Îmbunătățirea ovăzului gol (Avena nuda L

ro.waykun.com - Pași pentru a slăbi mâine

Roluri Conceptualizare, curatare date, investigație, scriere - schiță originală

Colegiul de afiliere de agronomie, Universitatea agricolă din China, Beijing, China

Roluri Analiză formală, Scriere - recenzie și editare

Colegiul de afiliere pentru resurse și științe ale mediului, China Agricultural University, Beijing, China

Colegiul de afiliere de agronomie, Universitatea agricolă din China, Beijing, China

Roluri Resurse, Supraveghere, Validare

Colegiul de afiliere de agronomie, Universitatea agricolă din China, Beijing, China

Roluri Conceptualizare, vizualizare

Colegiul de afiliere de agronomie, Universitatea agricolă din China, Beijing, China

Roluri Achiziție finanțare, administrare proiect, resurse, supraveghere, vizualizare, scriere - revizuire și editare

Colegiul de afiliere de agronomie, Universitatea agricolă din China, Beijing, China

Tariful Alam Khan,
Faisal Nadeem,
Lili Chen,
Xiaofen Wang,
Zhaohai Zeng,
Yuegao Hu

Cifre

Abstract

Citare: Khan TA, Nadeem F, Chen L, Wang X, Zeng Z, Hu Y (2019) Îmbunătățirea productivității ovăzului gol (Avena nuda L.) cu pierderi indirecte minime de azot și eficiență maximă a utilizării azotului prin utilizarea integrată a diferitelor surse de azot. PLoS ONE 14 (3): e0213808. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0213808

Editor: P. Pardha-Saradhi, Universitatea din Delhi, INDIA

Primit: 18 noiembrie 2018; Admis: 28 februarie 2019; Publicat: 18 martie 2019

Disponibilitatea datelor: Toate datele relevante se află în manuscris și în fișierele sale de informații suport.

Finanțarea: Acest studiu a fost susținut de China Agriculture Research System (CARS-08-B-1). YH a primit acest premiu de finanțare. Finanțatorii nu au avut niciun rol în proiectarea studiului, colectarea și analiza datelor, decizia de publicare sau pregătirea manuscrisului.

Interese concurente: Autorii au declarat că nu există interese concurente.

Introducere

Dintre gunoiul de grajd organic, gunoiul de pasăre (PM) este ușor disponibil, ecologic, bogat în substanțe nutritive cu eliberare rapidă, capabil să crească carbonul organic din sol și să furnizeze toți macronutrienții esențiali (N, P, K, Ca și Mg) pentru creșterea și dezvoltarea plantelor [18,19]. Deși gunoiul de grajd organic are limitele eliberării lente a nutrienților cu o utilizare mai redusă a nutrienților, acesta are și avantajele de a spori procesele fiziochimice ale solului prin creșterea activității microbiene.

Îngrășămintele microbiene (MBF) sunt alcătuite din celule vii de microorganisme distincte care sunt de obicei aplicate ca inoculanți ai semințelor sau spray lichid pe rizosfera rădăcinii. Aceste microorganisme colonizează în zona rădăcinii și hrănesc creșterea plantelor prin transformarea nutrienților fundamentali ai solului (N, P) indisponibili în forme disponibile prin procese biologice [20]. Ele cresc biomasa microbiană a solului (N și C) în seră [21], precum și condițiile de câmp [22]. Microbii, în special bacteriile, prezente în îngrășămintele microbiene, beneficiază nu numai de culturile leguminoase prin nodulare și fixarea azotului atmosferic, ci a fost raportată și asocierea lor benefică cu non-leguminoase, în special cerealele [23]. Cu toate acestea, nu este posibil să ne bazăm pe MBF doar prin înlocuirea completă a utilizării îngrășămintelor chimice, datorită distribuției lor inegale în sol [24,25]. Amestecul de îngrășăminte microbiene și îngrășăminte chimice în diferite condiții agro-climatice din diferite țări a relevat o performanță mai mare a îngrășămintelor microbiene în prezența unei doze mai mici de îngrășăminte chimice [26].

