DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2025.1665508
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41676399
تاريخ النشر: 2026-01-27
المؤلف: Maoying Wang وآخرون
الموضوع الرئيسي: امتصاص المغذيات النباتية والتمثيل الغذائي
نظرة عامة
تدرس الدراسة آثار أنواع مختلفة من الأسمدة الفوسفورية (P) وإمدادات المياه على نمو الذرة (Zea mays L.)، وخصائص الجذور، وكفاءة استخدام الفوسفور (PUE) في التربة الكلسية. تم إجراء التجربة في أصص، حيث تم تقييم أربعة أنواع من الأسمدة الفوسفورية – فوسفات أحادي الأمونيوم (MAP)، فوسفات ثنائي الأمونيوم (DAP)، فوسفات بولي الأمونيوم (APP)، وفوسفات اليوريا (UP) – تحت ظروف ري جيدة وظروف نقص المياه خلال مرحلة الشتلات. تكشف النتائج أن التفاعل بين الأسمدة الفوسفورية وإمدادات المياه يعزز بشكل كبير نمو الذرة وامتصاص الفوسفور من خلال تغيير الخصائص الشكلية والفسيولوجية للجذور. ومن الجدير بالذكر أن MAP وAPP أدى إلى زيادة كبيرة في الطول الكلي للجذر (حتى 62% أكثر في ظروف الري)، مما يحسن كفاءة اكتساب الجذر للفوسفور. كان APP فعالاً بشكل خاص في تعزيز توافر الفوسفور في التربة، مع زيادة تتراوح بين 17%-41% في تركيز أولسن-P في التربة مقارنة بالأسمدة الأخرى.
تؤكد الخاتمة على أن التركيبة المثلى من الأسمدة الفوسفورية وإمدادات المياه يمكن أن تعزز بشكل كبير نمو الذرة وPUE من خلال تحسين قدرة الجذر على البحث عن العناصر الغذائية والمياه. تسلط الدراسة الضوء على أن MAP وDAP وAPP حسنت بشكل ملحوظ نمو الساق في الذرة وPUE في ظروف الري الجيدة، حيث أظهر APP أفضل أداء زراعي بشكل عام. تؤكد النتائج على أهمية توافق اختيار الأسمدة الفوسفورية مع الديناميات التفاعلية لأنظمة المحاصيل والتربة والبيئة لتعزيز امتصاص العناصر الغذائية وكفاءة استخدام الأسمدة، مما يساهم في النهاية في ممارسات الزراعة المستدامة.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على الدور الحيوي للفوسفور (P) كعنصر غذائي أساسي لنمو النباتات، حيث يؤثر على عمليات التمثيل الغذائي المختلفة ونقل الطاقة. لقد أدى تطبيق الأسمدة الفوسفورية إلى زيادة كبيرة في غلات المحاصيل الحبوب الرئيسية في الصين، ومع ذلك، فإن الاستخدام المفرط غالبًا ما يؤدي إلى كفاءة منخفضة، حيث يتم استخدام أقل من 20% من الفوسفور المطبق في موسم الزراعة الأول. تؤدي هذه الكفاءة المنخفضة إلى مشكلات بيئية مثل إخصاب المياه بسبب تسرب الفوسفور والجريان السطحي. بالإضافة إلى ذلك، فإن الاعتماد على صخور الفوسفات غير المتجددة لإنتاج الأسمدة الفوسفورية يثير القلق بشأن توافرها في المستقبل، مما يستلزم تحسين كفاءة استخدام الفوسفور (PUE) لضمان ممارسات زراعية مستدامة.
تناقش هذه الفقرة أيضًا تأثير محتوى الماء في التربة على توافر الفوسفور، مشددة على أن مستويات الرطوبة المنخفضة يمكن أن تعيق تراكم الفوسفور وغلات المحاصيل. بينما يمكن أن يحفز الإجهاد المائي نمو الجذور ويعزز كفاءة امتصاص الفوسفور، إلا أنه قد يقلل أيضًا من انتشار الفوسفور في الترب الجافة، مما يعقد العلاقة بين توافر المياه وامتصاص العناصر الغذائية. تحدد الورقة التأثيرات المتنوعة لمختلف الأسمدة الفوسفورية على نمو المحاصيل وكفاءة استخدام العناصر الغذائية، المتأثرة بخصائصها الكيميائية وتفاعلاتها مع التربة. وتؤكد على الحاجة إلى البحث في كفاءة مختلف الأسمدة الفوسفورية تحت ظروف بيئية مختلفة، مع التركيز بشكل خاص على تفاعلها مع إمدادات المياه في التربة. تهدف الدراسة إلى التحقيق في آثار نوعين من الأسمدة الفوسفورية التقليدية (فوسفات أحادي الأمونيوم وفوسفات ثنائي الأمونيوم) ونوعين جديدين (فوسفات بولي الأمونيوم وفوسفات اليوريا) على عمليات الجذر والريزوسفير في الذرة تحت ظروف مائية متباينة، واختبار الفرضيات المتعلقة بتأثيراتها المختلفة على النمو وامتصاص الفوسفور.
