Підживлення магнієм покращує урожайність в більшості виробничих систем: мета-аналіз

Чжен Ван

1 Департамент живлення рослин, Ключова лабораторія взаємодії рослин і грунтів, МНС, Китайський сільськогосподарський університет, Пекін, Китай

2 Національна академія сільського господарства "Зелений розвиток", Китайський аграрний університет, Пекін, Китай

3 Міжнародний інститут магнію, Фуцзяньський університет сільського та лісового господарства, Фучжоу, Китай

Махмуд Ул Хасан

Фейсал Надім

Лянцюань Ву

3 Міжнародний інститут магнію, Фуцзяньський університет сільського та лісового господарства, Фучжоу, Китай

Фусуо Чжан

1 Відділ живлення рослин, Лабораторія взаємодії основних рослин і грунтів, МНС, Китайський сільськогосподарський університет, Пекін, Китай

3 Міжнародний інститут магнію, Фуцзяньський університет сільського та лісового господарства, Фучжоу, Китай

Сюесянь Лі

Пов’язані дані

Анотація

Вступ

Магній (Mg) є важливим елементом для сільськогосподарських культур, тварин та людей, дефіцит якого впливає на фотосинтез та розподіл вуглеводів у сільськогосподарських культурах (Nèjia et al., 2016), знижує стійкість сільськогосподарського виробництва та розвитку та спричинює довгострокові негативні наслідки вплив на здоров'я людей і тварин (Robert and Helen, 2004; Jeroen et al., 2015). На жаль, очевидні симптоми дефіциту Mg часто виникають у сільськогосподарських культурах, особливо на їх критичній стадії розвитку з швидким накопиченням вуглеводів, вирощуваних у кислих ґрунтах, широко поширених у всьому світі (Cakmak et al., 1994; Nèjia et al., 2016). Їстівні сільськогосподарські продукти є основним джерелом харчування Mg для людей та тварин. Отже, підтримка вмісту Mg у сільськогосподарських продуктах у відносно достатніх межах дуже важлива для здоров’я тварин та людей.

У системі сільськогосподарського виробництва доступність Mg для посівів залежить від різних факторів, таких як текстура ґрунту, обмінна здатність катіону (Hariadi and Shabala, 2004), кліматичні та антропогенні фактори, характерні для ділянки, агрономічні практики управління, а також від самих видів сільськогосподарських культур ( Scheffer and Schachtschabel, 2002; Міккельсен, 2010). Культури поглинають Mg з ґрунту переважно через своє коріння. Достатній вміст магнію в ґрунті є ключовим фактором для забезпечення стійкого росту та виробництва сільськогосподарських культур. Абсолютний дефіцит Mg у ґрунті різко зменшує поглинання Mg корінням культур, що часто є наслідком низького вмісту Mg у вихідних породах (Papenfuß and Schlichting, 1979), втрат Mg при мобілізації та вимиванні в ґрунті (Schachtschabel, 1954), або Зниження вмісту магнію внаслідок інтенсивного рослинництва (Pol and Traore, 1993). Крім того, катіонна конкуренція, що виникає внаслідок тривалого незбалансованого удобрення ґрунту, спричинює неоднорідність поживних речовин у ґрунтах. Хороший стан Mg ґрунту є необхідною умовою для забезпечення засвоєння Mg корінням культур та підвищення ефективності використання Mg.

Кислотність ґрунту - ще один важливий фактор, що визначає продуктивність сільськогосподарських культур (Mohebbi and Mahler, 1989; Aggangan et al., 1996), тісно пов’язаний з дефіцитом калію, кальцію, магнію, фосфору та цинку, а токсичність алюмінію та марганцю (Guo et al. ., 2004; Zhu et al., 2004; Binh et al., 2018) протиставляє наявність Mg (Wang et al., 2014). Крім того, надзвичайно рухлива природа іонів Mg 2+ робить його сприйнятливим до вимивання з кореневої зони сильними опадами (Schachtschabel, 1954; Grzebise, 2011; Gransee and Führs, 2013), особливо в кислих грунтах, зменшуючи ефективність використання поживних речовин та урожай урожайність.