Au existat studii anterioare care raportau eficiența utilizării azotului în cereale, cum ar fi porumb, orez, grâu și mei de coadă de vulpe [27,28,29,30]. Ovăzul gol (Avena nuda L.) și ovăzul decorticat (A. sativa L.) sunt două tipuri de ovăz aparținând genului Avena și familiei Gramineae cultivate în China. Natura cu creștere rapidă a ovăzului (Avena nuda L.) le conferă capacitatea de a produce cantități ample de furaje proaspete într-o perioadă scurtă, cu valori nutriționale ridicate. Conținutul ridicat de proteine și β-gluconă, împreună cu prezența conținutului de fibre hipo-glicemice în boabele de ovăz își măresc valoarea ca hrană umană. Pe de altă parte, orezul, grâul, porumbul și alte culturi de cereale cu randament ridicat ocupă în general cea mai mare parte a terenului agricol, dar ovăzul poate fi cultivat în terenuri marginale cu mai puține cantități de îngrășăminte și apă.

Acest studiu își propune să reducă utilizarea îngrășămintelor chimice cu N, să obțină o eficiență ridicată a utilizării N și să limiteze impactul asupra mediului datorat poluării. Principalele obiective ale acestui experiment au fost evaluarea randamentului ovăzului gol sub furnizarea de N chimic și N organic suplimentat cu îngrășământ microbian, examinarea NUE în sistemul de producție a ovăzului și explorarea schimbărilor în solul N, C și activitatea enzimatică.

Materiale și metode

Descrierea experimentală a site-ului

Experimentul a fost realizat în perioada 2016 și 2017 la Academia de Științe Agricole Baicheng din orașul Baicheng (45 ° 37’N, 122 ° 48’E, 155 m deasupra nivelului mării), provincia Jilin, China. Nici o specie umană, animală sau vegetală nu a fost afectată în timpul experimentului. Regiunea este o zonă semi-aridă tipică situată în nord-estul Chinei, cu o precipitație medie anuală de 407 mm (apare mai ales din aprilie până în septembrie). Zona are un climat temperat, semiarid și continental, cu o temperatură medie de 18,02 ° C în timpul sezonului de cultură și o perioadă fără îngheț de 125-135 de zile. Temperatura medie anuală efectivă acumulată este de 2915 ° C. Solul este ușor Cernoziom. Fosta cultură a fost floarea-soarelui. Proprietățile fizico-chimice de bază ale solului și temperatura medie zilnică a aerului și precipitațiile zilnice în timpul sezonului de creștere a ovăzului la locul de studiu (aprilie-octombrie) sunt prezentate în S1 FIG.

Tratamente experimentale, proiectare și management de teren

Experimentul a cuprins șapte tratamente cu îngrășăminte: T1 = control - fără azot chimic (CN), azot organic (ON) și îngrășământ microbian (MBF), T2 = 100% CN, T3 = 100% CN + MBF, T4 = 75% CN + 25% ON + MBF, T5 = 50% CN + 50% ON + MBF, T6 = 100% ON + MBF, T7 = 100% ON. Aranjamentul experimental a fost un design randomizat complet al blocului (RCBD) cu patru replicări. În total erau 28 de parcele. Fiecare parcela avea o dimensiune de 20 m 2 (5 m × 4 m) și 12 rânduri cu o distanță între 30 cm. Fiecare parcelă a primit 300 g de semințe de ovăz (25g sau aproximativ 750 de semințe/rând). Doza recomandată de N (adică 90 kg N ha -1, practicată de fermierii din această zonă) a fost considerată o doză de 100%. Semințele de înaltă calitate ale soiului de ovăz „Bai Yan 2” au fost obținute de la Academia de Științe Agricole Baicheng, în provincia Jilin din China.

Managementul îngrășămintelor

Aplicarea substanței chimice N și a altor substanțe nutritive.

Ureea (46,3% N) a fost utilizată ca sursă de N chimic, iar 90, 67,5 și 45 kg N ha -1 au fost aplicate ca doze de 100, 75 și 50% N. În plus, P a fost aplicat la o rată de 55 Kg ha -1 P2O5 În timp ce K a fost aplicat la o rată de 45 Kg ha -1 K2O. Sursa de P a fost Ca (H2PO4) 2 · H2O și cea a K a fost K2SO4, care au fost, de asemenea, aplicate tuturor tratamentelor experimentale, inclusiv controluluiS3 Tabel). N, P și K au fost aplicate ca doză bazală, difuzate și încorporate în stratul superior de sol de 20 cm înainte de însămânțarea semințelor.

