A magnéziumtrágyázás javítja a terméshozamot a legtöbb termelési rendszerben: metaanalízis

Zheng Wang

1 Növénytáplálási Tanszék, A legfontosabb növény-talaj kölcsönhatás labor, MOE, Kínai Mezőgazdasági Egyetem, Peking, Kína

2 Nemzeti Agrárakadémia Zöld Fejlesztés, Kínai Mezőgazdasági Egyetem, Peking, Kína

3 Nemzetközi Magnézium Intézet, Fujian Mezőgazdasági és Erdészeti Egyetem, Fuzhou, Kína

Mahmood Ul Hassan

1 Növénytáplálási Tanszék, A legfontosabb növény-talaj kölcsönhatás labor, MOE, Kínai Mezőgazdasági Egyetem, Peking, Kína

Faisal Nadeem

1 Növénytáplálási Tanszék, A legfontosabb növény-talaj kölcsönhatás labor, MOE, Kínai Mezőgazdasági Egyetem, Peking, Kína

Liangquan Wu

3 Nemzetközi Magnézium Intézet, Fujian Mezőgazdasági és Erdészeti Egyetem, Fuzhou, Kína

Fusuo Zhang

1 Növénytáplálási Tanszék, A legfontosabb növény-talaj kölcsönhatás labor, MOE, Kínai Mezőgazdasági Egyetem, Peking, Kína

2 Nemzeti Agrárakadémia Zöld Fejlesztés, Kínai Mezőgazdasági Egyetem, Peking, Kína

3 Nemzetközi Magnézium Intézet, Fujian Mezőgazdasági és Erdészeti Egyetem, Fuzhou, Kína

Xuexian Li

1 Növénytáplálási Tanszék, A legfontosabb növény-talaj kölcsönhatás labor, MOE, Kínai Mezőgazdasági Egyetem, Peking, Kína

2 Nemzeti Agrárakadémia Zöld Fejlesztés, Kínai Mezőgazdasági Egyetem, Peking, Kína

Társított adatok

Absztrakt

Bevezetés

A magnézium (Mg) a növények, állatok és emberek nélkülözhetetlen eleme, amelynek hiánya kihat a fotoszintézisre és a szénhidrátok megoszlására a növényekben (Nèjia et al., 2016), csökkenti a mezőgazdasági termelés és fejlődés fenntarthatóságát, és hosszú távon negatív hatással jár az emberi és állati egészségre gyakorolt hatások (Robert és Helen, 2004; Jeroen és mtsai, 2015). Sajnos a Mg-hiány nyilvánvaló tünetei gyakran előfordulnak a kultúrákban, különösen kritikus fejlődési szakaszukban, gyors szénhidrát-felhalmozódással, amelyet a világ minden táján széles körben elterjedt savas talajban termesztenek (Cakmak et al., 1994; Nèjia et al., 2016). Az étkezési mezőgazdasági termékek jelentik a fő tápanyagforrást az emberek és az állatok számára. Ezért a mezőgazdasági termékek Mg-tartalmának viszonylag elegendő tartományban tartása nagyon fontos az állatok és az emberek egészsége szempontjából.

Mezőgazdasági termelési rendszerben a Mg növényekhez való hozzáférhetősége számos tényezőtől függ, például a talaj szerkezetétől, a kationcserélhető képességtől (Hariadi és Shabala, 2004), a helyspecifikus klimatikus és antropogén tényezőktől, az agronómiai gazdálkodási gyakorlattól, valamint magától a növényfajoktól ( Scheffer és Schachtschabel, 2002; Mikkelsen, 2010). A növények elsősorban a gyökereik révén szívják fel a talajból a Mg-t. A megfelelő talaj Mg kulcsfontosságú a robusztus növénynövekedés és termelés biztosításához. Az abszolút Mg-hiány a talajban drámai módon csökkenti a növények gyökereinek magnézium-felszívódását, ami gyakran a forráskőzetek alacsony Mg-tartalmának (Papenfuß és Schlichting, 1979), a mobilizálás és a talajban való kimosódás következménye (Schachtschabel, 1954), vagy Mg kimerülés az intenzív növénytermesztés miatt (Pol és Traore, 1993). Ezenkívül a kationos verseny, amely a talaj hosszú távú kiegyensúlyozatlanságából adódik, tápanyag-heterogenitást okoz a talajban. A jó talaj Mg állapota előfeltétele annak, hogy biztosítsák a növény gyökereinek magnézium-felvételét és javítsák a Mg hasznosítási hatékonyságát.