До цих пір не робилося спроб систематично переоцінювати ефекти запліднення магнітом на врожайність сільськогосподарських культур та агрономічну ефективність шляхом підведення підсумків минулих експериментів у всьому світі. Такі фактори, як доступний ґрунт Mg, рН ґрунту, норми та типи добрив Mg, є передумовою для реагування на застосування Mg. У цьому дослідженні було проведено мета-аналіз для (1) оцінки загального впливу Mg добрив на урожайність сільськогосподарських культур та відповідну агрономічну ефективність; (2) зрозуміти наслідки врожайності Mg під впливом при різних умовах посіву та підживлення; та (3) оцінити, як обмінний рівень Mg та рН у ґрунті впливає на результати запліднення Mg.

Матеріали і методи

Стратегія пошуку та вилучення даних

Щоб проаналізувати вплив добрив Mg на рослинництво в польових умовах, було проведено комплексний пошук літератури з використанням “Магній (Mg) добрив *,“ Magnesium (Mg) fertilis * ”у заголовку статті та“ урожай урожаю * ”як ключових терміни в Інтернеті наук (http://apps.webofknowledge.com/) та Китайській національній інфраструктурі знань (http://www.cnki.net/) електронних баз даних до листопада 2019 р. Дані отримували або безпосередньо з таблиць, або опосередковано з перетворення вихідних показників у звітних дослідженнях, включаючи врожайність сільськогосподарських культур, концентрацію Mg та цукру, що відповідають заплідненню Mg у всьому світі ( Малюнок 1А; більшість досліджень - з Китаю, набагато менше - з інших країн, і жодного звіту з Бразилії не знайдено). Даних про фізіологічні та якісні дані було дуже мало; отже, відповідне оцінювання не було включено в це дослідження. Вплив підживлення Mg на врожайність дотримувався стандартного нормального розподілу ( Малюнок 1B ). Дослідження були відібрані відповідно до наступних чотирьох критеріїв: (1) дослідження, що містять порівняння підживлення магнієм та без підживлення магнієм (контроль), (2), що представляють польові експерименти, за винятком експерименту з горщиками в теплиці, (3) з підживленням Mg у ґрунт, за винятком позакореневого внесення Mg, (4) дослідження, що повідомляє про типи сільськогосподарських культур, урожайність, середнє значення та кількість парних спостережень (Додатковий малюнок S1).

Карта розподілу експериментальних ділянок (A) та розподіл частоти даних, що вказують на вплив запліднення Mg на урожайність сільськогосподарських культур (B) для нашого мета-аналізу. Сині плями вказували на місцеві експериментальні майданчики Mg добрив на полі (A). Три червоні лінії Q1 (ліворуч), медіана (середня) та Q3 (справа) відповідали частоті даних 25%, 50% та 75% (B).

Джерела даних

Всього 99 статей (див. Перелік досліджень у Додатковий паспорт даних S1) з 570 попарними порівняннями, кваліфікованими для нашого мета-аналізу (396 з Китаю та 174 з інших країн). Польові випробування були зареєстровані в десяти країнах (Бангладеш, Канада, Китай, Чилі, Іран, Нова Зеландія, Нігерія, Польща, Туреччина та Великобританія) ( Малюнок 1А ).

Розміри ефектів та їх моделювання

Вплив підживлення Mg на урожайність культури оцінювали за відповідним контролем без підживлення Mg за наступним рівнянням:

де lnR представляв природний журнал коефіцієнта реакції (розмір ефекту), Xt представляв урожай культури під час запліднення Mg, а Xc представляв урожай культури без запліднення Mg (Hedges et al., 1999; Verena et al., 2012). Враховуючи, що більше 50% випадків не давали міри дисперсії, дослідження випадків зважувались за кількістю досліджень та експериментів за допомогою моделей змішаних ефектів у R. Для чіткого тлумачення вплив на врожайність виражався як зміна у відсотках, яка було розраховано за (R − 1) × 100%. Позитивна зміна у відсотках вказувала на збільшення, тоді як негативні значення вказували на зменшення внаслідок запліднення Mg. Вважалося, що середня зміна відсотків суттєво відрізняється від нуля, якщо 95% ДІ не перекриваються нулем (Hedges et al., 1999).

