Zheng Wang

1 Departamentul de nutriție a plantelor, Laboratorul cheie de interacțiune plantă-sol, MOE, Universitatea agricolă din China, Beijing, China

2 Academia Națională de Agricultură pentru Dezvoltare Verde, Universitatea Agricolă din China, Beijing, China

3 Institutul Internațional de Magneziu, Universitatea Fujian pentru Agricultură și Silvicultură, Fuzhou, China

Mahmood Ul Hassan

1 Departamentul de nutriție a plantelor, Laboratorul cheie de interacțiune plantă-sol, MOE, Universitatea agricolă din China, Beijing, China

Faisal Nadeem

1 Departamentul de nutriție a plantelor, Laboratorul cheie de interacțiune plantă-sol, MOE, Universitatea agricolă din China, Beijing, China

Liangquan Wu

3 Institutul Internațional de Magneziu, Universitatea Fujian pentru Agricultură și Silvicultură, Fuzhou, China

Fusuo Zhang

1 Departamentul de nutriție a plantelor, Laboratorul cheie de interacțiune plantă-sol, MOE, Universitatea agricolă din China, Beijing, China

2 Academia Națională de Agricultură pentru Dezvoltare Verde, Universitatea Agricolă din China, Beijing, China

3 Institutul Internațional de Magneziu, Universitatea Fujian pentru Agricultură și Silvicultură, Fuzhou, China

Xuexian Li

1 Departamentul de nutriție a plantelor, Laboratorul cheie de interacțiune plantă-sol, MOE, Universitatea agricolă din China, Beijing, China

2 Academia Națională de Agricultură pentru Dezvoltare Verde, Universitatea Agricolă din China, Beijing, China

Date asociate

Abstract

Introducere

Magneziul (Mg) este un element esențial pentru culturi, animale și oameni, a căror deficiență afectează fotosinteza și împărțirea carbohidraților în culturi (Nèjia și colab., 2016), reduce durabilitatea producției și dezvoltării agricole și provoacă efecte negative pe termen lung impactul asupra sănătății umane și animale (Robert și Helen, 2004; Jeroen și colab., 2015). Din păcate, simptomele evidente ale deficitului de Mg apar frecvent în culturi, în special în stadiul lor critic de dezvoltare, cu acumulare rapidă de carbohidrați, cultivate în soluri acide răspândite pe scară largă în întreaga lume (Cakmak și colab., 1994; Nèjia și colab., 2016). Produsele agricole comestibile sunt principala sursă de nutriție Mg pentru oameni și animale. Prin urmare, menținerea conținutului de Mg al produselor agricole într-un interval relativ suficient este foarte importantă pentru sănătatea animalelor și a oamenilor.

Într-un sistem de producție agricolă, disponibilitatea Mg pentru culturi depinde de diverși factori, cum ar fi textura solului, capacitatea schimbabilă a cationilor (Hariadi și Shabala, 2004), factorii climatici și antropogeni specifici sitului, practicile de gestionare agronomică, precum și speciile de cultură în sine ( Scheffer și Schachtschabel, 2002; Mikkelsen, 2010). Culturile absorb Mg din sol în principal prin rădăcini. Solul adecvat Mg este o cheie pentru a asigura creșterea și producția robustă a culturilor. Deficitul absolut de Mg în sol reduce dramatic absorbția Mg de către rădăcinile culturilor, ceea ce este frecvent o consecință a conținutului scăzut de Mg în rocile sursă (Papenfuß și Schlichting, 1979), pierderile de Mg prin mobilizare și levigare în sol (Schachtschabel, 1954) sau Epuizarea Mg datorită producției intensive de culturi (Pol și Traore, 1993). În plus, competiția cationică, rezultată din fertilizarea dezechilibrată a solului pe termen lung, determină heterogenitatea nutrienților în soluri. O condiție bună a solului Mg este condiția prealabilă pentru a asigura absorbția Mg de către rădăcinile culturilor și pentru a spori eficiența utilizării Mg.

Aciditatea solului este un alt factor important care determină productivitatea culturilor (Mohebbi și Mahler, 1989; Aggangan și colab., 1996), strâns asociată cu deficiența de potasiu, calciu, magneziu, fosfor și zinc, în timp ce toxicitatea aluminiului și manganului (Guo și colab., 2004; Zhu și colab., 2004; Binh și colab., 2018) antagonizează disponibilitatea Mg (Wang și colab., 2014). În plus, caracterul extrem de mobil al ionului Mg 2+ îl face susceptibil la levigarea din zona rădăcinii prin precipitații abundente (Schachtschabel, 1954; Grzebise, 2011; Gransee și Führs, 2013) în special în solurile acide, reducând eficiența utilizării nutrienților și recolta Randament.

