Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Bột đá băng Greenland cải thiện năng suất cây trồng trong sản xuất nông nghiệp hữu cơ
Tóm tắt
Việc ứng dụng khoáng silicat nghiền cơ học vào đất nông nghiệp đã được đề xuất như một phương pháp nhằm nâng cao năng suất cây trồng và tích trữ carbon vô cơ thông qua quá trình phong hóa khoáng sản. Tại Greenland, một lượng lớn bột đá băng hạt mịn được sản xuất tự nhiên từ quá trình xói mòn bề mặt đá của các tảng băng và được lắng đọng tại các khu vực hồ và biển dễ tiếp cận, mà không cần thiết bị xay nghiền tiêu tốn năng lượng. Để xác định xem liệu nguyên liệu này có thể cải thiện năng suất cây trồng hay không, chúng tôi đã áp dụng 10 và 50 tấn bột đá băng/ha vào một cánh đồng nông nghiệp hữu cơ có đất cát tại Đan Mạch. Hai thử nghiệm thực địa đã được tiến hành để kiểm tra phản ứng năng suất năm đầu tiên đối với bột đá băng ở cả ngô và khoai tây, cũng như hiệu quả tồn dư trên năng suất khoai tây trong năm sau khi áp dụng và hiệu quả tồn dư trong năm thứ hai và thứ ba trên lúa mì mùa xuân. Các phương pháp còn lại với K đã được đưa vào để so sánh nhằm xác định liệu các tác động tích cực của bột đá băng chủ yếu là do hàm lượng K của nó (3,5% K2O). Nguồn khoáng silicat thay thế này đã cải thiện năng suất cây trồng trong năm áp dụng. Mặc dù không có sự cải thiện năng suất với các phương pháp tham chiếu K, song mỗi tấn bột đá băng bổ sung đã giúp năng suất khô của ngô tăng 59 kg/ha và năng suất củ khoai tây tăng thêm 90 kg/ha. Không phát hiện thấy các hiệu ứng tồn dư lên năng suất cây trồng trong những năm tiếp theo, nhưng chúng tôi nghi ngờ rằng lợi ích này có thể kéo dài qua nhiều mùa tại các khu vực có độ phì nhiêu ban đầu thấp hơn. Sự tăng lên của năng suất đạt được từ bột đá băng có thể bù đắp một phần chi phí của việc áp dụng khoáng silicat như một phương pháp tích trữ CO2.
Từ khóa
#bột đá băng #năng suất cây trồng #khoáng silicat #ứng dụng nông nghiệp #tích trữ carbonTài liệu tham khảo
Amann T, Hartmann J (2019) Ideas and perspectives : synergies from co-deployment of negative emission technologies. Biogeosciences 16:2949–2960. https://doi.org/10.5194/bg-16-2949-2019
Aqaei P, Weisany W, Diyanat M et al (2020) Response of maize (Zea mays L.) to potassium nano-silica application under drought stress. J Plant Nutr 43:1205–1216. https://doi.org/10.1080/01904167.2020.1727508
Bedel L, Legout A, Poszwa A et al (2018) Soil aggregation may be a relevant indicator of nutrient cation availability. Ann for Sci 75:1–12. https://doi.org/10.1007/s13595-018-0782-y
Bedi AS, Sekhon GS (1977) Effect of potassium and magnesium application to soils on the dry-matter yield and cation composition of maize. J Agric Sci 88:753–758. https://doi.org/10.1017/S0021859600037485
Beerling DJ, Leake JR, Long SP et al (2018) Farming with crops and rocks to address global climate, food and soil security. Nat Plants. https://doi.org/10.1038/s41477-018-0108-y
Bendixen M, Overeem I, Rosing MT et al (2019) Promises and perils of sand exploitation in Greenland. Nature Sustainability 2:98–104. https://doi.org/10.1038/s41893-018-0218-6
Bennike O, Jensen JB, Sukstorf FN, Rosing MT (2019) Mapping glacial rock flour deposits in Tasersuaq, Southern West Greenland. Geol Surv Den Greenl Bull 43:1–5. https://doi.org/10.34194/GEUSB-201943-02-06
Clymans W, Struyf E, Govers G et al (2011) Anthropogenic impact on amorphous silica pools in temperate soils. Biogeosciences 8:2281–2293. https://doi.org/10.5194/bg-8-2281-2011
Cornelis JT, Delvaux B (2016) Soil processes drive the biological silicon feedback loop. Funct Ecol 30:1298–1310. https://doi.org/10.1111/1365-2435.12704
de Oliveira GW, Amann T, Hartmann J et al (2020) Impacts of enhanced weathering on biomass production for negative emission technologies and soil hydrology. Biogeosciences 17:2107–2133. https://doi.org/10.5194/bg-17-2107-2020
Dietzen C, Rosing M (2023) Quantification of CO2 uptake by enhanced weathering of silicate minerals applied to acidic soils. Int J Greenh Gas Control 125. https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2023.103872
