DOI: https://doi.org/10.1186/s12870-024-05061-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38773357
تاريخ النشر: 2024-05-21
المؤلف: Jamal Nasar وآخرون
الموضوع الرئيسي: الممارسات الزراعية وأنظمة الزراعة المختلطة
نظرة عامة
تبحث الدراسة في تأثيرات زراعة الذرة وفول الصويا معًا على إنتاجية المحاصيل، وامتصاص العناصر الغذائية، وخصائص التربة، خاصة تحت مستويات مختلفة من التسميد بالنيتروجين (N). تم إجراء تجربة ميدانية لمدة عامين (2021-2022) لمقارنة علاجات الزراعة المختلطة مع الزراعة الأحادية، مع التركيز على معدلات تطبيق النيتروجين 0 كجم هكتار⁻¹ (N₀) و225 كجم هكتار⁻¹ للذرة و100 كجم هكتار⁻¹ لفول الصويا (N₁). أظهرت النتائج أن الزراعة المختلطة عززت بشكل كبير إنتاجية الذرة، وكتلة المادة الجافة، ووزن 1000 حبة، مع ملاحظة أفضل النتائج في علاج الزراعة المختلطة N₁، حيث حققت 10,105 كجم هكتار⁻¹ و11,705 كجم هكتار⁻¹ في إنتاج الحبوب لعامي 2021 و2022، على التوالي. بالمقابل، تأثرت إنتاجية فول الصويا سلبًا في سيناريوهات الزراعة المختلطة.
كما أظهرت الدراسة أن الزراعة المختلطة حسنت من امتصاص العناصر الغذائية (N، P، K، Ca، Fe، Zn) وتوافر العناصر الغذائية في التربة، مع تأثيرات أكثر وضوحًا في علاجات N₁. بالإضافة إلى ذلك، تم تحسين خصائص التربة مثل N، P، K، NH₄، NO₃، والمادة العضوية، على الرغم من وجود انخفاض في درجة حموضة التربة. تشير النتائج إلى أن زراعة الذرة وفول الصويا معًا، خاصة مع التسميد الكافي بالنيتروجين، يمكن أن تحسن بشكل كبير من إنتاجية المحاصيل وصحة التربة، مما يجعلها ممارسة زراعية أكثر فعالية مقارنة بالزراعة الأحادية. لا تعزز هذه الطريقة فقط محتوى العناصر الغذائية في النباتات ولكنها تؤثر أيضًا بشكل إيجابي على الخصائص الفيزيائية والكيميائية للتربة والأنشطة الإنزيمية، مما يدعم ممارسات الزراعة المستدامة.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على التحديات الملحة التي تواجه قطاع الزراعة في الصين، خاصة التأثيرات الضارة للأسمدة الكيميائية على خصوبة التربة، وإنتاجية المحاصيل، والاستدامة البيئية. أدت الاعتماد على ممارسات الزراعة الأحادية المكثفة إلى هدر الموارد وتقليل التنوع البيولوجي الزراعي، مما زاد من تفاقم مشكلات مثل تدهور التربة والتآكل. لمعالجة هذه التحديات، يقترح المؤلفون تنفيذ نظام زراعة مختلطة للحبوب والبقوليات، والذي أظهر أنه يعزز إنتاجية المحاصيل ويعظم استخدام الموارد من خلال التفاعلات الجذرية المفيدة وثبات النيتروجين بواسطة البقوليات.
تركز الدراسة على زراعة الذرة وفول الصويا في مقاطعة قوانغشي، وهي منطقة تتميز بمناخها شبه الاستوائي وتنوع هطول الأمطار. بينما تعتبر الذرة محصولًا رئيسيًا في هذه المنطقة، يشير المؤلفون إلى أن التسميد الزائد بالنيتروجين لم يحقق فوائد متناسبة من حيث الإنتاجية أو صحة التربة. تهدف الدراسة إلى التحقيق في تأثيرات زراعة الذرة وفول الصويا معًا على إنتاجية المحاصيل، ومحتوى العناصر الغذائية، وخصائص التربة، خاصة تحت تطبيقات مختلفة من الأسمدة النيتروجينية. تفترض الفرضية أن الزراعة المختلطة قد تحسن من امتصاص العناصر الغذائية وإنتاجية المحاصيل من خلال تغيير الخصائص الفيزيائية والكيميائية للتربة والأنشطة الإنزيمية. تسعى هذه الدراسة إلى سد الفجوة المعرفية بشأن تأثير الزراعة المختلطة على كل من العناصر الغذائية الكبرى والصغرى الضرورية لنمو النباتات والتغذية البشرية، مما يساهم في النهاية في ممارسات الزراعة المستدامة في المنطقة.
