Комбинированное применение биоугля и арбускулярной микоризы усиливает плодородие почвы, антиоксидантную защиту и ростовые показатели какао (Theobroma cacao L.)
Combined Application of Biochar and Arbuscular Mycorrhizal Fungi Enhances Soil Fertility, Antioxidant Defense, and Growth Performance of Cocoa (Theobroma cacao L.)
Ifedayo Oluwasiji, Agele Samuel, Adejoro Solomon, Fadare Oluwagbotemi
Аннотация (перевод)
Продуктивность какао (Theobroma cacao L.) в тропических агроэкосистемах ограничивается снижением плодородия почвы, дефицитом питательных веществ и усилением стресса окружающей среды, вызванного изменением климата. Устойчивые стратегии управления почвой, улучшающие её качество и устойчивость растений, поэтому необходимы для стабильного производства какао. Настоящее исследование оценило эффекты биоугля (40 т га-1) и грибов арбускулярной микоризы (AMF; 10 г растен-1), применяемых по отдельности и в комбинации, на физико-химические свойства почвы, ферментативную активность, антиоксидантные реакции и полевые показатели молодых растений какао. Опытная почва была слабокислой и обеднённой питательными веществами при низком содержании органического вещества. Как отдельно, так и комбинированное внесение биоугля и AMF значительно улучшили химические свойства почвы и рост растений по сравнению с контролем. Дыхание почвы зависело от вносимых amendиров: базальное дыхание следовало в порядке Контроль > AMF > Биоуголь + AMF > Биоуголь, в то время как субстрат-индуцированное дыхание не показало значимых эффектов treatments. Фосфатазная активность почвы (кислая и щелочная фосфатазы) была значительно усиlena amendированиями, причём самые высокие значения наблюдались при комбинированном лечении биоуглём + AMF, что указывает на улучшение круговорота фосфора и доступности питательных веществ. Биоуголь и AMF также изменяли биохимические и антиоксидантные реакции растений. Самостоятельное внесение биоугля вызывало более высокую аккумуляцию пролина и активность антиоксидантных ферментов (СОД и ГПx), что указывает на эффект стрессовой праймингации. Напротив, комбинированное лечение усилило фотосинтетические пигменты, растворимые сахара, неструктурные углеводы и антиоксидантные ферменты (CAT, SOD и ГПx), что свидетельствует об улучшении физиологической эффективности и метаболического баланса. Сезонные колебания существенно влияли на метаболизм растений: сухой сезон способствовал накоплению осмопротектантов и более сильной антиоксидантной защите, в то время как влажный сезон повышал содержание хлорофилла, каротиноидов и фенольного состава. В целом, интегрированное применение биоугля и AMF улучшило плодородие почвы, усилило ферментативные и антиоксидантные функции и стимулировало рост какао в полевых условиях. Эти результаты показывают, что синергизм биоуголь–AMF является перспективной климатически оптимизированной стратегией для улучшения функциональности почвы и устойчивого производства какао в тропических агроэкосистемах.
Оригинальная аннотация
Cocoa (Theobroma cacao L.) productivity in tropical agroecosystems is constrained by declining soil fertility, nutrient limitations, and increasing environmental stress driven by climate variability. Sustainable soil management strategies that enhance soil quality and plant resilience are therefore essential for stable cocoa production. This study evaluated the effects of biochar (40 t ha-1) and arbuscular mycorrhizal fungi (AMF; 10 g plant-1), applied individually and in combination, on soil physicochemical properties, enzymatic activities, antioxidant responses, and field performance of young cocoa plants. The experimental soil was slightly acidic and nutrient-deficient with low organic matter content. Both sole and combined applications of biochar and AMF significantly improved soil chemical properties and plant growth compared with the control. Soil respiration was influenced by amendments, with basal respiration following the order Control > AMF > Biochar + AMF > Biochar, while substrate-induced respiration showed no significant treatment effects. Soil phosphatase activities (acid and alkaline phosphatase) were significantly enhanced by amendments, with the highest activities observed under the combined biochar + AMF treatment, indicating improved phosphorus cycling and nutrient availability. Biochar and AMF also altered plant biochemical and antioxidant responses. Biochar alone induced higher proline accumulation and antioxidant enzyme activities (SOD and GPx), suggesting a stress-priming effect. In contrast, the combined treatment enhanced photosynthetic pigments, soluble sugars, non-structural carbohydrates, and antioxidant enzymes (CAT, SOD, and GPx), indicating improved physiological performance and metabolic balance. Seasonal variation significantly influenced plant metabolism, with the dry season promoting accumulation of osmoprotectants and stronger antioxidant defense, while the rainy season increased chlorophyll, carotenoids, and phenolic content. Overall, the integrated application of biochar and AMF improved soil fertility, enhanced enzymatic and antioxidant functions, and promoted cocoa growth under field conditions. These findings demonstrate that biochar–AMF synergism is a promising climate-smart strategy for improving soil functionality and sustaining cocoa production in tropical agroecosystems.
Идентификаторы
Canonical: https://research.holos.house/w/e470a87b-e3aa-4b28-879d-85b9b18f4b6a
DOI: 10.56946/jspae.v5i2.871
OpenAlex: W7202148764