Διαθεσιμότητα αζώτου και αποτελεσματικότητα χρήσης σε καλλιέργειες σίτου, όπως επηρεάζεται από την ποιότητα των οργανικών εισροών στα κύρια ολοκληρωμένα συστήματα διαχείρισης θρεπτικών ουσιών
- 1 ICAR-Central Soil Salinity Research Institute, Karnal, Ινδία
- 2 Ινδικό Συμβούλιο Αγροτικής Έρευνας, Krishi Anusandhan Bhavan-II, Νέο Δελχί, Ινδία
- 3 Περιφερειακός ερευνητικός σταθμός, ICAR-Central Soil Salinity Research Institute, Lucknow, Ινδία
Σκοπός: Ένας από τους σοβαρούς περιορισμούς για την ενσωμάτωση οργανικών ουσιών στα σχέδια γονιμότητας του εδάφους είναι η απελευθέρωση και η διαθεσιμότητα αζώτου (Ν) για να ταιριάζει με τα κρίσιμα στάδια ανάπτυξης μιας καλλιέργειας. Η αλληλεπίδραση μεταξύ των χαρακτηριστικών της βιολογικής τροποποίησης και των συνθηκών υγρασίας του εδάφους μπορεί να επηρεάσει σημαντικά την απελευθέρωση και τη διαθεσιμότητα θρεπτικών ουσιών, ειδικά για καλλιέργειες ξηρών περιοχών όπως το σιτάρι. Σε αυτή τη μελέτη, τα αποτελέσματα των στρατηγικών ολοκληρωμένης διαχείρισης θρεπτικών ουσιών που χρησιμοποιούν διάφορες ποιότητες οργανικών τροποποιήσεων στην καθημερινή ανοργανοποίηση του Ν και τη διαθεσιμότητά του στα φυτά κατά τη διάρκεια της πλήρους καλλιεργητικής περιόδου της καλλιέργειας σιταριού αναλύθηκαν σε ένα πείραμα 10 ετών.
Μέθοδοι: Η διαχείριση περιελάμβανε (1) F, ανόργανα λιπάσματα σε ποσοστό 100%, σε σύγκριση με μειωμένο ποσοστό ανόργανων λιπασμάτων (55% N) συμπληρωμένων με οργανικές εισροές μέσω (2) GM, πράσινη λίπανση, (3) LE, καλλιέργεια ψυχανθών και την ανακύκλωση της βιομάζας, (4) WS, κατακράτηση καλαμιών σιταριού, (5) RS, κατακράτηση καλαμιών ρυζιού και (6) FYM, εφαρμογή κοπριάς σε αγροκτήματα, κατά την προηγούμενη περίοδο ρυζιού. Οι λωρίδες μεμβράνης ιοντοανταλλακτικής ρητίνης (IER) χρησιμοποιήθηκαν ως προσομοιωτές ριζών φυτών για τον προσδιορισμό της ημερήσιας διαθεσιμότητας NH4 -N και NO3 – N στο εδαφικό διάλυμα κατά τη διάρκεια της πλήρους περιόδου ανάπτυξης του σίτου.
Αποτελέσματα: Το συνολικό διαθέσιμο Ν για την πλήρη σεζόν ήταν με την ακόλουθη σειρά: GM (962 μg cm –2 ) gt; F (878 μg cm –2 ) gt; LE (872 μg cm –2 ) gt; FYM (865 μg cm –2 ) gt; RS (687 μg cm –2 ) gt; WS (649 μg cm –2 ). Δεν παρατηρήθηκαν σημαντικές διαφορές στη διαθεσιμότητα NH4 -N καθ’ όλη την περίοδο καλλιέργειας σε σύγκριση με το NO3 – -N που έδειξε σημαντικές διαφορές μεταξύ της διαχείρισης σε κρίσιμα στάδια ανάπτυξης της καλλιέργειας.
Συμπέρασμα: Η ενσωμάτωση βιομάζας οσπρίων (GM, LE) και η διαχείριση με βάση την κοπριά αγροκτημάτων (FYM) παρείχαν την πιο συνεπή προσφορά ισοδύναμη ή ακόμη και μεγαλύτερη από 100% ανόργανων λιπασμάτων σε πολλά κρίσιμα στάδια ανάπτυξης, ειδικά στην υλοτόμηση και την επιμήκυνση του στελέχους. Η ενσωμάτωση οργανικών ουσιών στη διαχείριση αύξησε την αποδοτικότητα χρήσης αζώτου 1,3–2,0 φορές, με τη διαχείριση με βάση τα υπολείμματα των καλλιεργειών δημητριακών να έχει την υψηλότερη απόδοση ακολουθούμενη από την ενσωμάτωση βιομάζας ψυχανθών.
Εισαγωγή
Το άζωτο (Ν) είναι ένα από τα κύρια θρεπτικά συστατικά για την ανάπτυξη των φυτών και το πιο χρησιμοποιούμενο ως προς την ποσότητα χρήσης. Αναμφισβήτητα, η έλλειψή του έχει ως αποτέλεσμα έμμεσες οικονομικές απώλειες στη φυτική παραγωγή, ενώ η υπερβολική χρήση οδηγεί σε νιτρική φόρτωση των επιφανειακών και υπόγειων υδάτων. Η τελευταία πτυχή είναι τόσο διαδεδομένη σε όλο τον κόσμο τις τελευταίες δεκαετίες που η διαχείριση του Ν μέσω της χρήσης οργανικών ουσιών επιβάλλεται να αποτελεί αναπόσπαστο μέρος της διαχείρισης θρεπτικών ουσιών για τη φυτική παραγωγή. Η διαθεσιμότητα του εδάφους Ν επηρεάζει άμεσα την καθαρή πρωτογενή παραγωγικότητα των φυτών μέσω της τροποποίησης της αποδοτικότητας χρήσης αζώτου (Aerts and Decaluwe, 1994· Cole et al., 2008). Η βασική διαδικασία που συμβάλλει στη διαθεσιμότητα Ν σε εδαφικό διάλυμα είναι η ανοργανοποίηση του Ν (Ross et al., 2004; Zhou et al., 2009). και NO3 – σχηματίζεται μέσω μιας μικροβιακής δράσης που βασίζεται στη διαδικασία. Ωστόσο, ο μετασχηματισμός και η απελευθέρωση του Ν σε αυτές τις διαθέσιμες για τα φυτά μορφές εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη σύνθεση της οργανικής ύλης (Manojlović et al., 2010; Marzi et al., 2020; Yamuangmorn et al., 2020). Οργανική ύλη με υψηλή περιεκτικότητα σε Ν με χαμηλή αναλογία C/N απελευθερώνει περισσότερο Ν (Cordovil et al., 2005) σε σύγκριση με χαμηλότερη περιεκτικότητα σε Ν (lt;1,7–2%), και υψηλή αναλογία C/N οργανική ύλη που οδηγεί σε ακινητοποίηση Ν (Manojlović et al., 2010). Δεδομένου ότι οι οργανικές πηγές θρεπτικών συστατικών είναι σημαντικά συστατικά της ολοκληρωμένης διαχείρισης θρεπτικών ουσιών, η κατανόηση της χημικής τους σύνθεσης, της αποσύνθεσης και του ρυθμού ανοργανοποίησης του Ν είναι υψίστης σημασίας (Vityakon and Dangthaisong, 2005; Srinivas et al., 2006; Bhardwaj et al., 2019α).