Până în prezent, nu s-a făcut nicio încercare de a re-analiza sistematic efectele fertilizării cu Mg asupra randamentului culturilor și a eficienței agronomice prin rezumarea experimentelor anterioare la nivel mondial. Factori precum solul disponibil Mg, pH-ul solului și ratele și tipurile de îngrășăminte Mg condiții preliminare dau răspunsuri la aplicarea Mg. În acest studiu, a fost realizată o meta-analiză pentru (1) a evalua efectele globale ale îngrășămintelor Mg asupra randamentului culturilor și a eficienței agronomice corespunzătoare; (2) să înțeleagă efectele randamentului fertilizării cu Mg în diferite condiții de cultură și fertilizare; și (3) pentru a estima modul în care nivelurile de Mg și pH schimbabile din sol afectează rezultatele fertilizării cu Mg.

Materiale și metode

Strategia de căutare și extragerea datelor

Pentru a analiza efectul îngrășămintelor Mg asupra producției de culturi în teren, a fost efectuată o căutare cuprinzătoare a literaturii folosind „Magneziu (Mg) fertiliz *”, „Magneziu (Mg) fertilis *” în titlul articolului și „randamentul culturilor *” ca cheie termenii de pe Web of Science (http://apps.webofknowledge.com/) și bazele de date electronice China National Knowledge Infrastructure (http://www.cnki.net/) înainte de noiembrie 2019. Datele au fost extrase fie direct din tabele, fie indirect din conversia cifrelor originale în studiile raportate, inclusiv randamentul culturilor, concentrațiile de Mg și zahăr care răspund la fertilizarea Mg din întreaga lume ( Figura 1A; majoritatea studiilor din China, cu atât mai puțin din alte țări și nu au fost găsite rapoarte din Brazilia). Au fost foarte puține date fiziologice și de calitate disponibile; prin urmare, evaluarea corespunzătoare nu a fost inclusă în acest studiu. Efectele fertilizării cu Mg asupra randamentului au urmat distribuției normale standard ( Figura 1B ). Studiile au fost selectate în conformitate cu următoarele patru criterii: (1) studii care conțin comparații de fertilizare cu magneziu și fără fertilizare cu magneziu (control), (2) reprezentând experimente pe teren, cu excepția experimentului în ghiveci în seră, (3) cu fertilizare Mg în sol, excluzând aplicarea foliară de Mg, (4) studiul raportând tipurile de culturi, randamentul, media și numărul de observații perecheFigura suplimentară S1).

îmbunătățește

Distribuția pe hărți a siturilor experimentale (A) și distribuția frecvenței datelor care indică efectele fertilizării cu Mg asupra randamentului culturilor (B) pentru metaanaliza noastră. Petele albastre indicau locurile experimentale locale de îngrășăminte Mg în câmp (A). Cele trei linii roșii ale Q1 (stânga), Mediană (mijloc) și Q3 (dreapta) corespundeau frecvenței datelor 25%, 50% și 75% (B).

Surse de date

Un total de 99 de lucrări (a se vedea lista studiilor în Fișa tehnică suplimentară S1) cu 570 de comparații perechi calificate pentru meta-analiza noastră (396 din China și 174 din alte țări). Testele de teren au fost raportate în zece țări (Bangladesh, Canada, China, Chile, Iran, Noua Zeelandă, Nigeria, Polonia, Turcia și Regatul Unit) Figura 1A ).

Mărimile efectului și modelarea lor

Efectele fertilizării cu Mg asupra randamentului culturilor au fost evaluate în raport cu un control adecvat fără fertilizare cu Mg prin următoarea ecuație:

unde lnR a reprezentat jurnalul natural al raportului de răspuns (dimensiunea efectului), Xt a reprezentat randamentul culturilor sub fertilizarea Mg, iar Xc a reprezentat randamentul culturii fără fertilizarea Mg (Hedges și colab., 1999; Verena și colab., 2012). Având în vedere că mai mult de 50% din studiile de caz nu au furnizat o măsură a varianței, studiile de caz au fost cântărite folosind numerele studiului și experimentează prin modele cu efecte mixte în R. Pentru a interpreta clar, efectul asupra randamentului a fost exprimat ca o schimbare procentuală, care a fost calculat cu (R - 1) × 100%. O schimbare procentuală pozitivă a indicat o creștere, în timp ce valorile negative au indicat o scădere din cauza fertilizării cu Mg. Modificarea procentuală medie a fost considerată a fi semnificativ diferită de zero dacă IC 95% nu s-a suprapus cu zero (Hedges și colab., 1999).

