Published October 7, 2020
| Version v1
Publication
Open
Manure combined with chemical fertilizer increases rice productivity by improving soil health, post-anthesis biomass yield, and nitrogen metabolism
Creators
- 1. The University of Agriculture, Peshawar
- 2. Guangxi University
- 3. Zhejiang University
Description
Excessive reliance on chemical fertilizer (CF) in conventional farming is a serious concern owing to its negative effects on soil health, the environment, and crop productivity. Organic manure is an alternative source of fertilizer to reduce the amount of CF usage in agriculture, decrease environmental pollution, and ensure sustainable crop production. This study assessed the integrated effect of poultry manure (PM) and cattle manure (CM) with CF on soil properties, plant physiology, and rice grain yield. Additionally, the difference in pre-and post-anthesis dry matter (DM) and nitrogen (N) accumulation and their relationship with grain yield was also determined. Pot experiments were performed in the early and late growing season at the experimental station of Guangxi University, China, in 2018. A total of six treatments, i.e., T1-CF0; T2-100% CF; T3-60% CM + 40% CF; T4-30% CM + 70% CF; T5-60% PM + 40% CF, and T6-30% PM + 70% CF were used in this pot experiment. Results showed that T6 enhanced leaf photosynthetic efficiency by 11% and 16%, chlorophyll content by 8% and 11%, panicle number by 12% and 16%, and grain yield by 11% and 15% in the early and late seasons, respectively, compared to T2. Similarly1, post-anthesis N and DM accumulation, N uptake, and soil properties (i.e., soil organic carbon, total N, and bulk density) were improved with integrated CF and manure treatments over the sole CF treatments. Interestingly, increases in post-anthesis N uptake and DM production were further supported by enhanced N-metabolizing enzyme activities (i.e., nitrate reductase, glutamine synthetase, and glutamate oxoglutarate aminotransferase during the grain-filling period in combined treatments. In-addition, the linear regression analysis showed that post-anthesis DM (R2 = 0.95) and N (R2 = 0.96) accumulation were highly associated with grain yield of rice. Thus, the combination of 30% N from PM or CM with 70% N from CF (i.e., urea) is a promising option for improvement of soil quality and rice grain yield. Furthermore, our study provides a sustainable nutrient management plan to increase rice yield with high N use efficiency.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يشكل الاعتماد المفرط على الأسمدة الكيميائية في الزراعة التقليدية مصدر قلق بالغ بسبب آثاره السلبية على صحة التربة والبيئة وإنتاجية المحاصيل. السماد العضوي هو مصدر بديل للأسمدة لتقليل كمية استخدام CF في الزراعة، وتقليل التلوث البيئي، وضمان الإنتاج المستدام للمحاصيل. قيمت هذه الدراسة التأثير المتكامل لسماد الدواجن (PM) وسماد الماشية (CM) مع CF على خصائص التربة وفسيولوجيا النبات ومحصول حبوب الأرز. بالإضافة إلى ذلك، تم تحديد الفرق في تراكم المادة الجافة قبل وبعد التركيب (DM) والنيتروجين (N) وعلاقتها بمحصول الحبوب. أجريت تجارب POT في موسم النمو المبكر والمتأخر في المحطة التجريبية لجامعة غوانغشي، الصين، في عام 2018. تم استخدام ما مجموعه ستة علاجات، أي T1 - CF0 ؛ T2 -100 ٪ CF ؛ T3 -60 ٪ CM + 40 ٪ CF ؛ T4 -30 ٪ CM + 70 ٪ CF ؛ T5 -60 ٪ PM + 40 ٪ CF، و T6 -30 ٪ PM + 70 ٪ CF في هذه التجربة وعاء. أظهرت النتائج أن T6 عزز كفاءة التمثيل الضوئي للأوراق بنسبة 11 ٪ و 16 ٪، ومحتوى الكلوروفيل بنسبة 8 ٪ و 11 ٪، وعدد الذعر بنسبة 12 ٪ و 16 ٪، وإنتاج الحبوب بنسبة 11 ٪ و 15 ٪ في المواسم المبكرة والمتأخرة، على التوالي، مقارنة بـ T2. وبالمثل، تم تحسين تراكم ما بعد التركيب N و DM، والامتصاص N، وخصائص التربة (أي الكربون العضوي في التربة، وإجمالي N، والكثافة الظاهرية) من خلال معالجات CF والسماد المتكاملة على معالجات CF الوحيدة. ومن المثير للاهتمام، أن الزيادات في امتصاص N ما بعد الاستنساخ وإنتاج DM تم دعمها بشكل أكبر من خلال أنشطة إنزيم استقلاب N المعززة (أي، مختزل النترات، تخليق الجلوتامين، وأكسوغلوتارات أمينوترانسفيراز الجلوتامات خلال فترة ملء الحبوب في العلاجات المركبة. بالإضافة إلى ذلك، أظهر تحليل الانحدار الخطي أن تراكم ما بعد التركيب DM (R2 = 0.95) و N (R2 = 0.96) يرتبط ارتباطًا وثيقًا بغلة الحبوب في الأرز. وبالتالي، فإن الجمع بين 30 ٪ N من PM أو CM مع 70 ٪ N من CF (أي اليوريا) هو خيار واعد لتحسين جودة التربة وإنتاجية حبوب الأرز. علاوة على ذلك، توفر دراستنا خطة إدارة مستدامة للمغذيات لزيادة إنتاجية الأرز بكفاءة استخدام عالية.Translated Description (French)