Η περιεκτικότητα σε άζωτο, η αναλογία C/N, η λιγνίνη και η περιεκτικότητα σε πολυφαινόλες των υπολειμμάτων των καλλιεργειών είναι οι κύριοι παράγοντες ελέγχου που επηρεάζουν την καθαρή ανοργανοποίηση του Ν (Oglesby and Fownes, 1992· Trinsoutrot et al., 2000· Vityakon and Dangthaisong, 2005). Οργανικά υλικά, όπως το άχυρο σίτου με υψηλή αναλογία C/N (79:1), μείωσαν την ανοργανοποίηση του Ν στα πρώιμα στάδια της αποσύνθεσης λόγω της ακινητοποίησής του (Srinivas et al., 2006). Αυτό οφείλεται στην υψηλή απαίτηση σε Ν των μικροβιακών πληθυσμών που εμπλέκονται στην αποσύνθεση του άχυρου σίτου (Tripathi and Mishra, 2001). Αν και το Ν που περιέχεται στα υπολείμματα των καλλιεργειών γίνεται σταδιακά διαθέσιμο μετά την αποσύνθεση, η προσθήκη ουρίας έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της αναλογίας C/N του άχυρου σίτου και συνακόλουθη ταχύτερη ανοργανοποίηση του Ν, χωρίς δυσμενή επίδραση στις αποδόσεις των καλλιεργειών (Reddy et al., 2008). Η στενή αναλογία C/N της χλωρής κοπριάς είναι ο κύριος παράγοντας που ευνοεί την εύκολη αποσύνθεσή της. Οι Srinivas et al. (2006) ανέφερε ότι η ανοργανοποίηση Ν από χλωρές κοπριές μετά από 3 μήνες κυμαινόταν από 71 έως 82%. Παρόμοιες μελέτες έχουν επίσης αναφερθεί από άλλους ερευνητές (Singh and Kumar, 1996). Singh et al. (2003) παρατήρησε πολύ υψηλότερο δυναμικό ανοργανοποίησης Ν στην πράσινη κοπριά (Sesbania aculeata) από το άχυρο σίτου. Στην περίπτωση της κοπριάς αγροκτημάτων (FYM), αν και περιέχει ανόργανο Ν, το μεγαλύτερο μέρος του διαθέσιμου για τα φυτά Ν υπάρχει σε οργανική μορφή και πρέπει να ανοργανοποιηθεί για να είναι διαθέσιμο για πρόσληψη από τα φυτά (Sistani et al., 2008; Ling-ling και Shu-tian, 2014). Παρόμοιες μελέτες έχουν επίσης αναφερθεί από άλλους ερευνητές (Singh and Kumar, 1996). Singh et al. (2003) παρατήρησε πολύ υψηλότερο δυναμικό ανοργανοποίησης Ν στην πράσινη κοπριά (Sesbania aculeata) από το άχυρο σίτου. Στην περίπτωση της κοπριάς αγροκτημάτων (FYM), αν και περιέχει ανόργανο Ν, το μεγαλύτερο μέρος του διαθέσιμου για τα φυτά Ν υπάρχει σε οργανική μορφή και πρέπει να ανοργανοποιηθεί για να είναι διαθέσιμο για πρόσληψη από τα φυτά (Sistani et al., 2008; Ling-ling και Shu-tian, 2014). Παρόμοιες μελέτες έχουν επίσης αναφερθεί από άλλους ερευνητές (Singh and Kumar, 1996). Singh et al. (2003) παρατήρησε πολύ υψηλότερο δυναμικό ανοργανοποίησης Ν στην πράσινη κοπριά (Sesbania aculeata) από το άχυρο σίτου. Στην περίπτωση της κοπριάς αγροκτημάτων (FYM), αν και περιέχει ανόργανο Ν, το μεγαλύτερο μέρος του διαθέσιμου για τα φυτά Ν υπάρχει σε οργανική μορφή και πρέπει να ανοργανοποιηθεί για να είναι διαθέσιμο για πρόσληψη από τα φυτά (Sistani et al., 2008; Ling-ling και Shu-tian, 2014).
Η ανοργανοποίηση του αζώτου από την προστιθέμενη οργανική ύλη επηρεάζεται επίσης από αβιοτικούς παράγοντες, όπως η θερμοκρασία του εδάφους, το pH και η περιεκτικότητα σε υγρασία του εδάφους. Οι συνθήκες κατά την περίοδο καλλιέργειας σιταριού είναι γενικά αερόβιες. Η ανοργανοποίηση του αζώτου στα αεριζόμενα εδάφη είναι αισθητά διαφορετική από τα βυθισμένα εδάφη. Σε πλημμυρισμένες και αναερόβιες συνθήκες, μια υψηλότερη συγκέντρωση ολικού οργανικού αζώτου οδηγεί σε υψηλότερη ανοργανοποίηση Ν (Bronson et al., 2001; Bhardwaj et al., 2020). Ωστόσο, υπό αερόβιες συνθήκες, οι διακυμάνσεις του νερού του εδάφους, όπως στην περίοδο καλλιέργειας σιταριού, συνήθως έχουν ως αποτέλεσμα μεγαλύτερη παραγωγή NO3 – N (Nunan et al., 2000). Μετατροπή NH4 -N σε NO3 –-Ν γίνεται παρουσία Ο2 που υπάρχει στο έδαφος. Έχει παρατηρηθεί μια υστέρηση μεταξύ της ακαθάριστης απελευθέρωσης Ν και της καθαρής ανοργανοποίησης του Ν υπό αερόβιες συνθήκες, ανάλογα με την αναλογία C/N των οργανικών υλικών (Gale και Gilmour, 1988). Η υγρασία του εδάφους είναι μια σημαντική παράμετρος που επηρεάζει την ανοργανοποίηση του Ν υπό αερόβιες συνθήκες εδάφους (Kladivko and Keeney, 1987· Wang et al., 2006). Η περιεκτικότητα σε υγρασία του εδάφους επηρεάζει τη μικροβιακή δραστηριότητα η οποία με τη σειρά της καθορίζει τον ρυθμό ανοργανοποίησης (Εικόνα 1). Επιπλέον, η αποτελεσματικότητα των μικροοργανισμών συσχετίζεται επίσης με την αναλογία C/N των υπολειμμάτων των καλλιεργειών (Nicolardot et al., 2001). Επομένως, η επίδραση της εδαφικής υγρασίας στην ανοργανοποίηση του Ν πρέπει να λαμβάνεται υπόψη για την καλύτερη κατανόηση αυτών των μηχανισμών στο αερόβιο έδαφος.
Σχήμα 1. Γενικά σενάρια διαθεσιμότητας αζώτου (Ν) υπό οργανική, ανόργανη και ολοκληρωμένη λίπανση κατά την περίοδο καλλιέργειας του σίτου (Triticum aestivum).
Οι μελέτες για τη δυναμική του αζώτου είναι σημαντικές για τη μείωση της εισροής λιπάσματος, την ελαχιστοποίηση των απωλειών Ν στο περιβάλλον και την ενίσχυση της διαχείρισης υπολειμμάτων στα γεωργικά συστήματα χαμηλών εισροών για υψηλή παραγωγή καλλιεργειών (Bruun et al., 2006; Jahan and Amiri, 2018). . Η ανοργανοποίηση του ακαθάριστου Ν υπήρξε επίκεντρο ενδιαφέροντος για αρκετό καιρό στο παρελθόν (Ledgard et al., 1998· Watson and Mills, 1998). Τα ακαθάριστα ποσοστά δείχνουν ολική ανοργανοποίηση Ν και το ταυτόχρονα ακινητοποιημένο Ν από μικρόβια του εδάφους. Επομένως, υποδηλώνει επίσης καλή μικροβιακή δραστηριότητα στο έδαφος. Η καθαρή ανοργανοποίηση N δείχνει το πραγματικό N που είναι διαθέσιμο για τα φυτά για πρόσληψη. Ήταν δύσκολο να μετρηθεί η καθαρή ανοργανοποίηση σε πραγματικές συνθήκες πεδίου λόγω έλλειψης αποτελεσματικών εργαλείων, μέχρι πρόσφατα όταν άρχισαν να χρησιμοποιούνται τεχνικές ιοντοανταλλακτικής ρητίνης (Qian and Schoenau, 2005· McSwiney et al., 2010). Οι περισσότερες μελέτες ανοργανοποίησης έχουν περιοριστεί σε εργαστηριακά πειράματα με μικρό όγκο εδάφους και διαταραγμένες μηχανικές και υδραυλικές ιδιότητες, οι οποίες μπορεί να μην αντιπροσωπεύουν πραγματικές συνθήκες πεδίου. Το σιτάρι είναι βασική τροφή για ολόκληρο σχεδόν τον κόσμο. Σπάνια έχουν αναφερθεί μελέτες ανοργανοποίησης καθαρού Ν κατά την ανάπτυξη του σίτου, ειδικά σε ημερήσια χρονική κλίμακα. Στην παρούσα μελέτη, στοχεύσαμε να μελετήσουμε την καθαρή ανοργανοποίηση και τη διαθεσιμότητα Ν στο έδαφος σε διαφορετικά στάδια κάτω από έξι κύρια ολοκληρωμένα συστήματα διαχείρισης θρεπτικών συστατικών που ακολουθήθηκαν για συστήματα ρυζιού-σιταριού στην περιοχή Ινδο-Γάγγης. Εδώ αναφέρουμε την καθαρή δυναμική ανοργανοποίησης Ν για την καλλιέργεια σιταριού που καλλιεργείται υπό αερόβιες συνθήκες μετά από μεταφυτευμένη καλλιέργεια ρυζιού υπό αναερόβιες συνθήκες. και διαταραγμένες μηχανικές και υδραυλικές