Eficiența agronomică a îngrășămintelor Mg (AE-Mg) a fost calculată prin următoarea ecuație:

unde FMgO a reprezentat cantitatea (kg MgO ha -1) de îngrășăminte Mg aplicate.

Analiza statistică a fost efectuată folosind modele de efecte mixte în R (versiunea 3.5.1) după cum urmează: (1) efectul fix, (2) efectul fix și un efect de studiu aleator, (3) efectul fix și efectele aleatorii ale studiului și experiment cuibărit în studiu și (4) efectul fix și un efect unic aleatoriu al experimentului. Efectele aleatorii adecvate au fost identificate prin analize AIC (Akaike Information Criterion) și ANOVA (R Stats Packages), cu diferențe semnificative la P 7.5) sau Mg deficiente (-1), moderate (60-120 mg kg -1) și relativ suficiente (> 120 mg kg -1), respectiv, în funcție de pH și nivelurile de Mg schimbabile din sol.

Îngrășămintele Mg au fost clasificate în două tipuri: (1) îngrășăminte cu eliberare lentă (Mg-S), inclusiv oxid de Mg, hidroxid de Mg, dolomit, carbonat de Mg și fosfat de calciu-Mg și (2) îngrășăminte cu eliberare rapidă (Mg-R), inclusiv Mg sulfat, Mg clorură și potasiu Mg sulfat. Viteza de fertilizare a variat într-un interval de 100 kg MgO ha -1 .

Rezultate

Fertilizare cu magneziu (Mg) Randament îmbunătățit al majorității culturilor

Îngrășămintele cu magneziu au promovat, în general, randamentul pentru majoritatea culturilor (Figura suplimentară S2) și creșterea randamentului a variat în funcție de speciile de cultură, de condițiile solului, de ratele de fertilizare Mg și de alți factori. Creșterea medie a randamentului în producția de culturi a fost de 8,5% conform meta-analizei noastre ( Figura 2 ). Fertilizarea cu magneziu a îmbunătățit semnificativ producția de fructe (12,5%), ierburi (10,6%), tutun (9,8%), tuberculi (9,4%), legume (8,9%), cereale (8,2%), culturi oleaginoase (8,2%) și ceai (6,9%), deși nesemnificativ pentru celelalte culturi (1,5%), comparativ cu tratamentul suplimentar non-Mg la P Figura 2 ). Mai mult, creșterea medie a randamentului culturilor de fructe, iarbă, tutun, tuberculi și legume a fost mai mare decât media generală, în timp ce cele de cereale, ulei, ceai și alte culturi au fost mai mici ( Figura 2 ). Răspunsurile culturilor la Mg au fost diferite din cauza solului și a altor condiții conexe. Metaanaliza a relevat că concentrațiile de Mg în frunze și concentrațiile de zahăr în țesuturile culturilor (tuberculi și fasole) au crescut cu 34,3% ( Figura 3A ) și 5,5% ( Figura 3B ) la P -1 când 541 de cazuri (cantitatea de fertilizare Mg nu a fost raportată în 29 de cazuri) au fost combinate în acest studiu Figura 4 ). Similar efectului speciilor de culturi asupra creșterii randamentului, eficiența agronomică a îngrășămintelor Mg (AE-Mg) a fost, de asemenea, afectată de speciile de culturi, deși într-un mod incompatibil cu efectul anterior. AE-Mg de legume (73,7 kg kg -1) a fost semnificativ mai mare decât culturile de tuberculi (58,8 kg kg -1), fructe (55,0 kg kg -1) și cereale (34,7 kg kg -1) la P Figura 4 ). Cu toate acestea, nu a existat nicio diferență semnificativă în AE-Mg între ceai, ierburi, ulei, tutun și alte experimente din culturi din cauza variațiilor mari ( Figura 4 ).