Aplicarea îngrășămintelor organice.

Un produs compostat, zdrobit, cernut (-1, 8,17 g kg -1 și respectiv 5,41 g kg -1.

Îngrășământ microbian.

Eșantionare, măsurători și analize chimice

Prelevarea de probe și analiza plantelor.

Prelevarea și analiza solului.

În cazul în care, CE și EN se referă la diferitele cantități de carbon organic și cantitatea totală de N dintre tratamentul fumigat și, respectiv, nefumat.

Respirația solului (SR) a fost estimată prin metoda de incubare a borcanului sigilat, unde solul a fost pre-incubat la 20 ° C timp de 7 zile în stare întunecată, ajustând capacitatea de reținere a apei de 55% și măsurând rata de CO2 derivată din solul umed . Capcana NaOH a fost utilizată pentru a măsura CO2 în următoarele 7 zile și apoi a fost titrată cu HCI [38].

Activități enzimatice ale solului.

Activitatea enzimei dehidrogenază (DHA, Enzyme Commission number 1.1.1) a fost măsurată utilizând clorură de 2, 3, 5-trifeniltetrazolium ca substrat [39]. α-benzoil-N-argininamida a fost utilizată ca substrat pentru a detecta benzoil argininamida hidrolizantă (BAA-protează EC 3.4.4) [40]. P-nitrofenil fosfat a fost utilizat pentru determinarea fosfatazei acide (EC3.1.3.2) [41], în timp ce p-nitrofenil-β-d-glucopiranozidă și p-nitrofenil sulfat au fost utilizate ca substrat pentru măsurarea β-glucozidazei [42] și arilsulfataza [43], respectiv.

Calcul.

Absorbția azotului în paie și cereale a fost calculată prin înmulțirea concentrației de azot cu greutatea sa uscată. Componentele NUE au fost calculate cu următoarele formule:

Factor de productivitate parțial (marginal) (PFP; kg kg -1 N) =

Eficiența utilizării azotului agronomic (marginal) (ANUE; kg kg -1 N) =

Eficiența aparentă de recuperare a azotului (marginală) (ANRE;%) =

Eficiența fiziologică (marginală) (PNUE; kg kg -1 N) =

Y = randamentul unei porțiuni recoltate (cereale + biomasă) a culturii cu N aplicat; Y0 = randament fără aplicare N; NA = cantitatea din N total aplicat (CN + ON); U = absorbția totală de N după cultură cu N aplicare; U0 = absorbția totală de N după cultură fără N aplicare

analize statistice

Analiza statistică a fost efectuată utilizând un pachet software Windows (IBM SPSS Statistics 22). Mijloacele de tratamente diferite au fost comparate utilizând diferența cel mai puțin semnificativă la un nivel de probabilitate de 0,05 sau 0,01. Analiza corelației a fost efectuată utilizând funcția de corelație Pearson a SPSS. Redarea grafică a fost efectuată utilizând software-ul Windows Sigma plot 13.0. Toate datele sunt prezentate ca mijloace ± erori standard (SE) a patru replici.

Rezultate

Analiza ANOVA bidirecțională

Analiza varianței a arătat semnificația tratamentelor pentru toți parametrii, cu excepția concentrației de N în cereale și a eficienței fiziologice a utilizării azotului (PNUE). Anii au avut o tendință mixtă cu randamentul de biomasă suprateran, greutatea paiului în greutate, concentrația de N în paie, acumularea de N în părțile vegetale supraterane și acumularea de N în paie, arătând semnificație, în timp ce restul au fost nesemnificative. Efectul interactiv al anului și al tratamentului a fost semnificativ pentru productivitatea parțială a factorilor (PFP), eficiența agronomică a utilizării azotului (ANUE), eficiența aparentă de recuperare a N (ANRE) și randamentul de biomasă suprateran, în timp ce nesemnificativ pentru alțiitabelul 1). O corelație puternic pozitivă între acumularea de N și randamentul de biomasă supraterană a fost găsită în anul 2016, 2017 și ambii (Fig. 1A, 1B și 1C).

Relația dintre producția de biomasă supraterană și acumularea de N în anul (A) 2016, (B) 2017 și (C) ambele date colectate.