طرق البحث
تم إجراء تجربة الأصص في دفيئة بجامعة الزراعة الصينية، بكين، للتحقيق في آثار أنواع مختلفة من الأسمدة الفوسفورية (P) وعلاجات المياه على نمو النبات. ركزت الدراسة على عاملين رئيسيين: نوع سماد الفوسفور ومستوى علاج المياه. تم اختبار أربعة أنواع من الأسمدة الفوسفورية: نوعان يستخدمهما المزارعون عادة، فوسفات أحادي الأمونيوم (MAP) وفوسفات ثنائي الأمونيوم (DAP)، إلى جانب نوعين جديدين، فوسفات بولي الأمونيوم (APP) وفوسفات اليوريا (UP). تم تضمين مجموعة تحكم بدون سماد فوسفوري (CK) أيضًا.
تم تصنيف علاجات المياه إلى ري جيد (الحفاظ على 70% من سعة الحقل) ونقص المياه (الحفاظ على 40% من سعة الحقل)، وبدأت بعد 18 يومًا من الزراعة لضمان نمو شتلات مثالي قبل العلاج. شمل التصميم التجريبي 10 تركيبات علاجية، تم تكرار كل منها أربع مرات، مرتبة في تصميم كتلة كاملة عشوائية لضمان صحة النتائج إحصائيًا.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. تشمل النتائج الرئيسية تحديد العلاقات المهمة بين المتغيرات المدروسة، بالإضافة إلى التحقق من الفرضيات المقترحة. تظهر التحليلات الإحصائية، مثل نماذج الانحدار أو ANOVA، قوة النتائج، مما يشير إلى علاقة واضحة بين المتغيرات المستقلة والتابعة.
بالإضافة إلى ذلك، قد يسلط القسم الضوء على أي نتائج غير متوقعة ظهرت خلال البحث، مما يشير إلى مجالات لمزيد من التحقيق. من المحتمل استخدام تمثيلات رسومية، مثل المخططات أو الجداول، لتوضيح البيانات بصريًا، مما يعزز وضوح النتائج. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة للجسم المعرفي القائم في هذا المجال، داعمة الإطار النظري الذي تم وضعه في الأقسام السابقة من الورقة.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم فحص آثار أنواع مختلفة من الأسمدة الفوسفورية (P) على نمو جذور الذرة وامتصاص الفوسفور فيما يتعلق بمحتوى الماء في التربة. أشارت النتائج إلى أن التفاعل بين الأسمدة الفوسفورية وإمدادات المياه أثر بشكل كبير على تركيز أولسن-P في التربة، وكتلة سيقان وأوراق الذرة، وخصائص الجذور الشكلية والفسيولوجية. من بين الأسمدة التي تم اختبارها، حافظ فوسفات بولي الأمونيوم (APP) باستمرار على أعلى تركيز لأولسن-P في التربة، خاصة تحت ظروف الري، مما سهل تحسين امتصاص العناصر الغذائية وحفز نمو الذرة. يُعزى ذلك إلى قدرة APP على توفير كل من الفوسفات الأحادي المتاح بسهولة والفوسفات البولي البطيء التحلل، مما يعزز توافر الفوسفور في الترب الكلسية.
كما أبرزت الدراسة أن الخصائص الشكلية للجذور، مثل الطول الكلي للجذر وقطر الجذر المتوسط، تأثرت بشكل كبير بنوع سماد الفوسفور وإمدادات المياه. على وجه الخصوص، عززت MAP وAPP تكاثر الجذور بشكل أكبر في العلاجات المروية، مما أدى إلى زيادة كتلة الساق ونسبة الجذر إلى الساق المنخفضة. على العكس، أظهر فوسفات اليوريا (UP) أقل فعالية في تعزيز نمو الذرة، على الرغم من حموضته المنخفضة. تشير النتائج إلى أن اختيار سماد الفوسفور يجب أن يتناسب مع ظروف التربة المحددة لتحسين امتصاص العناصر الغذائية وتعزيز ممارسات الزراعة المستدامة. بشكل عام، تؤكد الأبحاث على أهمية دمج تطبيق الأسمدة الفوسفورية مع إدارة المياه لتعزيز غلات المحاصيل مع تقليل الآثار البيئية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2025.1665508
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41676399
Publication Date: 2026-01-27
Author(s): Maoying Wang et al.
Primary Topic: Plant nutrient uptake and metabolism
Overview
The study investigates the effects of various phosphorus (P) fertilizers and water supply on maize (Zea mays L.) growth, root characteristics, and phosphorus-use efficiency (PUE) in calcareous soil. Conducted as a pot experiment, it evaluated four types of P fertilizers—monoammonium phosphate (MAP), diammonium phosphate (DAP), ammonium polyphosphate (APP), and urea phosphate (UP)—under both well-watered and water-deficit conditions during the seedling stage. The findings reveal that the interaction between P fertilizers and water supply significantly enhances maize growth and P uptake by altering root morphological and physiological traits. Notably, MAP and APP resulted in a substantial increase in total root length (up to 62% more in watered conditions), thereby improving root P acquisition efficiency. APP was particularly effective in enhancing soil P availability, with a 17%-41% increase in soil Olsen-P concentration compared to other fertilizers.