ιδιότητες, οι οποίες μπορεί να μην αντιπροσωπεύουν πραγματικές συνθήκες πεδίου. Το σιτάρι είναι βασική τροφή για ολόκληρο σχεδόν τον κόσμο. Σπάνια έχουν αναφερθεί μελέτες ανοργανοποίησης καθαρού Ν κατά την ανάπτυξη του σίτου, ειδικά σε ημερήσια χρονική κλίμακα. Στην παρούσα μελέτη, στοχεύσαμε να μελετήσουμε την καθαρή ανοργανοποίηση και τη διαθεσιμότητα Ν στο έδαφος σε διαφορετικά στάδια κάτω από έξι κύρια ολοκληρωμένα συστήματα διαχείρισης θρεπτικών συστατικών που ακολουθήθηκαν για συστήματα ρυζιού-σιταριού στην περιοχή Ινδο-Γάγγης. Εδώ αναφέρουμε την καθαρή δυναμική ανοργανοποίησης Ν για την καλλιέργεια σιταριού που καλλιεργείται υπό αερόβιες συνθήκες μετά από μεταφυτευμένη καλλιέργεια ρυζιού υπό αναερόβιες συνθήκες. και διαταραγμένες μηχανικές και υδραυλικές ιδιότητες, οι οποίες μπορεί να μην αντιπροσωπεύουν πραγματικές συνθήκες πεδίου. Το σιτάρι είναι βασική τροφή για ολόκληρο σχεδόν τον κόσμο. Σπάνια έχουν αναφερθεί μελέτες ανοργανοποίησης καθαρού Ν κατά την ανάπτυξη του σίτου, ειδικά σε ημερήσια χρονική κλίμακα. Στην παρούσα μελέτη, στοχεύσαμε να μελετήσουμε την καθαρή ανοργανοποίηση και τη διαθεσιμότητα Ν στο έδαφος σε διαφορετικά στάδια κάτω από έξι κύρια ολοκληρωμένα συστήματα διαχείρισης θρεπτικών συστατικών που ακολουθήθηκαν για συστήματα ρυζιού-σιταριού στην περιοχή Ινδο-Γάγγης. Εδώ αναφέρουμε την καθαρή δυναμική ανοργανοποίησης Ν για την καλλιέργεια σιταριού που καλλιεργείται υπό αερόβιες συνθήκες μετά από μεταφυτευμένη καλλιέργεια ρυζιού υπό αναερόβιες συνθήκες. έχουν αναφερθεί σπάνια. Στην παρούσα μελέτη, στοχεύσαμε να μελετήσουμε την καθαρή ανοργανοποίηση και τη διαθεσιμότητα Ν στο έδαφος σε διαφορετικά στάδια κάτω από έξι κύρια ολοκληρωμένα συστήματα διαχείρισης θρεπτικών συστατικών που ακολουθήθηκαν για συστήματα ρυζιού-σιταριού στην περιοχή Ινδο-Γάγγης. Εδώ αναφέρουμε την καθαρή δυναμική ανοργανοποίησης Ν για την καλλιέργεια σιταριού που καλλιεργείται υπό αερόβιες συνθήκες μετά από μεταφυτευμένη καλλιέργεια ρυζιού υπό αναερόβιες συνθήκες. έχουν αναφερθεί σπάνια. Στην παρούσα μελέτη, στοχεύσαμε να μελετήσουμε την καθαρή ανοργανοποίηση και τη διαθεσιμότητα Ν στο έδαφος σε διαφορετικά στάδια κάτω από έξι κύρια ολοκληρωμένα συστήματα διαχείρισης θρεπτικών συστατικών που ακολουθήθηκαν για συστήματα ρυζιού-σιταριού στην περιοχή Ινδο-Γάγγης. Εδώ αναφέρουμε την καθαρή δυναμική ανοργανοποίησης Ν για την καλλιέργεια σιταριού που καλλιεργείται υπό αερόβιες συνθήκες μετά από μεταφυτευμένη καλλιέργεια ρυζιού υπό αναερόβιες συνθήκες.
Υλικά και μέθοδοι
Περιγραφή τοποθεσίας
Η μελέτη διεξήχθη σε ένα 10ετές πείραμα που ξεκίνησε το 2005 σε έδαφος με υφή αμμώδους αργιλώδους στο ICAR-Central Soil Salinity Research Institute (CSSRI), Karnal, Ινδία, που βρίσκεται στις 29,43° Β και 76,58° Α. Αυτό το έδαφος ήταν ένα Ο χρόνος ανακτήθηκε από την αλκαλικότητα/πατότητα χρησιμοποιώντας γύψο (CaSO4.2H2O), 10 χρόνια πριν από την έναρξη του πειράματος (το 1994) και τέθηκε σε σύστημα καλλιέργειας ρυζιού-σιταριού αμέσως μετά. Εκείνη την εποχή, αμέσως μετά την αποκατάσταση, το έδαφος (0–15 cm) κατέγραψε pH 8,7, ικανότητα ανταλλαγής κατιόντων = 9,5 και οργανικό άνθρακα = 3,2 g kg –1 (Yaduvanshi et al., 2013). Η πειραματική περιοχή βρίσκεται σε μια ημίξηρο υποτροπικό κλίμα με πολύ ζεστά καλοκαίρια και δροσερούς χειμώνες. Η μέση ετήσια βροχόπτωση είναι 750 mm.
Δειγματοληψία και Ανάλυση Εδάφους
Δείγματα εδάφους συλλέχθηκαν για βάθος 0–15 cm κατά τη διάρκεια του 2015 και του 2016 μετά τη συγκομιδή του σιταριού στα μέσα Απριλίου. Για καθένα από τα τέσσερα αντίγραφα, λήφθηκαν δύο δείγματα σε τυχαία σημεία μέσα σε ένα οικόπεδο και στη συνέχεια αναμίχθηκαν. Τα σύνθετα δείγματα (4 δείγματα για κάθε επεξεργασία) ξηράνθηκαν στον αέρα, αλέστηκαν σε τηγάνι μέσω κόσκινου 2,0 mm και χρησιμοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό των ιδιοτήτων του εδάφους όπως παρουσιάζονται στον Πίνακα 1. Για τη χύδην πυκνότητα, τα δείγματα ελήφθησαν, τη στιγμή της συγκομιδής του σίτου, με βοήθεια δειγμάτων κυλινδρικού πυρήνα (5 cm ύψος × 5 cm διάμετρος). Η χύδην πυκνότητα προσδιορίστηκε σύμφωνα με τη μεθοδολογία των Blake και Hartge (1986). Το συνολικό άζωτο προσδιορίστηκε χρησιμοποιώντας τη συσκευή απόσταξης Kjeldahl (Pelican Equipments, Chennai, Ινδία) χρησιμοποιώντας μεθοδολογία που δίνεται από τους Tomov et al. (2009). Ο φώσφορος προσδιορίστηκε χρωματομετρικά, και το κάλιο προσδιορίστηκε φωτομετρικά (Tomov et al., 2009). Ο οργανικός άνθρακας του εδάφους προσδιορίστηκε το 2015 μόνο μετά την εποχή του ρυζιού χρησιμοποιώντας την τροποποιημένη μεθοδολογία ταχείας τιτλοδότησης Walkley and Black, όπως περιγράφεται από τους Bhardwaj et al. (2019a). Η ηλεκτρική αγωγιμότητα (EC) και το pH του εδάφους προσδιορίστηκαν χρησιμοποιώντας αιώρημα 1:2 (Έδαφος: Νερό) με ψηφιακό πολύμετρο (Eutech Instruments, λειτουργία Singapore PC510) το οποίο είναι σε θέση να προσδιορίζει pH και EC ταυτόχρονα, σε πλήρες εύρος.
Πίνακας 1. Φυσικές και χημικές ιδιότητες των εδαφών υπό διαφορετικές επεξεργασίες μετά από 10 χρόνια διαχείρισης (2015).
Πειραματική διάταξη και θεραπείες
Οι επεξεργασίες περιελάμβαναν συνδυασμούς διαφορετικών οργανικών τροποποιήσεων και ανόργανων λιπασμάτων για την εξασφάλιση των απαιτήσεων σε θρεπτικά συστατικά της αλληλουχίας καλλιέργειας ρυζιού-σιταριού (Πίνακας 2). Με τις επεξεργασίες που επιβλήθηκαν για 10 χρόνια, οι παρούσες έρευνες για τη διαθεσιμότητα Ν σε εδαφικό διάλυμα με χρήση λωρίδων ιοντοανταλλακτικής ρητίνης (IER) πραγματοποιήθηκαν το 2014–15 και 2015–16 σε πλήρεις περιόδους καλλιέργειας σίτου (η πλήρης διαδικασία καλύπτεται σε επόμενα τμήματα ). Οι περιεκτικότητες σε άζωτο διαφορετικών οργανικών τροποποιήσεων που χρησιμοποιούνται υπό διαφορετική διαχείριση παρέχονται στον Πίνακα 3. Υπήρξαν τέσσερις επαναλήψεις αγωγών που παρουσιάστηκαν σε ένα τυχαιοποιημένο σχέδιο πλήρους μπλοκ (RCBD). Το ετήσιο σύστημα καλλιέργειας που ακολουθήθηκε αποτελούνταν από ρύζι (Oryza sativa L.) το καλοκαίρι και ακολουθούμενο από σιτάρι (Triticum aestivum) τη χειμερινή περίοδο. Οι οργανικές τροποποιήσεις προστέθηκαν πριν από τη μεταφύτευση ρυζιού και, ως εκ τούτου, αντιπροσώπευαν υπολειμματικά μεταφερόμενα αποτελέσματα στην καλλιέργεια σιταριού. Η σπορά του σιταριού έγινε τη δεύτερη εβδομάδα του Νοεμβρίου και συγκομίστηκε στα τέλη Μαρτίου. Το πρόγραμμα διαχείρισης και οι λεπτομέρειες θεραπείας έχουν ως εξής:
Πίνακας 2. Εφαρμογή θρεπτικών λιπασμάτων και οργανικές εισροές σε διαφορετικά συστήματα διαχείρισης θρεπτικών ουσιών.
