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Experimental evaluation of biological regeneration of arable soil: The effects of grass-clover leys and arbuscular mycorrhizal inoculants on wheat growth, yield, and shoot pathology.
Front Plant Sci · 2022 · 13:955985 · PMID 36092419 · 등급2 코호트·RCT 무작위대조시험 · 환경과 생태 > 토양생물·미생물 · 식물
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초록 전문 번역 · gemma4:e4b
지난 25년간 영국에서 밀 수확량은 정체되었으며, 이 기간 동안 대부분의 경지 토지는 곡물 위주의 단기 윤작으로 매년 연속적으로 재배되었다. 경지 집약화는 토양 유기물과 균근균을 포함한 생물학적 요소를 고갈시켰는데, 이는 경운, 제초제 및 작물 유전형에 의해 영향을 받는다. 본 연구에서는 겨울 밀 수확량, 균근화 정도 및 줄기 건강이 덜 집약적인 경운 방식 채택과 장기간의 경지에서 상업용 균근 접종제를 추가하는 것만으로 개선될 수 있는지, 아니면 N 비료 사용을 줄인 상태에서 3년 동안 잔디-클로버 휴경지를 거쳐 직접 파종하는 것이 토양 생물학적 재생에 더 효과적인지를 검증하였다. 본 연구에서는 장기간의 경지에서 재현된 처리 구획으로 나눈 곳에서, 아발론(Avalon) x 카덴자(Cadenza) 겨울 밀 집단으로부터 유래한 모체 및 네 가지 이배체 반수체 계통의 균근화, 이삭 병리학적 상태 및 수확량 성능에 대한 시험을 보고하였다. 이 구획들은 3년 동안 경운 또는 원형 경운 방식으로 재배된 밀 계통으로 구성되었으며, 그중 절반은 매년 상업용 근류균(AM) 접종제를 추가하였고, 대조적으로는 글리포세이트로 처리하고 직접 파종한 3년 휴경지였다. 모든 구획들은 살균제 없이 연간 35 kg의 N 비료를 받았다. 밀 계통들은 균근화 정도에서 차이를 보이지 않았으며, 경운 및 원형 경운 구획에서 각각 평균적으로 뿌리 길이 식민화율(RLC)이 34%와 40%에 불과했으며 접종제 처리로 감소하였다. 휴경지에서는 RLC가 52%로 증가하였다. 두 밀 계통은 그을린 이삭 곰팡이에 매우 취약했는데, 이는 휴경지에서 가장 낮고 원형 경운 시 가장 높았다. AM 접종제는 취약한 계통의 이삭 감염률을 >50% 감소시켰다. 휴경지의 수확량은 7.2~8.3 t ha⁻¹로 나타나, 2018년 영국 평균 밀 수확량(7.8 t ha⁻¹)의 92~106%에 도달했으나 평균 N 비료의 25%만을 사용하였다. 경운 및 원형 경운을 한 구획의 수확량은 각각 평균 3.9 및 3.4 t ha⁻¹에 불과했으며, AM 접종제는 경운 구획에서 수확량을 4.3 t ha⁻¹에서 3.5 t ha⁻¹로 감소시켰으나 원형 경운 방식에서는 효과가 없었다. 이러한 결과들은 토양 품질 및 밀 작물 건강을 재생하고, 질소 비료 의존도를 줄이며, 균근화를 향상시키고 우수한 수확량을 달성하기 위한 전략의 일부로서 콩과 식물이 풍부한 휴경지를 경작 윤작에 재통합하는 것이 다수의 이점을 제공함을 보여준다.
ORIGINAL ABSTRACT
Wheat yields have plateaued in the UK over the last 25 years, during which time most arable land has been annually cropped continuously with short rotations dominated by cereals. Arable intensification has depleted soil organic matter and biology, including mycorrhizas, which are affected by tillage, herbicides, and crop genotype. Here, we test whether winter wheat yields, mycorrhization, and shoot health can be improved simply by adopting less intensive tillage and adding commercial mycorrhizal inoculum to long-term arable fields, or if 3-year grass-clover leys followed direct drilling is more effective for biological regeneration of soil with reduced N fertiliser. We report a trial of mycorrhization, ear pathology, and yield performance of the parents and four double haploid lines from the Avalon x Cadenza winter wheat population in a long-term arable field that is divided into replicated treatment plots. These plots comprised wheat lines grown using ploughing or disc cultivation for 3 years, half of which received annual additions of commercial arbuscular mycorrhizal (AM) inoculum, compared to 3-year mown grass-clover ley plots treated with glyphosate and direct-drilled. All plots annually received 35 kg of N ha-1 fertiliser without fungicides. The wheat lines did not differ in mycorrhization, which averaged only 34% and 40% of root length colonised (RLC) in the ploughed and disc-cultivated plots, respectively, and decreased with inoculation. In the ley, RLC increased to 52%. Two wheat lines were very susceptible to a sooty ear mould, which was lowest in the ley, and highest with disc cultivation. AM inoculation reduced ear infections by >50% in the susceptible lines. In the ley, yields ranged from 7.2 to 8.3 t ha-1, achieving 92 to 106% of UK average wheat yield in 2018 (7.8 t ha-1) but using only 25% of average N fertiliser. Yields with ploughing and disc cultivation averaged only 3.9 and 3.4 t ha-1, respectively, with AM inoculum reducing yields from 4.3 to 3.5 t ha-1 in ploughed plots, with no effect of disc cultivation. The findings reveal multiple benefits of reintegrating legume-rich leys into arable rotations as part of a strategy to regenerate soil quality and wheat crop health, reduce dependence on nitrogen fertilisers, enhance mycorrhization, and achieve good yields.
저자Austen, N.; Tille, S.; Berdeni, D.; Firbank, L. G.; Lappage, M.; Nelson, M.; Helgason, T.; Marshall-Harries, E.; Hughes, H. B.; Summers, R.; Cameron, D. D.; Leake, J. R.
저널Frontiers in plant science
권·호·쪽13, 955985
PMID36092419
DOI10.1038/s41598-020-77200-0
APA 7판
Austen, N., Tille, S., Berdeni, D., Firbank, L. G., Lappage, M., Nelson, M., Helgason, T., Marshall-Harries, E., Hughes, H. B., Summers, R., Cameron, D. D., & Leake, J. R. (2022). Experimental evaluation of biological regeneration of arable soil: The effects of grass-clover leys and arbuscular mycorrhizal inoculants on wheat growth, yield, and shoot pathology. Front Plant Sci, 13, 955985. https://doi.org/10.1038/s41598-020-77200-0
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