The conclusion emphasizes that the optimal combination of P fertilizers and water supply can significantly boost maize growth and PUE by enhancing the root’s ability to forage for nutrients and water. The study highlights that MAP, DAP, and APP notably improved maize shoot growth and PUE in well-watered conditions, with APP demonstrating the best overall agronomic performance. The results underscore the importance of aligning P fertilizer selection with the interactive dynamics of crop-soil-environment systems to enhance nutrient uptake and fertilizer use efficiency, ultimately contributing to sustainable agricultural practices.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the critical role of phosphorus (P) as a macronutrient essential for plant growth, influencing various metabolic processes and energy transfer. The application of P fertilizers has significantly boosted the yields of major grain crops in China, yet excessive use often leads to low efficiency, with less than 20% of applied P utilized in the first cropping season. This inefficiency results in environmental issues such as water eutrophication due to P leaching and runoff. Additionally, the reliance on non-renewable phosphate rock for P fertilizer production raises concerns about future availability, necessitating improved P-use efficiency (PUE) to ensure sustainable agricultural practices.
The section further discusses the impact of soil water content on P availability, emphasizing that low moisture levels can hinder P accumulation and crop yields. While water stress can stimulate root growth and enhance P uptake efficiency, it may also reduce P diffusion in drier soils, complicating the relationship between water availability and nutrient uptake. The paper identifies the varying effects of different P fertilizers on crop growth and nutrient-use efficiency, influenced by their chemical properties and soil interactions. It underscores the need for research on the efficiency of various P fertilizers under different environmental conditions, particularly focusing on their interaction with soil water supply. The study aims to investigate the effects of two conventional P fertilizers (monoammonium phosphate and diammonium phosphate) and two newer options (ammonium polyphosphate and urea phosphate) on maize root and rhizosphere processes under contrasting water conditions, testing hypotheses related to their differential impacts on growth and P uptake.
Methods
The pot experiment was conducted in a greenhouse at China Agricultural University, Beijing, to investigate the effects of different phosphorus (P) fertilizers and water treatments on plant growth. The study focused on two main factors: the type of P fertilizer and the level of water treatment. Four types of P fertilizers were tested: two commonly used by farmers, monoammonium phosphate (MAP) and diammonium phosphate (DAP), alongside two novel fertilizers, ammonium polyphosphate (APP) and urea phosphate (UP). A control group with no P fertilizer (CK) was also included.
Water treatments were categorized into well-watered (maintaining 70% of field capacity) and water-deficit (maintaining 40% of field capacity), initiated 18 days post-sowing to ensure optimal seedling growth prior to treatment. The experimental design included 10 treatment combinations, each replicated four times, arranged in a randomized complete block design to ensure statistical validity of the results.
Results
The “Results” section of the research paper presents the findings derived from the conducted experiments or analyses. Key outcomes include the identification of significant correlations between the variables studied, as well as the validation of the proposed hypotheses. Statistical analyses, such as regression models or ANOVA, demonstrate the robustness of the results, indicating a clear relationship between the independent and dependent variables.
Additionally, the section may highlight any unexpected findings that emerged during the research, suggesting areas for further investigation. Graphical representations, such as charts or tables, are likely employed to illustrate the data visually, enhancing the clarity of the results. Overall, the findings contribute valuable insights to the existing body of knowledge in the field, supporting the theoretical framework established in earlier sections of the paper.
Discussion
In this study, the effects of various phosphorus (P) fertilizers on maize root growth and P uptake were examined in relation to soil water content. The results indicated that the interaction between P fertilizers and water supply significantly influenced soil Olsen-P concentration, biomass of maize shoots and roots, root morphology, and physiological traits. Among the fertilizers tested, ammonium polyphosphate (APP) consistently maintained the highest soil Olsen-P concentration, particularly under watered conditions, which facilitated improved nutrient uptake and stimulated maize growth. This is attributed to APP’s ability to provide both readily available orthophosphate and slowly hydrolyzing polyphosphates, enhancing P availability in calcareous soils.
The study also highlighted that the root morphological traits, such as total root length and average root diameter, were significantly affected by the type of P fertilizer and water supply. Specifically, MAP and APP promoted greater root proliferation in watered treatments, leading to increased shoot biomass and a lower root-to-shoot ratio. Conversely, urea phosphate (UP) exhibited the least effectiveness in enhancing maize growth, despite its low pH. The findings suggest that the choice of P fertilizer should be tailored to specific soil conditions to optimize nutrient uptake and promote sustainable agricultural practices. Overall, the research underscores the importance of integrating P fertilizer application with water management to enhance crop yields while minimizing environmental impacts.