DOI: https://doi.org/10.1007/s11104-025-08245-1
تاريخ النشر: 2026-01-30
المؤلف: Mark B. Peoples وآخرون
الموضوع الرئيسي: الممارسات الزراعية وأنظمة الزراعة المختلطة
نظرة عامة
يتناول قسم ورقة البحث دمج البقوليات في أنظمة الزراعة المعتمدة على الحبوب، وخاصة القمح والذرة، لتعزيز امتصاص النيتروجين (N) وإنتاج الحبوب عبر مناطق جغرافية متنوعة. يبرز الدور المهم للبقوليات في تحسين خصوبة التربة من خلال تثبيت النيتروجين البيولوجي (BNF) ومساهماتها في ديناميات النيتروجين في أنظمة الزراعة. تشير النتائج إلى أن المحصول الأول من الحبوب بعد البقوليات يظهر باستمرار عوائد أعلى وامتصاص نيتروجين مقارنة بتلك التي تلي غير البقوليات، مع استمرار الفوائد في السنوات الزراعية اللاحقة. ومع ذلك، لا يزال اعتماد البقوليات محدودًا بسبب الحوافز الاقتصادية السلبية، ومشكلات الوصول إلى السوق، والمخاطر المتصورة المرتبطة بزراعة البقوليات.
لتجاوز هذه الحواجز، يؤكد المؤلفون على الحاجة إلى تغييرات سياسية، ودمج أفضل في السوق، وتطوير أصناف بقوليات مقاومة يمكنها تحمل الضغوط غير الحيوية والآفات. يدعون إلى زيادة جهود التربية واستكشاف أنواع البقوليات غير المستغلة لتعزيز الإنتاجية. علاوة على ذلك، تؤكد الورقة على أهمية فهم السياقات الاجتماعية والاقتصادية للمزارعين لتسهيل اعتماد الممارسات الزراعية المحسنة وأصناف البقوليات. تعتبر الجهود التعاونية بين أصحاب المصلحة، بما في ذلك صانعي السياسات والمنظمات غير الحكومية، ضرورية لإنشاء سلسلة قيمة قابلة للتطبيق للبقوليات، مما يعزز في النهاية أنظمة الحبوب والبقوليات المستدامة.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على الدور المهم للحبوب، وخاصة القمح (Triticum aestivum L.) والذرة (Zea mays L.)، التي تشغل معًا 417 مليون هكتار (57% من الأراضي القابلة للزراعة) وتنتج حوالي 1,925 Tg من الحبوب سنويًا. تعتبر هذه الإنتاجات حاسمة للأمن الغذائي العالمي، حيث أن هذه الحبوب جزء لا يتجزأ من نظام غذائي مليارات الأشخاص، إما بشكل مباشر أو من خلال الثروة الحيوانية. ومع ذلك، تشير الورقة إلى أن عوائد الحبوب لهذه المحاصيل قد stagnated أو تقدمت ببطء، بسبب قيود الإنتاج المختلفة مثل الأمراض، والآفات، وعدم فعالية مكافحة الأعشاب، واستنفاد خصوبة التربة، وعدم توازن المغذيات.
لمعالجة هذه التحديات، يدعو المؤلفون إلى الابتعاد عن زراعة الحبوب الأحادية نحو أنظمة زراعية أكثر تنوعًا. من خلال دمج مجموعة متنوعة من الأنواع النباتية، يمكن للمزارعين تعزيز المرونة ضد تقلبات المناخ، وتفشي الأمراض، وتقلبات السوق. يمكن أن يؤدي إدخال تنوع الأنواع المحصولية—سواء من خلال التناوب الزمني أو من خلال الزراعة المختلطة—إلى تحسين النتائج البيئية ونظام إنتاج غذائي أكثر استدامة. يتم وضع هذا التحول كضروري لاستعادة التنوع البيولوجي الوظيفي والتخفيف من المخاطر المرتبطة بالزراعة المكثفة للحبوب.
نقاش
يسلط النقاش الضوء على العلاقة الحرجة بين استخدام الأسمدة النيتروجينية (N) وإنتاج الحبوب، وخاصة للقمح والذرة، عبر الدول المنتجة الرئيسية من 2018 إلى 2022. يتم حصاد حوالي 34 Tg من النيتروجين عالميًا من هذه الحبوب، مع تفاوتات إقليمية كبيرة في العائدات ومعدلات تطبيق الأسمدة. على سبيل المثال، بينما تحقق دول مثل فرنسا وألمانيا عوائد تتجاوز 7 طن/هكتار، تتخلف أستراليا بحوالي 2 طن/هكتار. ومن الجدير بالذكر أن الصين والهند وباكستان تظهر تطبيقًا مفرطًا للأسمدة النيتروجينية، وغالبًا ما تتجاوز الطلب على نيتروجين الحبوب بسبب الدعم، بينما تظهر الاتحاد الروسي عجزًا في تطبيق الأسمدة بالنسبة لاستهلاك نيتروجين الحبوب، والذي يُعزى إلى تربة خصبة.
