Опубликовано 06.05 09:00

Дренаж из рисовой соломы снижает засоление почвы и повышает урожайность горчицы и проса в засушливых регионах

Сельскохозяйственная продуктивность в полузасушливых регионах ограничена засолением почв и грунтовых вод. В данном исследовании оценивался потенциал обессоливания дренажной системы с предпочтительным мелким подповерхностным дренажом (ПМПД), созданной с помощью cut-soiler, и её влияние на продуктивность сельскохозяйственных культур в засоленных агроэкосистемах.

Исследование проводилось в Центральном институте по проблемам засоления почв Индийского совета сельскохозяйственных исследований (ICAR) в г. Карнал, Индия, в 2019–2021 гг. ПМПД, заполненная рисовыми остатками, моделировалась вручную (глубиной 60 см) в трехфакторном полевом опыте с разделенными делянками на засоленной и нормальной почвах при орошении соленой водой (4, 8 и 12 дСм/м). Дренажные системы cut-soiler сооружались в середине лизиметров с использованием рисовых остатков (эквивалентно 6 Мг/га) в качестве заполнителя и выходным отверстием для количественного учета оттока воды и соли. Жемчужное просо [Pennisetum glaucum L. (R. Br)], сорт HHB-197, и горчица (Brassica juncea L.), сорт CS-58, выращивались в сезон дождей (хариф) и зимний сезон (раби) соответственно. Профиль засоления почвы снизился на 23,3–58,5% при использовании cut-soiler ПМПД на разных почвах. Снижение засоления сопровождалось увеличением высоты растений, накопления сухой массы (СМ), чистой продуктивности фотосинтеза (ЧПФ), скорости роста культуры (СРК), относительной скорости роста (ОСР), площади листьев (ПЛ) и индекса листовой поверхности (ИЛП) для обеих культур. Увеличение урожайности жемчужного проса и горчицы на двух типах почв составило 11,6–43,3% и 26–36% соответственно при использовании соленой воды до 12 дСм/м. Исследование показывает, что дренажная система cut-soiler ПМПД может эффективно снижать солевой стресс и обеспечивать использование соленой воды в фермерских хозяйствах в засоленных полузасушливых агроэкологических регионах.

Продовольственная и водная безопасность находятся под угрозой во многих частях мира из-за частых и интенсивных экстремальных погодных явлений, вызывающих засуху, наводнения и связанную с ними потерю жизненно важных природных экосистем (Cooper, 2023; Shrivastava and Kumar, 2015). Приблизительно 351,5 миллиона гектаров (М га) засоленных и 581,0 М га содовых почв в сумме дают 932,5 М га почв, подверженных засолению, по всему миру (Szabolcs, 1989; FAO, 2017; Pessarakli and Szabolcs, 2019). Ежегодно в мире теряется от 12 до 27,3 миллиардов долларов США из-за снижения продуктивности сельскохозяйственных культур, связанного с засолением (Qadir et al., 2014; Wang, 2021). Продуктивность сельскохозяйственных и агроэкосистем, особенно в полузасушливых и засушливых регионах мира, испытывает трудности из-за нехватки пресной воды и вторичного засоления (Lakhdar et al., 2009). В Индии около 6,73 М га земель подвержены воздействию различных уровней засоления и содофикации (Sharma et al., 2015). Кроме того, в настоящее время примерно 32%-84% грунтовых вод в различных штатах подвержены засолению и/или содофикации (Choudhary and Kharche, 2018). Прогнозируемые последствия изменения климата также оказывают прямое воздействие на засоление почв из-за восходящего движения солей в условиях повышенной температуры. Ситуация дополнительно ухудшается в различных регионах из-за использования некачественных грунтовых вод для орошения (Minhas, 1996). Аридные и полуаридные климатические условия и орошение солеными грунтовыми водами без обеспечения адекватного дренажа приводят к накоплению солей в почвенном профиле и создают риски для устойчивого производства сельскохозяйственных культур (Qadir et al., 2009), здоровья окружающей среды и финансового благосостояния (Diaz et al., 2021; Wei et al., 2021). Засоление корневой зоны неблагоприятно изменяет состав почвенного раствора, неблагоприятно влияя на способность почвы обеспечивать питательными веществами и ее продуктивность (Soni et al., 2021; Fu et al., 2020; Dong et al., 2008).