Dietzen C, Harrison R, Michelsen-Correa S (2018) Effectiveness of enhanced mineral weathering as a carbon sequestration tool and alternative to agricultural lime: an incubation experiment. Int J Greenh Gas Control 74:251–258. https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2018.05.007
Dietzen C, Gunnarsen KC, Jensen LS, Rosing MT (2022) Glacial rock flour field trial. University of Copenhagen, Vojens, Denmark
Gocke M, Liang W, Sommer M, Kuzyakov Y (2013) Silicon uptake by wheat: effects of Si pools and pH. J Plant Nutr Soil Sci 176:551–560. https://doi.org/10.1002/jpln.201200098
Gunnarsen KC, Schjoerring JK, Gómez-Muñoz B et al (2022) Can silicon in glacial rock flour enhance phosphorus availability in acidic tropical soil? Plant Soil. https://doi.org/10.1007/s11104-022-05399-0
Guntzer F, Keller C, Meunier JD (2012) Benefits of plant silicon for crops: a review. Agron Sustain Dev 32:201–213. https://doi.org/10.1007/s13593-011-0039-8
Haque F, Santos RM, Dutta A et al (2019) Co-Benefits of wollastonite weathering in agriculture: CO2 sequestration and promoted plant growth. ACS Omega 4:1425–1433. https://doi.org/10.1021/acsomega.8b02477
Haque F, Santos RM, Chiang YW (2020) CO2 sequestration by wollastonite-amended agricultural soils – an Ontario field study. Int J Greenh Gas Control 97:103017. https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2020.103017
Haque F, Santos RM, Chiang YW (2020) Optimizing inorganic carbon sequestration and crop yield with wollastonite soil amendment in a microplot study. Front Plant Sci. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.01012
Harley AD, Gilkes RJ (2000) Factors influencing the release of plant nutrient elements from silicate rock powders : a geochemical overview. Nutr Cycl Agroecosyst 56:11–36. https://doi.org/10.1023/A:1009859309453
Hinsinger P, Bolland MDA, Gilkes RJ (1995) Silicate rock powder: effect on selected chemical properties of a range of soils from Western Australia and on plant growth as assessed in a glasshouse experiment. Fertil Res 45:69–79. https://doi.org/10.1007/BF00749883
Israeli Y, Emmanuel S (2018) Impact of grain size and rock composition on simulated rock weathering. Earth Surf Dyn 6:319–327. https://doi.org/10.5194/esurf-6-319-2018
Jariwala H, Haque F, Vanderburgt S et al (2022) Mineral–soil–plant–nutrient synergisms of enhanced weathering for agriculture: short-term investigations using fast-weathering wollastonite skarn. Front Plant Sci 13:929457
Jarrell WM, Beverly RB (1981) The dilution effect in plant nutrition studies. In: Brady NC (ed) Advances in agronomy. Elsevier, Amsterdam, pp 197–224
Jeffery S, Abalos D, Prodana M et al (2017) Biochar boosts tropical but not temperate crop yields. Environ Res Lett 12:053001. https://doi.org/10.1088/1748-9326/aa67bd
K+S Minerals and Agriculture (2022) Patentkali® technical data sheet Version 9.2
Kantola IB, Masters MD, Beerling DJ et al (2017) Potential of global croplands and bioenergy crops for climate change mitigation through deployment for enhanced weathering. Biol Lett. https://doi.org/10.1098/rsbl.2016.0714
Kelland ME, Wade PW, Lewis AL et al (2020) Increased yield and CO2 sequestration potential with the C4 cereal Sorghum bicolor cultivated in basaltic rock dust-amended agricultural soil. Glob Change Biol 26:3658–3676. https://doi.org/10.1111/gcb.15089
Kuznetsova A, Brockhoff P, Christensen R (2017) lmerTest package: tests in linear mixed effects models. J Stat Softw 82(13):1–26. https://doi.org/10.18637/jss.v082.i13
Laboski CAM, Kelling KA (2007) Influence of fertilizer management and soil fertility on tuber specific gravity: a review. Amer J of Potato Res 84:283–290. https://doi.org/10.1007/BF02986240
Lefebvre D, Goglio P, Williams A et al (2019) Assessing the potential of soil carbonation and enhanced weathering through Life cycle assessment: a case study for Sao Paulo State, Brazil. J Clean Prod 233:468–481. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.06.099
Lenth R (2022) Emmeans: Estimated Marginal Means, aka Least-Squares Means. R package version 1.7.2. https://CRAN.R-project.org/package=emmeans