A talaj savassága a növények termelékenységét meghatározó másik fontos tényező (Mohebbi és Mahler, 1989; Aggangan et al., 1996), szorosan összefügg a kálium, kalcium, magnézium, foszfor és cink hiányosságával, míg az alumínium és a mangán toxicitása (Guo és mtsai., 2004; Zhu és mtsai, 2004; Binh és mtsai, 2018) antagonizálják az Mg elérhetőségét (Wang és mtsai, 2014). Ezenkívül az Mg 2+ ion erősen mozgékony jellege alkalmassá teszi a gyökérzónából történő kimosódásra a heves esőzések miatt (Schachtschabel, 1954; Grzebise, 2011; Gransee és Führs, 2013), különösen savas talajokban, csökkentve a tápanyag-felhasználás hatékonyságát és a termést hozam.

Mindeddig nem kísérelték meg a Mg-trágyázás növénytermesztésre és agronómiai hatékonyságra gyakorolt hatásainak szisztematikus újbóli elemzését a korábbi kísérletek világszerte történő összefoglalásával. Az olyan tényezők, mint a talajban rendelkezésre álló Mg, a talaj pH-értéke, valamint a Mg-műtrágyák aránya és típusa, az előfeltétel reagál az Mg alkalmazására. Ebben a tanulmányban metaanalízist hajtottak végre annak érdekében, hogy (1) értékeljék a Mg-műtrágyák által a terméshozamra gyakorolt általános hatásokat és a megfelelő agronómiai hatékonyságot; (2) megérteni a Mg-trágyázás különböző termesztési és trágyázási körülmények közötti hozamhatásait; és (3) megbecsülni, hogy a talajban cserélhető Mg és pH-szint hogyan befolyásolja a Mg-trágyázás eredményeit.

Anyagok és metódusok

Keresési stratégia és adatkivonás

Az Mg műtrágyák növénytermesztésre gyakorolt hatásának elemzéséhez átfogó irodalmi keresést végeztek a cikk címében szereplő „Magnézium (Mg) műtrágya *”, „Magnézium (Mg) fertilis *” és kulcsfontosságú „terméshozam *” felhasználásával. a Web of Science (http://apps.webofknowledge.com/) és a China National Knowledge Infrastructure (http://www.cnki.net/) elektronikus adatbázisok feltételei 2019 novembere előtt. Az adatokat közvetlenül táblázatokból vagy közvetett módon a az eredeti adatok konvertálása a jelentett vizsgálatokban, ideértve a terméshozamot, a Mg és a cukorkoncentrációkat, amelyek reagálnak az Mg megtermékenyítésére szerte a világon ( 1A. Ábra; a legtöbb tanulmány Kínából származik, még kevésbé más országokból, és nem találhatók jelentések Brazíliából). Nagyon kevés élettani és minőségi adat állt rendelkezésre; ezért a megfelelő értékelést nem vonták be ebbe a vizsgálatba. A Mg-trágyázás hozamra gyakorolt hatása a normál normális eloszlást követte ( 1B. Ábra ). A vizsgálatokat a következő négy kritérium alapján választottuk ki: (1) magnézium-trágyázás összehasonlítását tartalmazó vizsgálatok, magnézium-trágyázás nélkül (kontroll), (2) terepi kísérletek, az üvegházban végzett edénykísérletek kivételével, (3) Mg-trágyázás a talaj, kivéve a lomb Mg alkalmazását, (4) a vizsgálat a növények típusait, a hozamot, az átlagot és a páros megfigyelések számát jelentiKiegészítő S1 ábra).

A kísérleti helyek térképeloszlása (A) és az Mg-trágyázás növényi hozamra gyakorolt hatását jelző adatok gyakorisági eloszlása (B) metaanalízisünkhöz. A kék foltok a Mg műtrágyák helyi kísérleti helyeit jelezték a terepen (A). A Q1 (bal), a Medián (középső) és a Q3 (jobb) három piros vonal 25%, 50% és 75% adatfrekvenciának felelt meg (B).

Adatforrások

Összesen 99 dolgozat (lásd a tanulmányi listát 2007 - ben) Kiegészítő adatlap S1) 570 páronkénti összehasonlítással alkalmasak a metaanalízisünkre (396 Kínából és 174 más országból). A terepi kísérleteket tíz országban jelentették (Banglades, Kanada, Kína, Chile, Irán, Új-Zéland, Nigéria, Lengyelország, Törökország és Egyesült Királyság) 1A. Ábra ).