الطرق
تم إجراء التجربة الميدانية على مدى عامين متتاليين (2021-2022) في جامعة قوانغشي، الصين، تحت ظروف المناخ شبه الاستوائي مع متوسط هطول الأمطار السنوي 1080 مم. كانت موقع التجربة يحتوي على تربة طينية مع درجة حموضة محايدة تبلغ 6.45، ومحتوى المادة العضوية 14.7 جرام كجم$^{-1}$، ومستويات النيتروجين (N) والفوسفور (P) والبوتاسيوم (K) المتاحة 64.9 و72.6 و77.0 ملجم كجم$^{-1}$، على التوالي. شملت الدراسة زراعة الذرة (Zhengdan 958) وفول الصويا (Gui Chun 15) المزروعة في أنظمة زراعية مختلفة: الزراعة الأحادية للذرة (MM)، الزراعة الأحادية لفول الصويا (SM)، وزراعة الذرة وفول الصويا معًا (MSI)، مع مستويين من تطبيق النيتروجين: N$_0$ (0 كجم N هكتار$^{-1}$) وN$_1$ (225 كجم N هكتار$^{-1}$ للذرة و100 كجم N هكتار$^{-1}$ لفول الصويا)، وهو أقل بنسبة 25% من ممارسات التسميد التقليدية المحلية.
استخدم تصميم التجربة ترتيبًا مقسمًا، مع مستويات النيتروجين كقطع رئيسية وأنماط الزراعة كقطع فرعية، تتضمن مجموعات متعددة من العلاجات. تم تكرار كل علاج أربع مرات، مع نظام زراعة مختلطة يتضمن صفين من الذرة وصفين من فول الصويا على قطعة أرض بمساحة 22.5 م$^2$، بينما كانت قطع الزراعة الأحادية تقيس 18 م$^2$. تم تطبيق الأسمدة على شكل يوريا (46% N)، مع تطبيق الفوسفور والبوتاسيوم بمعدل 100 كجم هكتار$^{-1$ لكل منهما. تم تحديد كثافات الزراعة عند 60,000 نبات ذرة هكتار$^{-1}$ و100,000 نبات فول صويا هكتار$^{-1}$، مع مسافات محددة بين الصفوف لأنظمة الزراعة الأحادية والمختلطة. تم تسجيل تواريخ الزراعة والحصاد بعناية، وتم الحفاظ على الري عند 60-70% من السعة الحقلية، مع دعم من إزالة الأعشاب الضارة يدويًا وتدابير مكافحة الآفات. تم جمع البيانات المناخية، بما في ذلك درجة الحرارة وهطول الأمطار، بشكل منهجي طوال فترة التجربة.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” في الورقة البحثية النتائج الرئيسية المستخلصة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. يوضح النتائج الناتجة عن اختبارات مختلفة، مع تسليط الضوء على الاتجاهات والأنماط المهمة التي لوحظت في البيانات. عادةً ما تكون النتائج مدعومة بتحليلات إحصائية، والتي قد تشمل قيم p، وفواصل الثقة، أو أحجام التأثير، للتحقق من النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يتضمن القسم تمثيلات بصرية مثل الرسوم البيانية أو الجداول التي توضح العلاقات بين المتغيرات أو تأثير التدخلات. تساعد هذه الوسائل البصرية في تعزيز وضوح النتائج وتسهيل فهم أفضل لتداعيات البحث. بشكل عام، تسهم النتائج في السياق الأوسع للدراسة، مما يوفر رؤى قد تُعلم اتجاهات البحث المستقبلية أو التطبيقات العملية.
