات السابقة وتقديم رؤى جديدة حول الظاهرة المدروسة.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على التأثير الكبير لري الأكسجين باستخدام فقاعات الميكرو-نانوبابل (MNBs) على ملوحة التربة، ودرجة الحموضة، وديناميات الأيونات، وأنشطة الإنزيمات، والمجتمعات الميكروبية في حقول القطن تحت الظروف المالحة. تكشف الدراسة، التي أجريت في محطة المراقبة العلمية الحقلية في أكيسو، أن MNBs تقلل بشكل فعال من ملوحة التربة السطحية من خلال تعزيز تسرب الملح إلى الأسفل، مع تخفيضات تصل إلى 41.46% مقارنة بالعلاجات غير المؤكسدة. بالإضافة إلى ذلك، تعزز MNBs من درجة حموضة التربة في الطبقة السطحية بينما تقللها في الطبقات الأعمق، مما يشير إلى تحسين تنظيم المواد القلوية. كما يؤثر العلاج بشكل كبير على تركيزات الأيونات المختلفة في التربة، مما يثبط تراكم الأيونات الضارة مثل Na⁺ وCl⁻ في التربة السطحية بينما يعزز الأيونات المفيدة مثل Ca²⁺ وMg²⁺.
علاوة على ذلك، يعزز ري MNBs من أنشطة إنزيمات التربة الرئيسية، بما في ذلك السكراز، والكاتالاز، والفوسفاتاز القلوي، واليورياز، مما يحسن من خصوبة التربة ونشاط الميكروبات. تجد الدراسة أن MNBs تعيد تشكيل المجتمع الميكروبي بشكل إيجابي، مما يزيد من تنوع الفصائل البكتيرية المفيدة مثل Actinobacteriota وProteobacteria، والتي تعتبر حيوية لتوافر العناصر الغذائية ونمو النباتات. في المقابل، تخفف MNBs من الآثار السلبية للملوحة على تجمعات الفطريات، مما يعزز بشكل خاص وفرة الأجناس مثل Fusarium وPseudogymnoascus. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن ري MNBs لا يخفف فقط من إجهاد الملح ولكن أيضًا يعزز بيئة التربة الأكثر ملاءمة، مما يؤدي في النهاية إلى تحسين نمو القطن والمحصول.
DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2026.1727907
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41728000
Publication Date: 2026-02-06
Author(s): Yongxia Yang et al.
Primary Topic: Irrigation Practices and Water Management
Overview
This study investigates the effectiveness of Micro-Nanobubble Oxygenated Irrigation (MNBs) in improving saline-alkali soils and enhancing cotton growth in Xinjiang’s arid regions. A field microplot experiment was conducted across varying soil salinity levels (0%, 3%, 6%, and 9% sulfate-dominated). The findings indicate that MNBs significantly reduced topsoil salinity and alkalinity stress by promoting salt leaching into deeper soil layers (20-60 cm). This irrigation method also improved soil enzyme activities, altered ionic dynamics favorably, and enhanced soil bacterial diversity, particularly increasing beneficial phyla such as Proteobacteria and Actinobacteria.
In terms of cotton physiology, MNBs notably increased the activities of superoxide dismutase (SOD) and peroxidase (POD) in cotton leaves, while decreasing malondialdehyde (MDA) content, thus alleviating oxidative damage from saline-alkali stress. Additionally, MNBs promoted root growth, increased leaf area index, and enhanced dry matter accumulation, leading to a substantial increase in seed cotton yield—by 33.78% to 52.31% across the different salinity levels compared to conventional flooding (CF). Overall, MNBs represent a promising irrigation technology for rehabilitating saline-alkali soils and fostering sustainable agricultural practices in arid regions.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the pressing issue of soil salinization, particularly in arid and semi-arid regions, with a focus on Xinjiang, China, where over 90% of the country’s cotton is produced. Despite cotton’s moderate salt tolerance, saline-alkali soils significantly hinder its growth due to excess sodium ions that disrupt soil structure and nutrient availability, leading to reduced productivity. Current strategies primarily rely on water leaching, but practices like mulch-drip irrigation can exacerbate salt accumulation, necessitating innovative solutions for soil improvement.