كما يتم مناقشة الآثار البيئية لاستخدام الأسمدة النيتروجينية، مع التأكيد على عدم الكفاءة في استرداد النيتروجين من قبل محاصيل الحبوب، والتي غالبًا ما تستخدم أقل من نصف النيتروجين المطبق. تؤدي هذه الكفاءة المنخفضة إلى خسائر كبيرة في النيتروجين عبر مسارات مختلفة، بما في ذلك التسرب والانبعاثات الغازية، مما يساهم في انبعاثات غازات الدفيئة وتدهور البيئة. تدعو الورقة إلى التحول نحو دمج البقوليات في أنظمة إنتاج الحبوب، حيث يمكن أن تعزز صحة التربة، وتقلل الاعتماد على الأسمدة الاصطناعية، وتحسن كفاءة استخدام النيتروجين من خلال تثبيت النيتروجين البيولوجي (BNF). تهدف المراجعة إلى استكشاف دور البقوليات في تعزيز إنتاجية الحبوب وتقترح استراتيجيات لزيادة زراعة البقوليات لتحقيق توازن بين مدخلات ومخرجات النيتروجين في الدول الرئيسية المنتجة للقمح والذرة.
DOI: https://doi.org/10.1007/s11104-025-08245-1
Publication Date: 2026-01-30
Author(s): Mark B. Peoples et al.
Primary Topic: Agronomic Practices and Intercropping Systems
Overview
The research paper section discusses the integration of legumes into cereal-based cropping systems, particularly wheat and maize, to enhance nitrogen (N) uptake and grain yields across various geographic regions. It highlights the significant role of legumes in improving soil fertility through biological nitrogen fixation (BNF) and their contributions to the N dynamics in cropping systems. The findings indicate that the first cereal crop following legumes consistently exhibits higher yields and N uptake compared to those following non-legumes, with benefits persisting into subsequent cropping years. However, the adoption of legumes remains limited due to economic disincentives, market access issues, and perceived risks associated with legume cultivation.
To overcome these barriers, the authors emphasize the need for policy changes, better market integration, and the development of resilient legume varieties that can withstand abiotic stresses and pests. They advocate for increased breeding efforts and the exploration of underutilized legume species to enhance productivity. Furthermore, the paper underscores the importance of understanding the socio-economic contexts of farmers to facilitate the adoption of improved agronomic practices and legume varieties. Collaborative efforts among stakeholders, including policymakers and NGOs, are deemed essential for establishing a viable value chain for legumes, ultimately fostering sustainable legume-cereal systems.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significant role of cereals, particularly wheat (Triticum aestivum L.) and maize (Zea mays L.), which together occupy 417 million hectares (57% of arable land) and produce approximately 1,925 Tg of grain annually. This production is crucial for global food security, as these grains are integral to the diets of billions, either directly or through livestock. However, the paper notes that grain yields for these crops have stagnated or progressed slowly, primarily due to various production constraints such as diseases, pests, ineffective weed control, soil fertility depletion, and nutrient imbalances.
To address these challenges, the authors advocate for moving away from cereal monoculture towards more diverse agricultural systems. By incorporating a variety of plant species, farmers can enhance resilience against climate variability, disease outbreaks, and market fluctuations. The introduction of crop species diversity—both temporally through rotations and spatially by intercropping—can lead to improved environmental outcomes and a more sustainable food production system. This shift is positioned as essential for restoring functional biodiversity and mitigating the risks associated with intensive cereal cropping.
Discussion
The discussion highlights the critical relationship between nitrogen (N) fertilizer use and cereal grain production, particularly for wheat and maize, across major producing countries from 2018 to 2022. Approximately 34 Tg of N is harvested globally from these grains, with significant regional disparities in yield and fertilizer application rates. For instance, while countries like France and Germany achieve yields exceeding 7 t/ha, Australia lags at around 2 t/ha. Notably, China, India, and Pakistan exhibit excessive N fertilizer application, often exceeding grain N demand due to subsidies, while the Russian Federation shows a deficit in fertilizer application relative to grain N offtake, attributed to its fertile soils.
The environmental implications of N fertilizer use are also discussed, emphasizing the inefficiencies in N recovery by cereal crops, which often utilize less than half of the applied N. This inefficiency leads to substantial N losses through various pathways, including leaching and gaseous emissions, contributing to greenhouse gas emissions and environmental degradation. The paper advocates for a shift towards integrating legumes into cereal production systems, as they can enhance soil health, reduce reliance on synthetic fertilizers, and improve nitrogen use efficiency through biological nitrogen fixation (BNF). The review aims to explore the role of legumes in enhancing cereal productivity and proposes strategies for increasing legume cultivation to balance N inputs and outputs in major wheat and maize producing countries.