Πίνακας 3. Συνολικές εισροές ξηρής ουσίας και ολικού αζώτου (Ν) μέσω οργανικών πηγών που χρησιμοποιούνται υπό διαφορετική διαχείριση κατά την προηγούμενη περίοδο του ρυζιού.
1. ΣΤ: Το σιτάρι (Νοέμβριος–Απρίλιος) καλλιεργήθηκε με 100% ανόργανο λίπασμα (N, P, K και Zn) μετά το ρύζι (Ιούλιος–Οκτώβριος) με 100% εισροές ανόργανων λιπασμάτων μόνο. Η εφαρμογή του λιπάσματος έγινε σε τρεις διαιρέσεις σε χρόνο = 0, 21 και 42 ημέρες μετά τη σπορά. Δεν δόθηκαν οργανικές εισροές.
2. LE: Η καλλιέργεια οσπρίων, Vigna radiata, καλλιεργήθηκε την καλοκαιρινή άπαχη περίοδο (Απρίλιος-Ιούλιος) μεταξύ σιταριού και ρυζιού ως «καλλιέργεια ευκαιρίας». Οι σπόροι Vigna σπάρθηκαν την πρώτη εβδομάδα του Απριλίου, αμέσως μετά τη συγκομιδή του σιταριού. Την πρώτη εβδομάδα του Ιουλίου (μετά από ~ 90 ημέρες σποράς) συγκομίστηκαν οι λοβοί και η εναπομείνασα φυτική βιομάζα ενσωματώθηκε στο έδαφος χρησιμοποιώντας ένα ηλεκτρικό φρέζα λίγο πριν από τη μεταφύτευση ρυζιού τον Ιούλιο. Το σιτάρι σπάρθηκε τον Νοέμβριο με μειωμένες (55% N, P και K) εισροές ανόργανων λιπασμάτων.
3. ΓΤ: Μια καλλιέργεια πράσινης κοπριάς, η Sesbania aculeata, καλλιεργήθηκε την περίοδο άπαχου (Μάιος–Ιούλιος) μεταξύ σιταριού και ρυζιού. Η σπορά της χλωρής κοπριάς γινόταν στις 20 Μαΐου ή γύρω στις 20 Μαΐου κάθε χρόνο μετά τη συγκομιδή του σιταριού. Μετά από 35–40 ημέρες σποράς, η καλλιέργεια πράσινης κοπριάς ενσωματώθηκε στο έδαφος χρησιμοποιώντας ένα μηχανικό φρέζα, λίγο πριν από τη μεταφύτευση ρυζιού τον Ιούλιο. Το σιτάρι σπάρθηκε τον Νοέμβριο με μειωμένες (55% N, P, K) εισροές ανόργανων λιπασμάτων.
4. FYM: Η κοπριά αγροκτημάτων (FYM) σε ποσοστό 10 t ha –1 ενσωματώθηκε στο έδαφος λίγο πριν από τη λακκούβες στο έδαφος και τη μεταφύτευση ρυζιού τον Ιούλιο. Το σιτάρι σπάρθηκε τον Νοέμβριο με μειωμένες (55% N, P, K) εισροές ανόργανων λιπασμάτων.
5. WS: 30 εκατοστά στάσιμα καλαμάκια (~1/3 του συνολικού άχυρου) σίτου διατηρήθηκαν τη στιγμή της συγκομιδής του σιταριού. Οργώθηκε στεγνά στο χώμα πριν από τη λακκούβες του εδάφους και τη μεταφύτευση του ρυζιού τον Ιούλιο. Το ρύζι μεταφυτεύτηκε τον Ιούλιο και το σιτάρι σπάρθηκε τον Νοέμβριο και τα δύο με μειωμένες (55% N, P και K) εισροές ανόργανων λιπασμάτων.
6. RS: 30 εκ. στάσιμα καλαμάκια (~1/3 του συνολικού άχυρου) ρυζιού διατηρήθηκαν τη στιγμή της συγκομιδής του ρυζιού. Ήταν ξερό οργωμένο στο χώμα την ώρα της σποράς του σιταριού. Το σιτάρι σπάρθηκε τον Νοέμβριο με μειωμένες (55%) εισροές λιπασμάτων. Το ρύζι μεταφυτεύτηκε την επόμενη περίοδο (Ιούλιος-Οκτώβριος) με μειωμένες (55% N, P, K) μόνο εισροές ανόργανων λιπασμάτων.
7. O (απόλυτος έλεγχος): Δεν χρησιμοποιήθηκαν λιπάσματα (ανόργανα και οργανικά).
Ο απόλυτος έλεγχος, χωρίς εφαρμογή θρεπτικών λιπασμάτων, δεν λήφθηκε υπόψη για μελέτες ανοργανοποίησης, εκτός από τον υπολογισμό της απόδοσης χρήσης αζώτου, με την προϋπόθεση ότι η εφαρμογή χωρίς λίπασμα (εξόρυξη εδάφους) είναι μια μη βιώσιμη επιλογή. Η εφαρμογή ανόργανου λιπάσματος Ν έγινε σε τρεις ισομερείς δόσεις για όλη τη διαχείριση χρησιμοποιώντας κόκκους ουρίας και DAP (φωσφορικό δια-αμμώνιο). Η πρώτη δόση 1/3 ήταν αμέσως πριν από τη σπορά του σιταριού (DAP και ουρία), η δεύτερη δόση 1/3 ήταν 21 ημέρες μετά τη σπορά (DAS) χρησιμοποιώντας ουρία και η τρίτη δόση 1/3 ήταν στα 42 DAS χρησιμοποιώντας ουρία. Εφαρμόστηκαν αρδεύσεις @ 10 cm μεμονωμένα σε μηνιαία διαστήματα που αποτελούσαν περίπου 3-4 αρδεύσεις κατά τη διάρκεια της πλήρους καλλιεργητικής περιόδου από την πρώτη εβδομάδα του Νοεμβρίου έως τα μέσα Απριλίου. Κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης εφαρμόστηκαν 3 αρδεύσεις ανά εποχή σε 30, 60,
Διαθεσιμότητα αζώτου σε διάλυμα εδάφους
Η διαθεσιμότητα αζώτου στα εδάφη προσδιορίστηκε καθ’ όλη τη διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου χρησιμοποιώντας τις μεμβράνες ιοντοανταλλακτικής ρητίνης (IER). Λωρίδες μεμβράνης (κατιόν και ανιόν χωριστά) διαστάσεων 2,5 cm επί 10 cm κόπηκαν από μεγάλα εμπορικά διαθέσιμα φύλλα (General Electricals, Watertown, ΜΑ, Ηνωμένες Πολιτείες). Οι λωρίδες φορτώθηκαν με εμβάπτιση και ανακίνηση σε 0,5 mol/L HCl για 1,2 ώρες και στη συνέχεια σε 0,5 mol/L NaHC03 για 5 ώρες. Τέλος, ξεπλύθηκαν με απιονισμένο νερό. Οι λωρίδες ρητίνης τοποθετήθηκαν σε κάθετες σχισμές που έγιναν στα επεξεργασμένα εδάφη και κάθε σχισμή έκλεισε καλά έτσι ώστε οι λωρίδες να έρθουν σε επαφή με το χώμα. Και οι δύο λωρίδες κατιόντων και ανιόντων τοποθετήθηκαν σε απόσταση 5 cm μεταξύ τους, διατηρήθηκαν στο έδαφος για διάστημα 15 ημερών και αντικαταστάθηκαν με νέες αμέσως μετά την αφαίρεση του προηγούμενου σετ λωρίδων. Αυτή η διαδικασία συνεχίστηκε για όλη τη καλλιεργητική περίοδο. Μετά την απομάκρυνση από το χώμα, οι λωρίδες ξεπλύθηκαν με απιονισμένο νερό για να αφαιρεθεί τυχόν ρύπος που είχε προσκολληθεί. Για μια θεραπεία, τόσο οι λωρίδες κατιόντων όσο και ανιόντων αποθηκεύτηκαν και μεταφέρθηκαν μαζί σε ένα φιαλίδιο για την εκχύλιση NH4 και NO3 – στο εργαστήριο. Για εκχύλιση, προστέθηκαν 70 ml 2 mol -1 KCl στα φιαλίδια με λωρίδες, ανακινήθηκαν για 1 ώρα και μεταγγίστηκαν σε φιαλίδιο σπινθηρισμού. Τα εκχυλίσματα αναλύθηκαν χρησιμοποιώντας Kjeltec 2200 (Foss, Hillerod, Δανία) για NH4 -N και NO3 – -N.