Агрономічну ефективність Mg добрив (AE-Mg) розраховували за таким рівнянням:

де FMgO представляла кількість (кг MgO га -1) внесених добрив Mg.

Статистичний аналіз проводили із застосуванням моделей змішаних ефектів у R (версія 3.5.1) наступним чином: (1) фіксований ефект, (2) фіксований ефект та випадковий ефект дослідження, (3) фіксований ефект та випадкові ефекти дослідження та експеримент, вкладений у дослідження, і (4) фіксований ефект та унікальний експеримент, випадковий ефект. Відповідні випадкові ефекти були виявлені за допомогою аналізів AIC (інформаційний критерій Akaike) та ANOVA (пакети статистичних даних R) із суттєвою різницею при Р 7,5) або дефіциту Mg (-1), середнього ступеня (60-120 мг кг -1) та відносно достатнього (> 120 мг кг -1), відповідно, відповідно до рН та обмінних рівнів Mg у ґрунті.

Mg добрива класифікували на два типи: (1) добрива з повільним вивільненням (Mg-S), включаючи оксид Mg, гідроксид Mg, доломіт, Mg карбонат та фосфат Mg кальцію, та (2) добрива, що швидко вивільняють (Mg-R), включаючи Mg сульфат, Mg хлорид та Mg сульфат калію. Норми запліднення варіювали в межах 100 кг MgO га -1 .

Результати

Магній (Mg) Підживлення підвищило урожайність більшості культур

Магнієві добрива, як правило, сприяли врожайності більшості сільськогосподарських культур (Додатковий малюнок S2), а врожайність різниться залежно від видів сільськогосподарських культур, ґрунтових умов, норми запліднення Mg та інших факторів. Згідно з нашим мета-аналізом, середнє збільшення врожаю в рослинництві становило 8,5% ( Малюнок 2 ). Підживлення магнієм значно збільшило виробництво фруктів (12,5%), трав (10,6%), тютюну (9,8%), бульб (9,4%), овочів (8,9%), зернових (8,2%), олійних культур (8,2%) та чай (6,9%), хоча і несуттєво для інших культур (1,5%), порівняно з лікуванням, що не містить Mg при Р Малюнок 2 ). Більше того, середнє збільшення врожаю плодових, трав'яних, тютюнових, бульбових та овочевих культур було вищим, ніж загальне середнє, тоді як зростання зернових, олії, чаю та інших культур було нижчим ( Малюнок 2 ). Реакція сільськогосподарських культур на Mg різнилася через ґрунт та інші пов’язані умови. Мета-аналіз показав, що концентрація Mg у листі та концентрація цукру в тканинах сільськогосподарських культур (бульби та боби) зросли на 34,3% ( Малюнок 3А ) та 5,5% ( Малюнок 3B ) при Р -1, коли в цьому дослідженні було поєднано 541 випадок (кількість запліднення Mg не повідомлялась у 29 випадках) ( Малюнок 4 ). Подібно до впливу видів сільськогосподарських культур на збільшення врожайності, на агрономічну ефективність добрив Mg (AE-Mg) також впливали види сільськогосподарських культур, хоча в спосіб, невідповідний колишньому ефекту. AE-Mg овочів (73,7 кг кг -1) був значно вищим, ніж бульби (58,8 кг кг -1), плодів (55,0 кг кг -1) та зернових культур (34,7 кг кг -1) при P Малюнок 4 ). Однак суттєвої різниці в AE-Mg між чаєм, травами, олією, тютюном та іншими експериментами на сільськогосподарських культурах не було через великі варіації ( Малюнок 4 ).