Randamentul culturilor și componentele randamentului

(A, B) Modificări ale producției de biomasă supraterană distribuție în cereale și paie în 2016 și 2017, (C, D) modificări în concentrația de azot în partiționare în cereale și paie în 2016 și 2017, (E, F) modificări în împărțirea acumulării de azot în cereale și paie în 2016 și 2017. Barele indică erori standard (n = 4). Tratamentele cu litere diferite pentru aceeași variabilă analizată (paie sau cereale) sunt semnificativ diferite în conformitate cu testul LSD (P Tabelul 2. Randamentul și componentele de randament ale ovăzului sub diferite tratamente cu îngrășăminte.

Concentrația și acumularea de azot în țesuturile de ovăz

Rezultatele noastre au arătat că reducerea CN și adăugarea de ON suplimentat cu MBF a crescut concentrația de azot în părțile vegetale supraterane. Cele mai mari concentrații de N în cereale și paie au fost înregistrate în tratamentul T5, care au fost de 17,29 g kg -1 și 7,12 g kg -1 în 2016, în timp ce 18,86 g kg -1 și respectiv 8,28 g kg -1 în 2017, respectiv. Concentrația de azot din cereale a fost semnificativ mai mare decât concentrația de azot din paie pe parcursul tratamentelor în ambii ani, controlul având cel mai mic dintre aceștia (Fig. 2C și 2D). În mod consecvent, acumularea de azot în cereale a rămas semnificativă pentru acumularea de azot în paie în 2016, precum și în 2017 (Fig. 2E și 2F). Acumularea totală de azot a variat de la 55,62 la 110,59 kg ha -1 în 2016 și de la 50,44 la 130,27 kg ha -1 în 2017, respectiv. Absorbția azotului în tratamentul T5 a fost mai mare decât T2 (34,39% în 2016 și 26,08% în 2017) și T6 (54,92% în 2016 și 50,27% în 2017). Acumularea de N deasupra solului în T5 a fost aproape dublă față de control în 2016 și chiar mai mult în 2017.

În cazul împărțirii azotului, acumularea de N în cereale a fost mai mare decât paiul, care a variat între 31,86 și 58,91 kg ha -1 în 2016 și 28,03 până la 67,35 kg ha -1 în 2017. În 2016 absorbția de N în cereale la tratamentul T5 a fost cu 28,82%, 60,95% și 84,90% mai mare decât T2, T7 și, respectiv, controlul (T1). Pe de altă parte, acumularea de cereale N în tratamentul cu T5 a fost cu 21,68% și 68,41% mai mare decât în tratamentul cu T2 și respectiv cu T7 și a fost mai mult decât dublă decât martorul în 2017. Acumularea de N, în paie, a prezentat diferențe semnificative între tratamentele în ambele ani, a variat de la 23,76 la 51,68 kg ha -1 și 22,41 la 62,92 kg ha -1 în 2016 și respectiv 2017. În 2017, acumularea de paie N a prezentat cea mai mare valoare în tratamentul T5, care a fost cu 21,74% mai mare decât același tratament din anul precedent. Acumularea de paie N în control a scăzut cu 6,02% în 2017 comparativ cu 2016 (Fig. 2E și 2F).

Eficiența utilizării azotului

Componentele eficienței utilizării azotului (NUE), cum ar fi PFP, ANUE și ANRE de ovăz sunt prezentate în Tabelul 3. PFP în combinația de tratament T4 și T5 a fost mai mare decât restul tratamentelor din experimentul nostru. Deși ambele tratamente nu au fost semnificative în 2016, dar PFP al tratamentului T5 a fost semnificativ mai mare decât T4 în 2017. În ceea ce privește „ANUE”, „ANRE” și „PNUE”, acestea au rămas nesemnificative între tratamentul T4 și T5, dar semnificativ mai mare comparativ cu toate celelalte combinații de tratament din anii respectivi. Tratamentul T5 a prezentat cel mai mare raport PFP, ANUE și ANRE, comparativ cu tratamentele T4, T3 și T2, indicând un declin ușor al NUE odată cu creșterea aplicării CN. ANRE a ilustrat cele mai mari valori (0,55-0,80) în T5, în timp ce scăderea treptată a T2 și T3, care au fost comparabile ca mărime cu tratamentul T4 și T5. Tratamentul T6 și T7 au prezentat PFP, ANUE și ANRE mai mici, dar PNUE mai mare decât celelalte tratamente. Scăderea CN, a crescut PNUE în tratamentul T6.