Αποδοτικότητα Χρήσης Αζώτου
Η απόδοση χρήσης αζώτου (NUE) υπολογίστηκε ως:
NUE=(Y-Y0)F
όπου Y είναι η απόδοση στα τεμάχια επεξεργασίας, Y0 είναι η απόδοση στον μάρτυρα (χωρίς εφαρμογή λιπάσματος) και F είναι η ποσότητα αζώτου που εφαρμόζεται, όλα σε kg ha –1 . Η αποδοτικότητα χρήσης αζώτου υπολογίστηκε με βάση το Ν που χρησιμοποιείται ως ανόργανα λιπάσματα σε κάθε διαχείριση, καθώς και με βάση το συνολικό Ν που εφαρμόζεται μέσω των ανόργανων λιπασμάτων συν τις οργανικές εισροές.
Τροποποίηση Δειγματοληψία και Αναλύσεις
Ελήφθησαν δείγματα βιομάζας για όλες τις τροποποιήσεις και αναλύθηκαν για το συνολικό Ν. Δείγματα για καλλιέργεια ψυχανθών (Vigna radiata) και καλλιέργεια πράσινης κοπριάς (Sesbania aculeata) ελήφθησαν τον Ιούνιο, τη στιγμή της συγκομιδής και της ενσωμάτωσης στο έδαφος. Δείγματα FYM ελήφθησαν τη στιγμή της εφαρμογής τους στο επεξεργασμένο έδαφος. Δειγματοληψία καλαμιών ρυζιού έγινε κατά τη συγκομιδή ρυζιού (τέλη Οκτωβρίου) και δειγματοληψία καλαμιών σιταριού κατά τη συγκομιδή σιταριού (μέσα Απριλίου), χρησιμοποιώντας 1 m 2 τετράγωνο. Ο Πίνακας 3 παρέχει τις πληροφορίες σχετικά με τις συγκεντρώσεις C και N των οργανικών εισροών σε κάθε τύπο διαχείρισης. Τα δείγματα οργανικών υλικών λήφθηκαν κατά το 2015 και το 2016 για όλες τις αναλύσεις.
Στατιστική ανάλυση
Όλα τα δεδομένα συμπεριλαμβανομένων των παραμέτρων ανάπτυξης αναλύθηκαν στατιστικά χρησιμοποιώντας SAS. Για δεδομένα διαθεσιμότητας Ν στα διαφορετικά στάδια ανάπτυξης, ο διαχωρισμός των μέσων υποβλήθηκε στη δοκιμή ειλικρινά σημαντικής διαφοράς του Tukey χρησιμοποιώντας JMP 9.0 (SAS Institute Inc., Cary, NC, Ηνωμένες Πολιτείες). Η γραφική παράσταση έγινε χρησιμοποιώντας το λογισμικό Origin v.8.5 (Originlab Corporation, Northampton, Ηνωμένες Πολιτείες). Πραγματοποιήθηκε ανάλυση συσχέτισης για τον προσδιορισμό των σχέσεων μεταξύ των μετρούμενων παραμέτρων. Όλες οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν σε επίπεδο σημαντικότητας 0,05.
Αποτελέσματα
Το προσροφημένο άζωτο (Ν) με λωρίδα ιοντοανταλλακτικής ρητίνης (IER) αντιπροσώπευε ποσότητες διαθέσιμες στα φυτά και έδειξε σημαντικές διαφορές σε διαφορετικά στάδια ανάπτυξης της καλλιέργειας σίτου με διαφορετικές στρατηγικές διαχείρισης (Εικόνα 2). Κατά τη διάρκεια της πλήρους σεζόν, η συνολική διαθεσιμότητα N ήταν μέγιστη σε GM (962 μg cm –2 ) ακολουθούμενη από F (878 μg cm –2 ), LE (872 μg cm –2 ) και FYM (865 μg cm –2 ) ενώ σε RS και WS η διαθεσιμότητα του ολικού-Ν ήταν 29 και 33% χαμηλότερη, αντίστοιχα, σε σύγκριση με το GM. Συνολικά, το NO3 – N ήταν η κυρίαρχη μορφή διαθέσιμου αζώτου από το NH4 -N. Το διαθέσιμο NO3 – -N ήταν περίπου τετραπλάσιο από αυτό του NH4 -Ν στη διαχείριση F, LE, GM και περίπου τριπλάσιο από αυτό στις διοικήσεις FYM, WS και RS, για ολόκληρη τη σεζόν. Το NH4 -N ήταν διαθέσιμο σε πολύ χαμηλότερες ποσότητες και δεν υπήρχαν σημαντικές διαφορές στη διαθεσιμότητά του μεταξύ διαφορετικών διαχειριστών, σε οποιοδήποτε στάδιο ανάπτυξης, εκτός από την έναρξη των βλαστών όπου ήταν το μέγιστο σε GM. Από την άλλη πλευρά, η διαθεσιμότητα NO3 – N κατά τη διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου ήταν εξαιρετικά μεταβλητή, με σημαντικές διαφορές μεταξύ των διαχειριστών. Αρχικά, έως 30 DAS, NO3 –-Η διαθεσιμότητα Ν, κατά μέσο όρο, σε διαχειρίσεις με ενσωματωμένα οργανικά και μειωμένα ποσοστά (55%) λιπασμάτων βρέθηκε συγκρίσιμη με το F (100% ανόργανο λίπασμα) (Εικόνα 2). Από 30 σε 75 DAS, η συνολική διαθεσιμότητα N διπλασιάστηκε σε σύγκριση με 15–30 DAS και στη συνέχεια μειώθηκε σταδιακά επταπλασιάστηκε κατά τη διάρκεια των επόμενων σταδίων (75–150 DAS). Μεταξύ της διαχείρισης, τα όσπρια (LE, GM) ξεπέρασαν άλλες επεξεργασίες, ειδικά F και WS, όσον αφορά τη διαθεσιμότητα NO3 – N σε εδαφικό διάλυμα σε 15–30 DAS. Η διαθεσιμότητα από το LE κορυφώθηκε (11,12 ± 0,56) κατά την πρώιμη υλοτόμηση (30–45 DAS) και ως εκ τούτου μετά μειώθηκε. Στην περίπτωση του GM, η διαθεσιμότητα (αντίστροφα απελευθέρωση από οργανική ύλη) κορυφώθηκε (11,81 ± 0,64) στο 45–60 DAS, που συμπίπτει με το όψιμο στάδιο της καλλιέργειας. Επίσης, στο στάδιο της κοπής, η GM είχε σημαντικά μεγαλύτερη διαθεσιμότητα ΝΟ3– -Ν από οποιαδήποτε άλλη θεραπεία και ήταν 40 και 25% περισσότερο από τις θεραπείες RS και F. Η διαχείριση με βάση τα υπολείμματα καλλιεργειών δημητριακών (WS, RS) σε σύγκριση με τα όσπρια και την κοπριά αγροκτημάτων είχε σημαντικά χαμηλότερη διαθεσιμότητα Ν σε όλα τα στάδια εκτός από τις πρώτες 30 ημέρες (όπου προστίθεται επίσης βασικό και πρώτο λίπασμα και ωρίμανση). Από το 135 έως το 150 DAS, περίοδος που συμπίπτει με την ωριμότητα της καλλιέργειας και τις συνθήκες πολύ ξηρού εδάφους, δεν παρατηρήθηκαν σημαντικές διαφορές μεταξύ όλων των διαχειριστών όσον αφορά τη διαθεσιμότητα Ν. Η συνολική διαθεσιμότητα Ν μειώθηκε κάτω από 4 μg cm –2ημέρα σε όλες τις θεραπείες πέρα από το στάδιο της κεφαλής (90 DAS). Η επεξεργασία με 100% ανόργανο λίπασμα ωφέλησε επίσης σημαντικά συγκρίσιμο ολικό Ν στα στάδια όπου δόθηκε άρδευση. Δόθηκαν άρδευση σε 31, 64 και 95 DAS κατά την περίοδο 2014–15 και σε 33, 60 και 91 DAS κατά την περίοδο 2015–16, που συμπίπτουν με την πρώιμη άρδευση, την επιμήκυνση του στελέχους και το στάδιο της κεφαλής. Για καλλιέργειες ξηρής περιόδου όπως το σιτάρι, οι βροχοπτώσεις/γεγονότα άρδευσης υποκινούν την απελευθέρωση και τη διάλυση των