Hatásméretek és modellezésük

A Mg-trágyázás növényi hozamra gyakorolt hatását a megfelelő kontroll mellett értékeltük Mg-trágyázás nélkül a következő egyenlettel:

ahol az lnR a válaszarány (logikai hatásnagyság) természetes log-ját jelentette, Xt a Mg-trágyázás alatti terméshozamot, Xc pedig a Mg-trágyázás nélküli terméshozamot jelentette (Hedges és mtsai, 1999; Verena és mtsai, 2012). Tekintettel arra, hogy az esettanulmányok több mint 50% -a nem szolgáltatott varianciamértéket, az esettanulmányokat tanulmányszámok és mérési eredmények segítségével mérlegelték R vegyes hatású modellekkel. Az egyértelmű értelmezés érdekében a hozamra gyakorolt hatást százalékos változásként fejeztük ki, amely (R - 1) × 100% -kal számítva. A pozitív százalékos változás növekedést, míg a negatív értékek csökkenést jeleztek a Mg-trágyázás miatt. Az átlagos százalékos változást szignifikánsan különböztük a nullától, ha a 95% -os CI nem fedi át a nullát (Hedges et al., 1999).

A Mg műtrágyák (AE-Mg) agronómiai hatékonyságát a következő egyenlettel számoltuk:

ahol az FMgO a felhasznált Mg műtrágya mennyiségét jelenti (kg MgO ha -1).

A statisztikai elemzést vegyes hatású modellek alkalmazásával végeztük az R-ben (3.5.1 változat) az alábbiak szerint: (1) a rögzített hatás, (2) a rögzített hatás és a véletlenszerű tanulmányi hatás, (3) a vizsgálat fix és véletlenszerű hatásai, valamint a vizsgálatba ágyazott kísérlet, és (4) a rögzített hatás és az egyedi kísérleti véletlenszerű hatás. Megfelelő véletlenszerű hatásokat azonosítottak AIC (Akaike Information Criterion) és ANOVA elemzések (R Stats Packages) segítségével, szignifikáns különbséggel P 7,5-nél) vagy Mg hiányos (-1), mérsékelt (60-120 mg kg -1) és viszonylag elegendő (> 120 mg kg -1) típusok, a pH és a cserélhető Mg szintek szerint a talajban.

A Mg műtrágyákat két típusba sorolták: (1) lassan felszabaduló (Mg-S) műtrágyák, köztük Mg oxid, Mg hidroxid, dolomit, Mg karbonát és kalcium-Mg foszfát, és (2) gyorsan felszabaduló (Mg-R) műtrágyák, beleértve Mg-szulfát, Mg-klorid és kálium-Mg-szulfát. A megtermékenyítési arányok 100 kg MgO ha -1 tartományban változtak .

Eredmények

A magnézium (Mg) megtermékenyítése növelte a legtöbb növény termését

A magnézium-műtrágyák általában elősegítették a legtöbb növény termését (Kiegészítő ábra S2) és a termésnövekedés a növényfajoktól, a talajviszonyoktól, a Mg trágyázási rátáktól és egyéb tényezőktől függően változott. A növénytermesztés átlagos hozamnövekedése metaanalízisünk szerint 8,5% volt ( 2. ábra ). A magnézium-trágyázás jelentősen megnövelte a gyümölcsök (12,5%), a fűfélék (10,6%), a dohány (9,8%), a gumók (9,4%), a zöldségek (8,9%), a gabonafélék (8,2%), az olajnövények (8,2%) és tea (6,9%), bár a többi növény esetében nem szignifikánsan (1,5%), összehasonlítva a nem Mg-vel kiegészített P-kezeléssel 2. ábra ). Ezenkívül a gyümölcs-, fű-, dohány-, gumó- és zöldségfélék átlagos hozamnövekedése magasabb volt, mint az általános átlag, míg a gabonafélék, olaj, tea és egyéb növényeké alacsonyabb volt ( 2. ábra ). Az Mg-re adott termésválaszok a talaj és más kapcsolódó körülmények miatt eltértek. A metaanalízisből kiderült, hogy a levelek Mg-koncentrációja és a növények szövetében (gumók és babok) a cukor koncentrációja 34,3% -kal nőtt ( 3A. Ábra ) és 5,5% ( 3B. Ábra ) a P -1 értéknél, amikor ebben a vizsgálatban 541 esetet (29 esetben nem számoltak be Mg megtermékenyítés mennyiségéről) 4. ábra ). A növényfajok hozamnövekedésre gyakorolt hatásához hasonlóan az Mg műtrágyák (AE-Mg) agronómiai hatékonyságát a növényfajok is befolyásolták, bár az előbbi hatással ellentétes módon. A zöldségfélék (73,7 kg kg -1) AE-Mg értéke szignifikánsan magasabb volt, mint a gumós (58,8 kg kg -1), a gyümölcs (55,0 kg kg -1) és a gabonafélék (34,7 kg kg -1) P 4. ábra ). A nagy eltérések miatt azonban nem volt szignifikáns különbség az AE-Mg között a tea, a füvek, az olaj, a dohány és az egyéb növénykísérletek között ( 4. ábra ).