Dinamica azotului în sol

(A, B) Conținut de azot amoniu (NH4 + -N) la 20 cm adâncime sol, (C, D) Azot nitrat (NO3 - -N) conținut la 20 cm adâncime sol, (E, F) Azot nitrat (NO3 -N) conținut la 40 cm adâncime sol și (G, H) Azot mineral (NH4 + -N + NO3 - -N) conținut la 20 cm adâncime sol. Barele indică abaterea standard a patru replici. T1 = Control, T2 = 100% CN, T3 = 100% CN + MBF, T4 = 75% CN + 25% ON + MBF, T5 = 50% CN + 50% ON + MBF, T6 = 100% ON + MBF și T7 = 100% PORNIT.

PH-ul solului, N total, C organic, azot organic dizolvat (DON) și carbon organic dizolvat (DOC)

PH în vrac, azot total din sol și carbon organic din sol, azot organic dizolvat (DON) și carbon organic dizolvat (DOC) sub diferite tratamente cu îngrășăminte.

Biomasa microbiană a solului și respirația solului

Valorile medii (2016–17) ale (A) biomasei microbiene a solului N (MBN), (B) a biomasei microbiene a solului C (MBC) și (C) rata de respirație a solului, în diferite tratamente în timpul etapei de îmbinare a ovăzului Barele indică erori standard (n = 4). Tratamentele cu litere diferite sunt semnificativ diferite în funcție de testul LSD (P Tabelul 5. Activitățile enzimatice din sol sub diferite tratamente în timpul etapei de îmbinare-încărcare în 2017.

Discuții

Atributele de randament influențate de diferite modificări

Conținutul de minerale vegetale și eficiența utilizării azotului (NUE)

Soarta azotului aplicat în sol

Biomasa microbiană C și N

Deshidrogenaza și alte activități enzimatice hidrolitice ale solului

Enzimele microbiene din sol sunt de fapt induse prin procedee metabolice, reflectând în general nivelul de activitate microbiană al solului și intensitățile reacției biochimice [22]. Studiul actual a ilustrat că diferite tratamente cu îngrășăminte au afectat, fără îndoială, activitățile enzimatice din sol (Tabelul 5). Dehidrogenaza (DHA) este un indicator important al activității microbiene printre enzima oxiductază și a fost tratată ca un biomarker pentru a evalua calitatea solului cultivat [80]. În acest experiment, în comparație cu tratamentul cu T2, s-a observat o activitate DHA cu peste 60% și 70% mai mare în tratamentul cu T5 și respectiv cu T6, ceea ce este foarte semnificativ. O tendință similară a fost observată pentru alte enzime cu activități crescute în tratamentele T5 și T6 (Tabelul 5), în principal datorită activității microbiene sporite atunci când a fost practicată fertilizarea combinată [81]. Activitatea DHA mai mare este indicatorul unei ample cantități disponibile de substraturi organice degradabile din sol, rezultând activități microbiene mai mari. Enzima dehidrogenază a avut o corelație pozitivă cu SOC (P + -N și NO3 - -N la diferite adâncimi ale solului sub diferite tratamente cu îngrășăminte.

S3 Tabel. Echilibrul îngrășămintelor sub diferite tratamente.

S4 Tabel. Conținutul de minerale în Trage și rădăcină după recoltarea ovăzului în al 2-lea an sub tratament diferit.

Mulțumiri

Mulțumim lui Chen Wang, Qisheng Yang, Junwei Hu, Yadong Yang, Jiang Ying și membrilor Academiei de Științe Agricole din Baicheng pentru ajutorul lor amabil în timpul experimentelor pe teren.

Referințe

Domenii de subiect

Pentru mai multe informații despre domeniile PLOS, faceți clic aici.

Dorim feedback-ul dvs. Aceste domenii de subiect au sens pentru acest articol? Faceți clic pe țintă lângă zona subiect incorectă și anunțați-ne. Multumesc pentru ajutor!

Este subiectul "Ovăz" aplicabil acestui articol? da nu