Севооборот жемчужное просо-горчица является одной из важных систем земледелия в засушливых и полузасушливых регионах (Choudhary et al., 2017). Жемчужное просо (Pennisetum glaucum L.), будучи засухо- и солеустойчивой, очень жизнеспособной и быстрорастущей культурой, служит основным продуктом питания для подавляющего большинства населения и предоставляет важный корм для скота в этих регионах (Krishnamurthy et al., 2007). Горчица [Brassica juncea (L.) Czern and Coss.], (2n=36) также является очень важной масличной культурой, культивируемой в основном для получения пищевого масла, помимо использования в качестве специи, потребления в качестве листового овоща, а также для приправ и корма. Тем не менее, продуктивность этих двух культур значительно ниже их потенциала в засоленных условиях полузасушливых регионов. Сообщается, что высокая засоленность почвы (10 дСм/м) вызывает снижение образования семян и урожайности зерна (УЗ) до ~31% (Prakash et al., 2021). Стрессы, вызванные засолением почвы и воды, способствуют заметным потерям урожайности как семян, так и масла (Singh and Sharma, 2016). Солевой стресс значительно снижает высоту растений и высокое отношение Na/K у жемчужного проса и пшеницы (Yadav et al., 2020). Аналогичным образом, орошение соленой водой с 12 дСм/м привело к снижению урожайности зерна жемчужного проса на 38,7% (Heidari and Jamshidi, 2011). Солевой стресс вмешивается в метаболизм растений из-за снижения поглощения питательных веществ, нарушения фотосинтетического аппарата, снижения скорости фотосинтеза, подавления распределения ассимилятов, транслокации фотосинтатов из источника в акцептор и преждевременного старения листьев, вызывая существенное снижение роста и урожайности сельскохозяйственных культур (Wahid et al., 2005; Tripathi et al., 2010; Soni et al., 2021). Управление засолением корневой зоны в пределах критического диапазона для культур путем содействия нисходящему потоку солей является ключевым для успешного культивирования умеренно солеустойчивых культур в регионах с засоленными грунтовыми водами (Rai et al., 2022).

Управление засолением корневой зоны в первую очередь фокусируется на агрономических практиках, которые замедляют восходящий поток в течение вегетационного сезона, таких как мульчирование, дефицитное орошение соленой водой и совместное использование соленой воды с водой хорошего качества (Soni et al., 2023). Во всех этих подходах соли остаются в профиле и вновь появляются в корневой зоне в зависимости от испарительного потока. Было замечено, что мелкие дрены, заполненные остатками и созданные с помощью машины cut-soiler, снижают засоление почвы и увеличивают урожайность хлопка и риса после одного года эксплуатации на засоленных орошаемых полях в Узбекистане и на рисовых полях в Японии (Okuda et al., 2018). Эта предпочтительная мелкая подповерхностная дренажная система (ПМПД), заполненная остатками, также показала перспективность в увеличении урожайности жемчужного проса и горчицы на засоленных почвах при орошении солеными водами в полузасушливом муссонном климате Индии (Neha et al., 2022a, b). Эти результаты свидетельствуют о том, что основанный на cut-soiler (машина) предпочтительный подповерхностный дренаж, заполненный остатками, может служить рентабельной стратегией для устойчивого управления засоленными почвами и улучшения производства сельскохозяйственных культур в полузасушливых регионах, где соленые грунтовые воды являются единственным источником орошения. Однако информация о влиянии ПМПД, созданной с помощью cut-soiler, на накопление солей в почвенном профиле и рост культур в муссонном климате с различной засоленностью почвы и воды является скудной. Поэтому мы оценили ПМПД, созданную с помощью cut-soiler, чтобы (i) количественно оценить влияние cut-soiler ПМПД на изменения засоленности и влажности почвы в почвенном профиле и (ii) оценить влияние изменения засоленности почвы и доступности влаги на физиологические процессы, рост и урожайность севооборота жемчужное просо-горчица в условиях орошения солеными грунтовыми водами.

2.1 Экспериментальный участок

Эксперимент был проведен в полевых лизиметрах в полууправляемых условиях в период с 2019 по 2021 год в ICAR-Центральном институте исследований засоления почв, Карнал, Харьяна, Индия (широта 29°42' с.ш., долгота 76°57' в.д.). Этот район имеет полузасушливый субтропический муссонный климат со среднегодовым количеством осадков 757,6 мм, жарким летом (май-июнь), холодной зимой (декабрь-январь) и выраженным сезоном дождей (муссон) (июнь-сентябрь). Диапазон средних максимальных и минимальных температур составляет от 32,7°C до 42,8°C в мае-июне и от 3,4°C до 10,8°C в декабре-январе соответственно. Сезонные погодные условия двух лет эксперимента предоставлены на Рисунке 1.