La dépendance excessive aux engrais chimiques (AC) dans l'agriculture conventionnelle est une préoccupation sérieuse en raison de ses effets négatifs sur la santé des sols, l'environnement et la productivité des cultures. Le fumier organique est une source alternative d'engrais pour réduire la quantité d'utilisation de CF dans l'agriculture, diminuer la pollution de l'environnement et assurer une production végétale durable. Cette étude a évalué l'effet intégré du fumier de volaille (PM) et du fumier de bétail (CM) avec la mucoviscidose sur les propriétés du sol, la physiologie des plantes et le rendement en grains de riz. De plus, la différence dans l'accumulation de matière sèche (MS) et d'azote (N) avant et après l'anthèse et leur relation avec le rendement en grains ont également été déterminées. Des expériences en pot ont été réalisées en début et en fin de saison de croissance à la station expérimentale de l'Université du Guangxi, en Chine, en 2018. Au total, six traitements, c.-à-d. T1-CF0 ; T2-100% CF ; T3-60% CM + 40% CF ; T4-30% CM + 70% CF ; T5-60% PM + 40% CF et T6-30% PM + 70% CF ont été utilisés dans cette expérience en pot. Les résultats ont montré que T6 augmentait l'efficacité photosynthétique des feuilles de 11 % et 16 %, la teneur en chlorophylle de 8 % et 11 %, le nombre de panicules de 12 % et 16 % et le rendement en grains de 11 % et 15 % en début et en fin de saison, respectivement, par rapport à T2. De même1, l'accumulation de N et de MS après l'anthèse, l'absorption de N et les propriétés du sol (c.-à-d. carbone organique du sol, N total et densité apparente) ont été améliorées avec des traitements intégrés de CF et de fumier par rapport aux seuls traitements de CF. Fait intéressant, les augmentations de l'absorption de N post-anthèse et de la production de DM ont été davantage soutenues par des activités enzymatiques N-métabolisantes améliorées (c.-à-d. nitrate réductase, glutamine synthétase et glutamate oxoglutarate aminotransférase pendant la période de remplissage des grains dans les traitements combinés. En outre, l'analyse de régression linéaire a montré que l'accumulation de DM post-anthèse (R2 = 0,95) et de N (R2 = 0,96) était fortement associée au rendement céréalier du riz. Ainsi, la combinaison de 30% N de PM ou de CM avec 70% N de CF (c'est-à-dire l'urée) est une option prometteuse pour l'amélioration de la qualité du sol et du rendement en grains de riz. En outre, notre étude fournit un plan de gestion durable des nutriments pour augmenter le rendement du riz avec une efficacité élevée de l'utilisation de l'azote.Translated Description (Spanish)
La dependencia excesiva de los fertilizantes químicos (FC) en la agricultura convencional es una grave preocupación debido a sus efectos negativos en la salud del suelo, el medio ambiente y la productividad de los cultivos. El estiércol orgánico es una fuente alternativa de fertilizantes para reducir la cantidad de uso de CF en la agricultura, disminuir la contaminación ambiental y garantizar la producción sostenible de cultivos. Este estudio evaluó el efecto integrado del estiércol de aves de corral (PM) y el estiércol de ganado (CM) con CF sobre las propiedades del suelo, la fisiología de las plantas y el rendimiento del grano de arroz. Además, también se determinó la diferencia en la acumulación de materia seca (DM) y nitrógeno (N) antes y después de la antesis y su relación con el rendimiento de grano. Los experimentos con macetas se realizaron a principios y finales de la temporada de crecimiento en la estación experimental de la Universidad de Guangxi, China, en 2018. En este experimento Pot se utilizaron un total de seis tratamientos, es decir, T1-CF0; T2-100% CF; T3-60% CM + 40% CF; T4-30% CM + 70% CF; T5-60% PM + 40% CF, y T6-30% PM + 70% CF. Los resultados mostraron que T6 mejoró la eficiencia fotosintética de las hojas en un 11% y un 