θρεπτικών συστατικών, ιδιαίτερα του αζώτου (Εικόνα 1). Η ένταση της απελευθέρωσης ελέγχεται από τα χαρακτηριστικά του λιπάσματος. Η γρήγορη απελευθέρωση και διάλυση του θρεπτικού συστατικού παρέχεται από το ανόργανο λίπασμα για πρόσληψη από τα φυτά καθώς και απώλεια με έκπλυση. Από την άλλη πλευρά, η απελευθέρωση της οργανικής τροποποίησης είναι αργή (αποσύνθεση υποβοηθούμενη από το νερό), ωστόσο η απελευθέρωση είναι σταθερή για μεγάλο χρονικό διάστημα και το άζωτο έχει λιγότερες πιθανότητες απώλειας (Εικόνα 2). Οι ημερήσιες τάσεις διαθεσιμότητας του συνολικού N μεταξύ της διοίκησης αποκάλυψαν ότι τα οργανικά με υψηλή διαθεσιμότητα N και χαμηλή αναλογία C: N (lt;50) (όσπρια, κοπριά αγροκτημάτων και λίπασμα μόνο) έχουν καλύτερη ανοργανοποίηση και διαθεσιμότητα N από εκείνα με υψηλή C:N αναλογία (με βάση τα υπολείμματα καλλιέργειας δημητριακών) (Εικόνα 3). Οι τάσεις δείχνουν ότι η μείωση του οργανικού λιπάσματος Ν μπορεί να μην επαρκεί για την ανάπτυξη των καλλιεργειών σίτου υπό ολοκληρωμένη διαχείριση με υπολείμματα καλλιέργειας δημητριακών (ρύζι, σιτάρι). Το διαθέσιμο από τα φυτά Ν στο εδαφικό διάλυμα σχετιζόταν καλύτερα με τις συνδυασμένες επιδράσεις του ανόργανου Ν που εφαρμόστηκε την εποχή του σίτου συν το οργανικό Ν που προστέθηκε μέσω των οργανικών τροποποιήσεων που προστέθηκαν την προηγούμενη περίοδο του ρυζιού (Εικόνα 4). Η μέση ημερήσια βροχόπτωση άρδευση κατά τη διάρκεια μιας περιόδου δειγματοληψίας (περίοδος παραμονής λωρίδων IER στο έδαφος) σχετίζονταν με τη διαθεσιμότητα του φυτού Ν. Η διαθεσιμότητα ολικού-Ν στο εδαφικό διάλυμα συσχετίστηκε σημαντικά με τις ημερήσιες βροχοπτώσεις άρδευση στην περίπτωση των 100% ανόργανων λιπασμάτων (Εικόνα 5). Με αυξημένη ημερήσια εφαρμογή νερού (βροχόπτωση άρδευση), το F (και το FYM σε μικρότερο βαθμό) παρουσίασαν αύξηση της απελευθέρωσης Ν στο εδαφικό διάλυμα έως και 3 mm καθημερινή εφαρμογή νερού και στη συνέχεια μειώθηκε με αύξηση των επιπέδων εφαρμογής νερού. Ωστόσο, στην περίπτωση των GM, LE, WS και RS δεν βρέθηκαν σημαντικές σχέσεις. Η σχέση παρείχε έμμεσα στοιχεία σχετικά με τη βελτιστοποίηση της εφαρμογής του νερού για τη βελτίωση της αποδοτικότητας χρήσης λιπασμάτων σε καλλιέργειες ξηρών περιοχών όπως το σιτάρι. Η σχέση του συνολικού διαθέσιμου Ν κατά τη διάρκεια της πλήρους καλλιεργητικής περιόδου σίτου με την απόδοση σε κόκκους και άχυρο έδειξε σημαντική σχέση μεταξύ του διαθέσιμου Ν και της απόδοσης σε κόκκους (P = 0,01) καθώς και του διαθέσιμου Ν και της απόδοσης σε άχυρο (P = 0,008, Εικόνα 6). Όσον αφορά την αποδοτικότητα χρήσης αζώτου (NUE), η ενσωμάτωση υπολειμμάτων καλλιέργειας δημητριακών (WS, RS) είχε τη μέγιστη απόδοση ακολουθούμενη από ενσωμάτωση βιομάζας ψυχανθών (GM, LE) και FYM, και η μικρότερη απόδοση επιτεύχθηκε στην εφαρμογή 100% ανόργανου λιπάσματος (ΣΤ) (Εικόνα 7). Όταν λήφθηκε υπόψη μόνο το ανόργανο λίπασμα Ν, όλη η ολοκληρωμένη διαχείριση βελτίωσε την αποτελεσματικότητα, εξίσου, σε σύγκριση με το F. Με βάση το συνολικό Ν που εφαρμόστηκε, το NUE μειώθηκε με τη σειρά:
Σχήμα 2. Σενάρια διαθεσιμότητας πλήρους σεζόν και ημερήσιας NO3 – -N, NH4 -N και ολικού N με ημέρες μετά τη σπορά (DAS) για την καλλιέργεια σίτου (Triticum aestivum) (σταδιακά με μέσο όρο για την περίοδο 2014–15 και 2015–16) . Για την αντίστοιχη παράμετρο, οι θεραπείες με τα ίδια ψηφία δεν διαφέρουν σημαντικά σε p ≤ 0,05, χρησιμοποιώντας το HSD του Tukey. IER, λωρίδες ρητίνης ανταλλαγής ιόντων. Τα μικρά γράμματα αντιπροσωπεύουν διαφορές για το NO3 – -N, τα μικρά πλάγια γράμματα αντιπροσωπεύουν διαφορές για το NH4 -N και τα κεφαλαία γράμματα αντιπροσωπεύουν διαφορές για το συνολικό N που είναι διαθέσιμο στις εγκαταστάσεις. Οι γραμμές σφάλματος υποδηλώνουν ± 1SD. Διαχείριση: F = 100% ανόργανα λιπάσματα, LE, καλλιέργεια οσπρίων (Vigna radiata) σε αμειψισπορά και ενσωμάτωση βιομάζας 55% ανόργανα λιπάσματα, ΓΤ, Πράσινη λίπανση με Sesbania aculeata 55% ανόργανα λιπάσματα, 55% ανόργανα λιπάσματα, FY ανόργανα λιπάσματα, WS = 1/3η κατακράτηση και ενσωμάτωση καλαμιών σιταριού 55% ανόργανα λιπάσματα, RS = 1/3η κατακράτηση και ενσωμάτωση καλαμιών ρυζιού 55% ανόργανα λιπάσματα.
Σχήμα 3. Οι τάσεις στο IER προσδιορίζουν το διαθέσιμο από τα φυτά ολικό Ν στο εδαφικό διάλυμα κατά την ανάπτυξη της καλλιέργειας σίτου (Triticum aestivum) υπό διαφορετική διαχείριση. Οι γραμμές σφάλματος υποδηλώνουν ± 1SD. IER, λωρίδες ρητίνης ανταλλαγής ιόντων. Οι θεραπείες περιγράφονται στο υπόμνημα της Εικόνας 2. Η καμπύλη για τα υπολείμματα των καλλιεργειών υποδηλώνει τις μέσες τιμές για τις επεξεργασίες WS και RS και η καμπύλη για τα όσπρια υποδηλώνει τις μέσες τιμές για τις επεξεργασίες GM και LE.
Σχήμα 4. Οι σχέσεις μεταξύ του αζώτου (Ν) που εφαρμόζεται μέσω οργανικών και ανόργανων πηγών και του IER (ιοντοανταλλακτική ρητίνη) καθόρισαν τη διαθεσιμότητα Ν κατά τη διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου του σίτου (Triticum aestivum). Οι γραμμές σφάλματος υποδηλώνουν ± 1SD. Οι θεραπείες περιγράφονται στο υπόμνημα της Εικόνας 2.
Σχήμα 5. Η σχέση μεταξύ της ημερήσιας διαθεσιμότητας νερού (βροχόπτωση άρδευση) και του IER (ιοντοανταλλακτική ρητίνη) καθόρισε το διαθέσιμο στα φυτά άζωτο (Ν) κατά τη διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου σίτου. Οι γραμμές σφάλματος υποδηλώνουν ± 1SD. Οι θεραπείες περιγράφονται στο υπόμνημα της Εικόνας 2.