Рисунок 1 Средняя еженедельная погода в течение 2019, 2020 и 2021 годов (RF, количество осадков; Temp.Max., максимальная температура; Temp.Min., минимальная температура).

2.2 Детали экспериментального дизайна и обработок

Исследование было проведено в трехфакторном полевом опыте с разделенными делянками (split-split plot design). Обработки включали две основные делянки (cut-soiler ПМПД и без cut-soiler ПМПД), две подделянки [засоленная (супесчаная; ECe 6,0 дСм/м) и незасоленная (тяжелосуглинистая; ECe 3,02 дСм/м) почвы] и три уровня засоленности оросительной воды (4, 8 и 12 дСм/м) на под-подделянках. Всего эти 12 комбинаций обработок (2 x 2 x 3) были повторены дважды в общей сложности в 24 лизиметрах размером 2,0 м x 2,0 м x 3,0 м (Д x Ш x В), и схема размещения изображена на Рисунке 2. Каждый лизиметр был отделен 10-сантиметровой стеной из армированного цемента и бетона (RCC) и полиэтиленовой пленкой, выстилающей стену и дно. Жемчужное просо [Pennisetum glaucum L. (R. Br)] сорт HHB-197 и горчица (Brassica juncea L.) сорт CS-58 выращивались в сезон дождей (хариф) и зимний сезон (раби) соответственно. Жемчужное просо было посеяно 29 июля и 14 июля в 2019 и 2020 годах соответственно. Использовалась равномерная норма высева 4 кг га⁻¹ жемчужного проса с междурядьем 45 см. Посев производился вручную с помощью ручного плуга. Прореживание проводилось через 20 дней после посева (ДПП) для поддержания одного растения с расстоянием между растениями 15 см, чтобы избежать конкуренции. CS-58 является высокоурожайным сортом индийской горчицы, который толерантен к соли (Singh et al., 2019). CS-58 рекомендуется для засоленных почв с уровнем засоления (ECe) до 11,0 дСм/м (ICAR-CSSRI::Central Soil Salinity Research Institute). Посев горчицы проводился 2 ноября и 23 октября в 2019 и 2020 годах соответственно с расстоянием между рядами 45 см и равномерной нормой высева 5 кг га⁻¹. Прореживание проводилось через 3-4 недели после посева для поддержания расстояния между растениями 10-15 см. Одно рыхление проводится через 3-4 недели после посева. Удобрения N: P₂O₅: K₂O в соотношении 80:40:30 для жемчужного проса и 80:60:40 кг га⁻¹ для горчицы вносились с использованием мочевины, диаммонийфосфата (ДАФ) и калийной соли (хлористый калий). Полная доза фосфора (P) и калия (K) и половина дозы азота были внесены в качестве основного удобрения во время посева, а оставшийся азот был внесен в качестве подкормки через 30 дней после посева (вегетативная стадия) для обеих культур. Делянки поддерживались свободными от сорняков (путем ручной прополки и рыхления по мере необходимости) на протяжении всего периода. Для жемчужного проса применялись фунгицид Тилт (Пропиконазол 25% EC) и инсектицид Монокротофос 36% SL для борьбы с грибковыми заболеваниями и насекомыми-вредителями. Для горчицы применялись фунгицид Ridomil Gold (Металаксил-М 4% + Манкоцеб 64% WP) и инсектицид Рогор (Диметоат 30% EC) для борьбы с насекомыми-вредителями. Орошение планировалось для выявленных критических стадий роста горчицы и в соответствии с потребностью в воде для жизнеобеспечения жемчужного проса. Орошение соленой водой в соответствии с обработками проводилось предпосевно и во время стадий цветения жемчужного проса. Для горчицы, помимо предпосевного орошения, проводилось три полива на стадиях вегетации, цветения и образования стручков.

Рисунок 2 Схема полууправляемого лизиметрического эксперимента для количественной оценки эффекта обессоливания cut-soiler ПМПД с контролем.