المناقشة
يسلط قسم المناقشة في الورقة البحثية الضوء على التأثير الكبير لزراعة الذرة وفول الصويا معًا على إنتاجية المحاصيل، ومحتوى العناصر الغذائية، وخصائص التربة، خاصة تحت ظروف التسميد بالنيتروجين (N) المتغيرة. وجدت الدراسة أن الزراعة المختلطة عززت إنتاجية الذرة وكتلة المادة الحيوية بينما قللت من إنتاجية فول الصويا، ويعزى ذلك إلى الطلبات التنافسية للموارد من الذرة، وهي محصول حبي، والتي تتطلب المزيد من العناصر الغذائية والضوء مقارنة بفول الصويا، وهو محصول بقول. حسّن نظام الزراعة المختلطة، خاصة مع التسميد الكافي بالنيتروجين، من كفاءة استخدام الموارد، مما أدى إلى زيادة إنتاجية المحاصيل. كانت قيم نسبة الأراضي المعادلة (LER) تتجاوز باستمرار 1، مما يشير إلى أن الزراعة المختلطة كانت أكثر كفاءة في استخدام الموارد مقارنة بالزراعة الأحادية.
علاوة على ذلك، زاد نظام الزراعة المختلطة بشكل كبير من محتوى العناصر الغذائية (N، P، K، Ca، Fe، وZn) في كل من محاصيل الذرة وفول الصويا مقارنة بالزراعة الأحادية. يرتبط هذا التحسين بتنوع بنية الجذور للمحاصيل، مما يسمح بالوصول الأفضل إلى العناصر الغذائية والرطوبة، بالإضافة إلى قدرة فول الصويا على تثبيت النيتروجين، مما يغني التربة. كما لاحظت الدراسة تحسينات في الخصائص الفيزيائية والكيميائية للتربة، مثل زيادة المادة العضوية وتوافر العناصر الغذائية، إلى جانب انخفاض في درجة حموضة التربة، والتي كانت أكثر وضوحًا في علاجات الزراعة المختلطة المخصبة بالنيتروجين. بشكل عام، تؤكد النتائج فوائد الزراعة المختلطة كممارسة زراعية مستدامة تعظم استخدام الموارد وتعزز خصوبة التربة.
DOI: https://doi.org/10.1186/s12870-024-05061-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38773357
Publication Date: 2024-05-21
Author(s): Jamal Nasar et al.
Primary Topic: Agronomic Practices and Intercropping Systems
Overview
The research investigates the effects of maize/soybean intercropping on crop yield, nutrient uptake, and soil characteristics, particularly under varying nitrogen (N) fertilization levels. A two-year field experiment (2021-2022) was conducted to compare intercropping treatments with monocropping, focusing on N application rates of 0 kg ha⁻¹ (N₀) and 225 kg ha⁻¹ for maize and 100 kg ha⁻¹ for soybean (N₁). Results indicated that intercropping significantly enhanced maize yield, biomass dry matter, and 1000-grain weight, with optimal results observed in the N₁ intercropping treatment, yielding 10,105 kg ha⁻¹ and 11,705 kg ha⁻¹ in grain yield for 2021 and 2022, respectively. Conversely, soybean yields were negatively impacted in intercropping scenarios.
The study also demonstrated that intercropping improved nutrient uptake (N, P, K, Ca, Fe, Zn) and soil nutrient availability, with the most pronounced effects in the N₁ treatments. Additionally, soil characteristics such as N, P, K, NH₄, NO₃, and organic matter were enhanced, albeit with a reduction in soil pH. The findings suggest that maize-soybean intercropping, particularly with adequate nitrogen fertilization, can significantly improve crop yields and soil health, making it a more effective agricultural practice compared to monocropping. This approach not only boosts plant nutrient content but also positively influences soil physio-chemical properties and enzymatic activities, supporting sustainable farming practices.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the pressing challenges faced by China’s agricultural sector, particularly the detrimental effects of chemical fertilizers on soil fertility, crop yield, and environmental sustainability. The reliance on intensive mono-cropping practices has led to resource wastage and reduced agricultural biodiversity, exacerbating issues such as soil degradation and erosion. To address these challenges, the authors propose the implementation of a cereal-legume intercropping system, which has been shown to enhance crop yields and optimize resource utilization through beneficial root interactions and nitrogen fixation by legumes.