Σχήμα 6. Σχέση μεταξύ IER πλήρους σεζόν (ρητίνη ανταλλαγής ιόντων) που προσδιορίζεται από το διαθέσιμο στα φυτά άζωτο (N) και τις μέσες αποδόσεις σιτηρών και αχύρου από το 2011 έως το 2018. Οι κάθετες ράβδοι σφάλματος δηλώνουν ± 1SD και οι οριζόντιες ράβδοι δηλώνουν ± 1SD. Οι θεραπείες περιγράφονται στο υπόμνημα της Εικόνας 2.
Σχήμα 7. Αποδοτικότητα χρήσης αζώτου (NUE) της καλλιέργειας σιταριού ως απόκριση σε διαφορετική διαχείριση μετά από 10 χρόνια διαχείρισης (μέσοι όροι για την περίοδο 2014–15 και 2015–16). Οι γραμμές σφάλματος υποδηλώνουν ± 1SD. Για τις αντίστοιχες παραμέτρους, οι θεραπείες με τα ίδια ψηφία δεν διαφέρουν σημαντικά σε p ≤ 0,05, χρησιμοποιώντας το HSD του Tukey. Τα μικρά γράμματα αντιπροσωπεύουν διαφορές για το εφαρμοζόμενο λίπασμα N (ανόργανο) και τα κεφαλαία γράμματα αντιπροσωπεύουν διαφορές για το συνολικό εφαρμοσμένο N (ανόργανο οργανικό), τα μικρά πλάγια γράμματα αντιπροσωπεύουν διαφορές για το NH4 -N και τα κεφαλαία γράμματα αντιπροσωπεύουν διαφορές για το συνολικό NH διαθέσιμο στα φυτά . Επεξεργασίες περιγράφονται στο υπόμνημα του σχήματος 2.
Συζήτηση
Συνολικά, η κατάσταση διαθεσιμότητας αζώτου (Ν) για την καλλιέργεια σίτου έδειξε συγκρίσιμη διαθεσιμότητα Ν πλήρους σεζόν σε F (100% εφαρμογή ανόργανου λιπάσματος), LE (καλλιέργεια ευκαιρίας οσπρίων Vigna radiata και η ενσωμάτωση της βιομάζας), GM (πράσινη λίπανση με Sesbania aculeata) και FYM (ενσωμάτωση κοπριάς αγροκτημάτων @ 10 Mg ha –1). Η διαχείριση με βάση τα υπολείμματα καλλιέργειας, η RS (ενσωμάτωση καλαμιών ρυζιού) και η WS (ενσωμάτωση καλαμιών σίτου) έδειξαν σημαντικά χαμηλότερη διαθεσιμότητα Ν. Εκτός από τις πρώτες 60 ημέρες μετά τη σπορά (DAS) όπου έγιναν τρεις διαιρούμενες εφαρμογές ανόργανου λιπάσματος (100% λίπασμα χωρισμένο σε τρεις δόσεις για F και 50% λίπασμα χωρισμένο σε 3 δόσεις για άλλη διαχείριση), η διαθεσιμότητα ήταν σημαντικά παρόμοια αλλά δημητριακά Η διαχείριση με βάση τα υπολείμματα των καλλιεργειών υστερεί κατά 60 DAS και μετά όσον αφορά το διαθέσιμο από τα φυτά Ν στο εδαφικό διάλυμα.
Τα σενάρια διαθεσιμότητας Ν στην καλλιέργεια σιταριού αντιπροσωπεύτηκαν καλύτερα από τις συνδυασμένες επιδράσεις της εφαρμογής ανόργανου λιπάσματος καθώς και το υπολειμματικό Ν από οργανικές τροποποιήσεις που προστέθηκαν την εποχή του ρυζιού (Bhardwaj et al., 2020). Μόνο τα συνδυασμένα εφέ θα μπορούσαν να εξηγήσουν καλά τα σενάρια διαθεσιμότητας (Εικόνα 4). Στην περίπτωση της καλλιέργειας σιταριού με σχετικά ξηρότερη/σχετική χωρητικότητα εδάφους, η διαχείριση του F αντιστοιχούσε σε διαχείριση με βάση τα ψυχανθή (GM, LE) και την κοπριά (FYM) όσον αφορά τη διαθεσιμότητα Ν. Αυτό σήμαινε ότι στην περίπτωση των ψυχανθών (GM, LE) και της κοπριάς αγροκτημάτων (FYM), η περικοπή του ανόργανου λιπάσματος αντισταθμίζεται κατά 50% από το υπόλοιπο Ν από την εφαρμογή βιολογικής τροποποίησης την προηγούμενη περίοδο ρυζιού και, δεύτερον,
Τα χαρακτηριστικά της βιολογικής τροποποίησης έπαιξαν επίσης ρόλο, όπως φαίνεται από την περίπτωση της διαχείρισης με βάση το FYM και τα υπολείμματα καλλιεργειών δημητριακών (WS, RS). Στην περίπτωση του FYM, αντί του χαμηλότερου συνολικού εφαρμοζόμενου N (ανόργανο οργανικό), η διαθεσιμότητα N αντιστοιχούσε σε F και LE. Στο FYM, το εφαρμοζόμενο Ν ήταν στην περιοχή RS και WS. Ως εκ τούτου, τα μικτά αποτελέσματα του συνολικού N, του λόγου C/N των τροποποιήσεων και της ικανότητας αποσύνθεσης έπαιξαν καθοριστικό ρόλο. Ίσως, η έτοιμη διαθεσιμότητα έπαιξε τον πιο σημαντικό ρόλο κάτω από συνθήκες όπως επικρατούσαν την εποχή του σίτου (συνθήκες ξηροτέρας και χωρητικότητας κοντά στο χωράφι με διακεκομμένες βροχοπτώσεις χαμηλής έντασης ή αρδεύσεις) (Εικόνα 1). Υπό ξηρότερες συνθήκες καλλιέργειας, η ποιότητα των εισροών οργανικής ύλης παίζει σημαντικό ρόλο. Οργανικές εισροές χαμηλής ποιότητας (χαμηλή αναλογία C/N, υψηλή λιγνίνη κ.λπ. ) μπορεί να αυξήσει τον οργανικό άνθρακα στο έδαφος αλλά όχι την παραγωγικότητα (Goyal et al., 1992; Snapp et al., 1998). Στην περίπτωση της WS (ενσωμάτωση καλαμιών σίτου) και της RS (ενσωμάτωση καλαμιών ρυζιού), η διαθεσιμότητα Ν ήταν πολύ χαμηλότερη από άλλες διαχειριστές. Πρόκειται για τις τροπολογίες με ευρύτερη αναλογία C/N καθώς και χαμηλότερο συνολικό Ν σε σύγκριση με τα όσπρια. Τα υπολείμματα των καλλιεργειών δημητριακών δεν καλύπτουν την κρίσιμη περιεκτικότητα σε Ν από 1,8-2,0% που χρειάζονται τα μικρόβια και μπορεί να ακινητοποιήσουν το Ν (Snapp et al., 1998). Αν και η ακινητοποίηση είναι προσωρινή και μπορεί να αντισταθμιστεί με την ενσωμάτωση ανόργανων λιπασμάτων (Murwira και Kirchmann, 1993), αυτό δεν φαίνεται να είναι αρκετά καλό για καλλιέργειες ξηρής περιόδου όπως το σιτάρι. Η διαθεσιμότητα Ν στο εδαφικό διάλυμα αντιστοιχούσε στο συνολικό Ν που προστέθηκε στη διαχείριση (Εικόνα 4), αλλά η αναλογία C/N και η ικανότητα αποσύνθεσης (σχετικά με την απελευθέρωση N) έπαιξαν σημαντικό ρόλο, όπως μπορούσε να παρατηρηθεί στην περίπτωση της FYM όπου η συνολική εφαρμογή N ήταν ίση με τη διαχείριση με βάση τα υπολείμματα καλλιέργειας (RS, WS), ωστόσο η διαθεσιμότητα N ήταν πολύ υψηλότερη παρά αυτές οι διοικήσεις. Αρκετές μελέτες έχουν προτείνει ότι η ακινητοποίηση Ν που προκαλείται από τα υπολείμματα καλλιέργειας κατά τα αρχικά στάδια και η απελευθέρωση Ν κατά τα μεταγενέστερα στάδια εξαρτάται από αρκετούς αβιοτικούς και βιοτικούς παράγοντες (Corbeels et al., 2000; Roy et al., 2011). Δεδομένου ότι η διαθεσιμότητα θρεπτικών ουσιών οφείλεται στο νερό, οι οργανικές πηγές με γρήγορη απελευθέρωση θρεπτικών συστατικών (σε κάθε εκδήλωση βροχής/άρδευσης) θα έδειχναν καλύτερη διαθεσιμότητα στα φυτά. Τα υπολείμματα από τα όσπρια (καλλιέργεια πράσινης κοπριάς Sesbania και όσπρια ευκαιρίας Vigna) έχουν σημαντικά υψηλότερη περιεκτικότητα σε Ν καθώς και μικρότερη αναλογία C/N, οδηγώντας έτσι σε σημαντικά περισσότερη και γρήγορη απελευθέρωση Ν στο εδαφικό διάλυμα για πρόσληψη από τα φυτά (Schomberg et al., 1994; Bhardwaj et al., 2020). Οι επιπτώσεις έχει βρεθεί ότι επιμένουν για μεγαλύτερες περιόδους, ακόμη και χρόνια, με ετήσια απελευθέρωση έως και 5-10% ετησίως, παρέχοντας οφέλη στις επόμενες καλλιέργειες (Fillery, 2001; Peoples et al., 2009; Khakbazan et al., 2014 St. Luce et al., 2015).