16%, el contenido de clorofila en un 8% y un 11%, el número de panículas en un 12% y un 16%, y el rendimiento de grano en un 11% y un 15% en las primeras y últimas temporadas, respectivamente, en comparación con T2. De manera similar1, la acumulación de N y DM posterior a la antesis, la absorción de N y las propiedades del suelo (es decir, carbono orgánico del suelo, N total y densidad aparente) se mejoraron con tratamientos integrados de CF y estiércol sobre los únicos tratamientos de CF. Curiosamente, los aumentos en la captación de N y la producción de DM posteriores a la antesis se vieron respaldados además por actividades enzimáticas N-metabolizantes mejoradas (es decir, nitrato reductasa, glutamina sintetasa y glutamato oxoglutarato aminotransferasa durante el período de llenado de granos en tratamientos combinados. Además, el análisis de regresión lineal mostró que la acumulación de DM (R2 = 0,95) y N (R2 = 0,96) posterior a la antesis estaban altamente asociadas con el rendimiento de grano de arroz. Por lo tanto, la combinación de 30% de N de PM o CM con 70% de N de CF (es decir, urea) es una opción prometedora para mejorar la calidad del suelo y el rendimiento del grano de arroz. Además, nuestro estudio proporciona un plan de gestión sostenible de nutrientes para aumentar el rendimiento del arroz con una alta eficiencia en el uso del nitrógeno.Files
journal.pone.0238934&type=printable.pdf
Files
(3.6 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:72805f9d1892994c0795b40b19857b5c
|
3.6 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- يزيد السماد مع الأسمدة الكيميائية من إنتاجية الأرز من خلال تحسين صحة التربة، وإنتاجية الكتلة الحيوية بعد التطعيم، واستقلاب النيتروجين
- Translated title (French)
- Le fumier combiné à des engrais chimiques augmente la productivité du riz en améliorant la santé du sol, le rendement de la biomasse post-anthèse et le métabolisme de l'azote
- Translated title (Spanish)
- El estiércol combinado con fertilizantes químicos aumenta la productividad del arroz al mejorar la salud del suelo, el rendimiento de biomasa posterior a la antesis y el metabolismo del nitrógeno
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3092500016
- DOI
- 10.1371/journal.pone.0238934
References
- https://openalex.org/W1502801871
- https://openalex.org/W1972960676
- https://openalex.org/W1977083539
- https://openalex.org/W2002189630
- https://openalex.org/W2005286514
- https://openalex.org/W2016347914
- https://openalex.org/W2019352245
- https://openalex.org/W2038813027
- https://openalex.org/W2061187596
- https://openalex.org/W2061471518
- https://openalex.org/W2072689609
- https://openalex.org/W2073317899
- https://openalex.org/W2075435443
- https://openalex.org/W2090602773
- https://openalex.org/W2091704819
- https://openalex.org/W2093173643
- https://openalex.org/W2094263328
- https://openalex.org/W2101973730
- https://openalex.org/W2111935289
- https://openalex.org/W2113376932
- https://openalex.org/W2156301562
- https://openalex.org/W2190546151
- https://openalex.org/W2240872082
- https://openalex.org/W2312441333
- https://openalex.org/W2320607672
- https://openalex.org/W2502881223
- https://openalex.org/W2506933885
- https://openalex.org/W2533056870
- https://openalex.org/W2569293102
- https://openalex.org/W2588178612
- https://openalex.org/W2595638023
- https://openalex.org/W2613838169
- https://openalex.org/W2780194947
- https://openalex.org/W2795134552
- https://openalex.org/W2798205098
- https://openalex.org/W2807953403
- https://openalex.org/W2886896964
- https://openalex.org/W2890439172
- https://openalex.org/W2893524937
- https://openalex.org/W2897386869
- https://openalex.org/W2904829937
- https://openalex.org/W2905329799
- https://openalex.org/W2946944377
- https://openalex.org/W2960401328
- https://openalex.org/W2961444901
- https://openalex.org/W2963204607
- https://openalex.org/W2969225043
- https://openalex.org/W2972036963
- https://openalex.org/W2981110088
- https://openalex.org/W2981221143
- https://openalex.org/W2992276983
- https://openalex.org/W3011056544
- https://openalex.org/W3034025878
- https://openalex.org/W321659176