The study focuses on the intercropping of maize and soybean in Guangxi Province, a region characterized by its subtropical climate and significant rainfall variability. While maize is a major crop in this area, the authors note that excessive nitrogen fertilization has not yielded proportional benefits in terms of yield or soil health. The research aims to investigate the effects of maize-soybean intercropping on crop yield, nutrient content, and soil properties, particularly under varying nitrogen fertilizer applications. The hypothesis posits that intercropping may improve nutrient uptake and crop productivity by altering soil physio-chemical properties and enzymatic activities. This study seeks to fill the knowledge gap regarding the impact of intercropping on both macro and micronutrients essential for plant growth and human nutrition, ultimately contributing to sustainable agricultural practices in the region.
Methods
The field experiment was conducted over two consecutive years (2021-2022) at Guangxi University, China, under subtropical monsoon conditions with an average annual rainfall of 1080 mm. The experimental site featured loamy soil with a neutral pH of 6.45, an organic matter content of 14.7 g kg$^{-1}$, and available nitrogen (N), phosphorus (P), and potassium (K) levels of 64.9, 72.6, and 77.0 mg kg$^{-1}$, respectively. The study involved maize (Zhengdan 958) and soybean (Gui Chun 15) cultivated in various cropping systems: maize mono-cropping (MM), soybean mono-cropping (SM), and maize-soybean intercropping (MSI), with two nitrogen application levels: N$_0$ (0 kg N ha$^{-1}$) and N$_1$ (225 kg N ha$^{-1}$ for maize and 100 kg N ha$^{-1}$ for soybean), which was 25% less than local conventional fertilization practices.
The experimental design utilized a split-plot arrangement, with nitrogen levels as the main plots and planting patterns as subplots, comprising multiple treatment combinations. Each treatment was replicated four times, with a relay intercropping system involving two rows of maize and two rows of soybean on a 22.5 m$^2$ plot, while mono-cropping plots measured 18 m$^2$. Fertilizers were applied as urea (46% N), with phosphorus and potassium applied at 100 kg ha$^{-1}$ each. Planting densities were set at 60,000 maize plants ha$^{-1}$ and 100,000 soybean plants ha$^{-1}$, with specific inter-row distances for mono-cropping and intercropping systems. Planting and harvesting dates were carefully recorded, and irrigation was maintained at 60-70% of field capacity, supplemented by manual weeding and pest control measures. Meteorological data, including temperature and rainfall, were systematically collected throughout the experiment.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments or analyses. It details the outcomes of various tests, highlighting significant trends and patterns observed in the data. The results are typically supported by statistical analyses, which may include p-values, confidence intervals, or effect sizes, to validate the findings.
Additionally, the section may include visual representations such as graphs or tables that illustrate the relationships between variables or the impact of interventions. These visual aids serve to enhance the clarity of the results and facilitate a better understanding of the implications of the research. Overall, the findings contribute to the broader context of the study, providing insights that may inform future research directions or practical applications.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the significant impact of maize-soybean intercropping on crop yield, nutrient content, and soil characteristics, particularly under varying nitrogen (N) fertilization conditions. The study found that intercropping enhanced maize yields and biomass while reducing soybean yields, attributed to the competitive resource demands of maize, a cereal crop, which requires more nutrients and light compared to soybean, a legume. The intercropping system, particularly with adequate N fertilization, improved the efficiency of resource utilization, leading to increased crop productivity. The Land Equivalent Ratio (LER) values consistently exceeded 1, indicating that intercropping was more efficient in resource use compared to mono-cropping.
Furthermore, the intercropping system significantly increased the nutrient content (N, P, K, Ca, Fe, and Zn) in both maize and soybean crops compared to mono-cropping. This enhancement is linked to the different root architectures of the crops, which allow for better nutrient and moisture access, as well as the nitrogen-fixing ability of soybean, which enriches the soil. The study also noted improvements in soil physio-chemical properties, such as increased organic matter and nutrient availability, alongside a decrease in soil pH, which were more pronounced in N-fertilized intercropping treatments. Overall, the findings underscore the benefits of intercropping as a sustainable agricultural practice that optimizes resource use and enhances soil fertility.