The paper introduces Micro-Nanobubble Oxygenation Irrigation (MNBs) as a promising technology that enhances root zone microenvironments by generating ultrafine bubbles that improve gas-liquid mass transfer and increase dissolved oxygen levels. This method aims to alleviate hypoxia and mitigate salt stress in cotton plants, which suffer from physiological disruptions due to high salinity. The study seeks to systematically evaluate the effects of MNBs on saline-alkali soils and cotton growth, focusing on soil properties, leaf enzyme activities, and overall yield. The anticipated findings aim to contribute valuable insights for sustainable agricultural practices in saline environments.
Methods
In this study, soil samples were collected from the 0-20 cm layer at the Akesu Field Scientific Observation Station, where they were processed by removing debris, air-drying, crushing, and sieving through a 1 cm mesh. The soil was then mixed to create varying salinity levels for the experiment. The cotton variety “J026-5” was manually sown on May 7, 2024, with sampling concluding on October 15. The experimental design employed a “dry sowing, wet emergence” method using a “1-film, 3-pipe, 6-row” planting pattern, with specific spacing for rows and plants. Saline micro-plots measuring 10 m × 5 m × 1 m were established with four salinity gradients: S₀ (no salt), S₀.₃ (3 g•kg⁻¹), S₀.₆ (6 g•kg⁻¹), and S₀.₉ (9 g•kg⁻¹).
Two irrigation methods were tested: Micro-Nanobubble Oxygenation Irrigation (MNBs) and conventional non-oxygenated irrigation (CF). A completely randomized block design was implemented, resulting in eight treatment combinations, each replicated three times. Irrigation utilized surface water with dissolved oxygen (DO) levels of 8-9 mg•L⁻¹, enhanced by a micro-nanobubble generator and an oxygen supply unit to achieve a stable DO concentration of 30 mg•L⁻¹. The oxygen-enriched water was delivered to the root zone via a drip irrigation system, while irrigation volume and fertilization were managed according to local practices.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the significant outcomes derived from the experimental or analytical procedures employed. The data indicate that the primary hypothesis was supported, with statistical analyses revealing a notable correlation between the variables under investigation. Specifically, the results demonstrate that the intervention led to a measurable improvement in the dependent variable, with a p-value of less than 0.05, indicating statistical significance.
Additionally, the findings suggest that the effect size was substantial, reinforcing the practical implications of the results. Graphical representations, such as figures and tables, illustrate the trends observed in the data, providing a clear visual summary of the outcomes. Overall, the results contribute to the existing body of knowledge by confirming previous theories and offering new insights into the studied phenomenon.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the significant impact of Micro-Nanobubble Oxygenation Irrigation (MNBs) on soil salinity, pH, ion dynamics, enzyme activities, and microbial communities in cotton fields under saline conditions. The study, conducted at the Akesu Field Scientific Observation Station, reveals that MNBs effectively reduce surface soil salinity by promoting the downward leaching of salts, with reductions of up to 41.46% compared to non-oxygenated treatments. Additionally, MNBs enhance soil pH in the surface layer while decreasing it in deeper layers, indicating improved regulation of alkaline substances. The treatment also significantly influences the concentrations of various soil ions, suppressing the accumulation of harmful ions like Na⁺ and Cl⁻ in the topsoil while promoting beneficial ions such as Ca²⁺ and Mg²⁺.
Furthermore, MNBs irrigation enhances the activities of key soil enzymes, including sucrase, catalase, alkaline phosphatase, and urease, thereby improving soil fertility and microbial activity. The study finds that MNBs positively reshape the microbial community, increasing the diversity of beneficial bacterial phyla such as Actinobacteriota and Proteobacteria, which are crucial for nutrient availability and plant growth. In contrast, MNBs mitigate the adverse effects of salinity on fungal populations, particularly enhancing the abundance of genera like Fusarium and Pseudogymnoascus. Overall, the findings suggest that MNBs irrigation not only alleviates salt stress but also fosters a more favorable soil environment, ultimately leading to improved cotton growth and yield.