Ma JF, Yamaji N (2006) Silicon uptake and accumulation in higher plants. Trends Plant Sci 11:392–397. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2006.06.007
Manning DAC, Theodoro SH (2020) Enabling food security through use of local rocks and minerals. Extr Ind Soc 7:480–487. https://doi.org/10.1016/j.exis.2018.11.002
Mikkelsen RL (2007) Managing potassium for organic crop production. HortTechnology 17:455–460. https://doi.org/10.21273/HORTTECH.17.4.455
Mohammed SMO, Brandt K, Gray ND et al (2014) Comparison of silicate minerals as sources of potassium for plant nutrition in sandy soil. Eur J Soil Sci 65:653–662. https://doi.org/10.1111/ejss.12172
Neu S, Schaller J, Dudel EG (2017) Silicon availability modifies nutrient use efficiency and content, C:N: P stoichiometry, and productivity of winter wheat (Triticum aestivum L.). Sci Rep 7:40829. https://doi.org/10.1038/srep40829
Panique E, Kelling KA, Schulte EE et al (1997) Potassium rate and source effects on potato yield, quality, and disease interaction. Am Potato J 74:379–398. https://doi.org/10.1007/BF02852777
Piepho HP, Edmondson RN (2018) A tutorial on the statistical analysis of factorial experiments with qualitative and quantitative treatment factor levels. J Agron Crop Sci 204:429–455. https://doi.org/10.1111/jac.12267
Puppe D, Sommer M (2018) Chapter one - experiments, uptake mechanisms, and functioning of silicon foliar fertilization—a review focusing on maize, rice, and wheat. In: Sparks DL (ed) Advances in agronomy. Academic Press, Cambridge, pp 1–49
Ramos CG, Querol X, Celimar A et al (2017) Evaluation of the potential of volcanic rock waste from southern Brazil as a natural soil fertilizer. J Clean Prod 142:2700–2706. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.11.006
Ramos CG, Hower JC, Blanco E et al (2021) Possibilities of using silicate rock powder: an overview. Geoscience Frontiers 13:101185. https://doi.org/10.1016/j.gsf.2021.101185
Rudnick RL, Gao S (2003) Composition of the Continental Crust. In: Treatise On Geochemistry. Elsevier Ltd., pp 1–64
Sarkar SR (2021) Glacial rock flour: its characteristics and enhanced weathering. PhD Thesis, University of Copenhagen
Song Z, Müller K, Wang H (2014) Biogeochemical silicon cycle and carbon sequestration in agricultural ecosystems. Earth Sci Rev 139:268–278. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2014.09.009
Sørensen NKK, Bülow-Olsen A (1994) Fælles arbejdsmetoder for jordbundsanalyser. Landbrugsministeriet Plantedirektoratet
Stark J, Westermann D, Hopkins B (2004) Nutrient management guidelines for russet burbank potatoes. University of Idaho, Collage of Agricultural and Life Sciences
Statistics Denmark (2021) Harvest by region, crop and unit. https://statbank.dk/HST77
Taylor LL, Quirk J, Thorley RMSS et al (2015) Enhanced weathering strategies for stabilizing climate and averting ocean acidification. Nat Clim Chang 6:402. https://doi.org/10.1038/nclimate2882
Torabian S, Farhangi-Abriz S, Qin R et al (2021) Potassium: a vital macronutrient in potato production—a review. Agronomy 11:543. https://doi.org/10.3390/agronomy11030543
Tubana BS, Babu T, Datnoff LE (2016) A review of silicon in soils and plants and its role in us agriculture: history and future perspectives. Soil Sci 181:393–411. https://doi.org/10.1097/SS.0000000000000179
Van Straaten P (2002) Rocks for crops: agrominerals of sub-Saharan Africa. International Centre for Research in Agroforestry, Nairobi
Vienne A, Poblador S, Portillo-Estrada M et al (2022) Enhanced weathering using basalt rock powder: carbon sequestration, co-benefits and risks in a mesocosm study with solanum tuberosum. Front Clim 4:869456. https://doi.org/10.3389/fclim.2022.869456
Violante A, Caporale AG (2015) Biogeochemical processes at soil-root interface. J Soil Sci Plant Nutr 15:422–448. https://doi.org/10.4067/S0718-95162015005000038
Wang JG, Zhang FS, Cao YP, Zhang XL (2000) Effect of plant types on release of mineral potassium from gneiss. Nutr Cycl Agroecosyst 56:37–44. https://doi.org/10.1023/A:1009826111929
White PJ (2013) Improving potassium acquisition and utilisation by crop plants. J Plant Nutr Soil Sci 176:305–316. https://doi.org/10.1002/jpln.201200121