Η σχέση μεταξύ της καθημερινής εφαρμογής νερού (βροχόπτωση άρδευση) αποκάλυψε επίσης τη σημασία της διαχείρισης του νερού. Ενώ η διαθεσιμότητα Ν σε διαχειρίσεις με οργανικές τροποποιήσεις δεν σχετίζεται σημαντικά με την εφαρμογή νερού, στην περίπτωση του F (100% ανόργανα λιπάσματα) η διαθεσιμότητα κορυφώθηκε στα 3 mm (P = 0,05) και στη συνέχεια μειώθηκε με την αύξηση της εφαρμογής νερού. Συνολικά, το NO3 – -N ήταν η κυρίαρχη μορφή στο έδαφος την εποχή του σίτου με σχεδόν 70–80% διαθεσιμότητα Ν σε μορφή NO3 – -N και 20–30% σε μορφή NH4 -N. Η τελική μοίρα του NH4 -N που παράγεται σε αερόβια γεωργικά εδάφη είναι NO3 – -N όπου NH4 Το -N είναι πολύ χαμηλό και έχει σύντομο χρόνο παραμονής, ενώ υπό αναερόβιες συνθήκες η κύρια διαθεσιμότητα είναι με τη μορφή NH4 -N αφού η νιτροποίηση αναστέλλεται (Robertson, 1997; Murphy et al., 1998; Bhardwaj et al., 2019b). Η διαθεσιμότητα υγρασίας ελέγχει την κινητικότητα των θρεπτικών ουσιών κοντά (στα φυτά) και μακριά (απώλειες μέσω έκπλυσης) καθώς και ελέγχοντας τη μικροβιακή και ενζυματική δραστηριότητα που επηρεάζει την ανοργανοποίηση (Bhardwaj et al., 2020). Επομένως, η βέλτιστη περιεκτικότητα σε υγρασία αντικατοπτρίζει την καλύτερη ισορροπία μεταξύ της διαθεσιμότητας στα φυτά και των απωλειών πέρα από τις ρίζες των φυτών.
Η χρήση θρεπτικών συστατικών σε ένα σύστημα έχει πρωταρχικό στόχο την παροχή βέλτιστης διατροφής στα φυτά καλλιέργειας με ελάχιστες απώλειες. Η αποδοτικότητα χρήσης ενός θρεπτικού συστατικού φροντίζει για ορισμένες αλλά όχι όλες τις πτυχές της χρήσης θρεπτικών συστατικών στη φυτική παραγωγή. Η διαχείριση με βάση τα υπολείμματα των καλλιεργειών δημητριακών υστερούσε ως προς τη συνολική διαθεσιμότητα Ν σε φυτά καλλιέργειας σε σύγκριση με τη διαχείριση με βάση τα υπολείμματα ψυχανθών, αλλά η αποτελεσματικότητα χρήσης της πρώτης ήταν σημαντικά υψηλότερη από τη δεύτερη. Συνολικά, η ολοκληρωμένη διαχείριση θρεπτικών συστατικών με την ενσωμάτωση υπολειμμάτων καλλιεργειών δημητριακών ή χλωρής λίπανσης ή καλλιέργειας οσπρίων και η ενσωμάτωση βιομάζας ή FYM, μαζί με 50% εφαρμογή ανόργανων λιπασμάτων, αύξησε σημαντικά την αποδοτικότητα χρήσης αζώτου και την απόδοση των σιτηρών πάνω από 100% ανόργανη χρήση . Η βέλτιστη ισορροπία επιτυγχάνεται όταν μια πρακτική παρέχει τόσο υψηλή απόδοση χρήσης όσο και διαθεσιμότητα στα φυτά.
συμπέρασμα
Τα χαρακτηριστικά απελευθέρωσης αζώτου των οργανικών υλικών καθορίζουν την αποτελεσματικότητα μιας ολοκληρωμένης στρατηγικής διαχείρισης θρεπτικών συστατικών. Το σιτάρι (Triticum aestivum) ως καλλιέργεια ξηρής περιόδου, η διαθεσιμότητα αζώτου και οι αλληλεπιδράσεις του με τη διαθεσιμότητα νερού, παίζουν σημαντικό ρόλο. Θα πρέπει να προτιμώνται στρατηγικές με γρήγορη απελευθέρωση και διαθεσιμότητα αζώτου υπό τις ξηρότερες συνθήκες που επικρατούν κατά τη διάρκεια της καλλιέργειας σιταριού. Για την ολοκληρωμένη διαχείριση θρεπτικών συστατικών, οι οργανικές τροποποιήσεις με στενή αναλογία C/N (υπολείμματα καλλιέργειας οσπρίων) σε σύγκριση με εκείνες με ευρύτερη αναλογία C/N (υπολείμματα καλλιεργειών δημητριακών) παρείχαν τα καλύτερα σενάρια διαθεσιμότητας αζώτου για την καλλιέργεια σίτου. Επομένως, για την καλλιέργεια σιταριού, η μείωση σχεδόν στο μισό των ανόργανων λιπασμάτων και η συμπλήρωση με χλωρή λίπανση με βάση τη Sesbania ή με καλλιέργεια οσπρίων και ενσωμάτωση της βιομάζας στο έδαφος κατά τη συγκομιδή ή με εφαρμογή FYM είναι οι καλύτερες επιλογές για την ενσωμάτωση οργανικών στα συστήματα διαχείρισης θρεπτικών στοιχείων για το σιτάρι . Αυτές οι διαχειρίσεις έχουν είτε καλύτερη είτε συγκρίσιμη (με 100% εφαρμογή ανόργανου λιπάσματος) ανοργανοποίηση του αζώτου σε όλα τα κρίσιμα στάδια της καλλιέργειας σιταριού. Από την άλλη πλευρά, οι διαχειρίσεις με βάση τα υπολείμματα των καλλιεργειών δημητριακών έχουν την καλύτερη απόδοση χρήσης αζώτου. Συνολικά, η ενσωμάτωση των οσπρίων και η ενσωμάτωση της βιομάζας τους στο έδαφος πέτυχε τη βέλτιστη ισορροπία για τη διατροφή με άζωτο σίτου. Ανακύκλωση υπολειμμάτων καλλιεργειών δημητριακών σε μέτριες ποσότητες (1/3ο) με ενσωμάτωση στο έδαφος, μαζί με μειωμένα ποσοστά ανόργανων λιπασμάτων,
Δήλωση διαθεσιμότητας δεδομένων
Τα δεδομένα που υποστηρίζουν τα ευρήματα στο χειρόγραφο διατίθενται είτε εντός του άρθρου είτε σε υποστηρικτικές πληροφορίες και είναι ελεύθερα διαθέσιμα από τον αντίστοιχο συγγραφέα κατόπιν εύλογου αιτήματος.
Συνεισφορές Συγγραφέων
Ο DR συνέβαλε στη συλλογή δεδομένων, την ανάλυση και τη συγγραφή χειρογράφων. Οι RY, SC και DS ερμήνευσαν τα δεδομένα και έγραψαν το χειρόγραφο. Όλοι οι συγγραφείς συνέβαλαν στο άρθρο και ενέκριναν την υποβληθείσα έκδοση.
Χρηματοδότηση
Η οικονομική υποστήριξη για αυτό το έργο παρασχέθηκε από το έργο NICRA (Εθνικές Καινοτομίες στην Ανθεκτική Γεωργία στο Κλίμα) (DARE-ICAR-NICRA-03; CSSRI Project No. 1006538). Τα ευρήματα και οι απόψεις που εκφράζονται εδώ είναι των συγγραφέων και δεν αντικατοπτρίζουν τις απόψεις του φορέα χρηματοδότησης.
Σύγκρουση συμφερόντων
Οι συγγραφείς δηλώνουν ότι η έρευνα διεξήχθη απουσία εμπορικών ή οικονομικών σχέσεων που θα μπορούσαν να ερμηνευθούν ως πιθανή σύγκρουση συμφερόντων.
Ανοργανοποίηση αζώτου, απελευθέρωση θρεπτικών ουσιών, υπολείμματα καλλιεργειών, όσπρια, σιτάρι, ρύζι