2.3 Подготовка лизиметров

Лизиметры были заполнены засоленной супесчаной и незасоленной тяжелосуглинистой почвой, отобранной на репрезентативных участках в Наине, Панипат (широта 29°19′7,09′′–29°19′10,0′′ с.ш., долгота 76°47′30,0′′–76°48′0,0′′ в.д.) и Ситамаи, Карнал (широта 29°68′ с.ш., долгота 76°99′ в.д.) соответственно. V-образные предпочтительные дрены, созданные на основе cut-soiler и заполненные остатками, были смоделированы вручную для имитации cut-soiler ПМПД на глубине 60 см ниже поверхности почвы. Cut-soiler ПМПД была заполнена 2,4 кг/лизиметр рисовых остатков (эквивалентно 6 Мг га⁻¹). Предпочтительные мелкие подповерхностные дрены, заполненные остатками, были подключены к выпускному отверстию, предусмотренному в галерее на той же глубине (60 см) в лизиметре для этой цели. На месте соединения выпускного отверстия дрены с трубой использовался фильтрующий материал из нейлона и гравия для предотвращения засорения. Другое выпускное отверстие на дне лизиметра поддерживало гидравлический напор и уровень грунтовых вод на желаемой глубине. Подробности функции cut-soiler ПМПД предоставлены в Neha et al. (2022a). Образцы почвы отбирались на расстоянии 50 см от линии cut-soiler ПМПД на каждой делянке лизиметра в начале эксперимента для определения исходных физико-химических свойств почвы, таких как ECe, pH, текстура, гидравлическая проводимость, объемная плотность и влажность почвы (Таблица 1). Изменения засоленности водной вытяжки насыщенной почвы (ECe) при различных обработках измерялись в начале и конце каждого вегетационного сезона в соответствии с методом, описанным Richards (1954). Исходная засоленность почвы (ECe) на глубине до 90 см (0-15, 15-30, 30-60 и 60-90 см) колебалась от 5,05 ± 1,49 до 6,75 ± 1,18 на засоленной почве и от 2,38 ± 1,84 до 3,63 ± 1,82 дСм/м на незасоленной тяжелосуглинистой почве (Таблица 1). Вода с уровнями засоленности 4, 8 и 12 дСм/м была приготовлена путем смешивания незасоленной водопроводной воды (<0,5 дСм/м) с подземной водой 4 и 17 дСм/м, собранной в Наине (Панипат), Индия. EC оросительной воды была измерена при 25°C с помощью портативного EC-метра Testr11.

Таблица 1 Исходное состояние экспериментальной почвы.

2.4 Проведенные наблюдения

Высота (см) трех случайно выбранных растений измерялась на стадиях вегетации, цветения и уборки для жемчужного проса и на 30, 60, 90 и 120 ДПП для горчицы. Накопление сухой массы (г м⁻²) свежих образцов растений оценивалось путем сушки в печи при 65 ± 5°C до достижения постоянного веса. Скорость роста культуры (СРК) (г м⁻² день⁻¹), относительная скорость роста (ОСР) (мг г⁻¹ день⁻¹) и чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ) (мг м⁻² день⁻¹) были рассчитаны в соответствии с формулами, приведенными Radford (1967). Площадь листьев (ПЛ, см² растение⁻¹) отделенных полностью развернутых флаговых листьев измерялась с помощью измерителя площади листьев (CI-203 Wand Leaf Area Meter, WA USA). Индекс листовой поверхности (ИЛП) измерялся с помощью Sun Scan в середине дня (Tillack et al., 2014) с использованием портативного лазерного измерителя площади листьев CI-203. Аналогичным образом, средняя масса 1000 семян (г) и урожайность зерна (т га⁻¹) были оценены отдельно для каждой обработки. Образцы почвы отбирались на глубинах 0-15, 15-30, 30-60 и 60-90 см перед посевом и после уборки каждой культуры и анализировались на ECe и гравиметрическую влажность.

2.5 Статистический анализ

Полученные данные были подвергнуты статистическому дисперсионному анализу (ANOVA) для схемы с разделенными делянками с использованием программного обеспечения SAS 9.2 (SAS Institute, 2001). Нормальность и гетерогенность дисперсии были проверены с помощью тестов Шапиро-Уилка и Бартлетта соответственно перед проведением ANOVA. Критерий Тьюки при p ≤ 0,05 использовался для парных сравнений различных обработок.

3.1 Изменения засоленности и влажности почвы

Cut-soiler ПМПД постоянно снижала ECe от уборки первого урожая жемчужного проса в октябре 2019 года до уборки второго урожая горчицы в апреле 2021 года на обоих типах почв (Рисунок 3). Засоленность почвы снизилась на 23,3% - 58,5% на обоих типах почв от исходных значений (~6,0 дСм/м на засоленной почве и ~3,02 дСм/м на нормальной почве) в различных слоях почвы после уборки жемчужного проса в октябре 2019 года. Снижение засоленности было больше в поверхностном слое почвы (0-15 см) и слоях, прилегающих (30-60 и 60-90 см) к глубине cut-soiler ПМПД (Рисунок 3A). В апреле 2021 года, после уборки горчицы, снижение засоленности почвы было еще больше: 38,88% - 62,92% на обоих типах почв с максимальным снижением на глубине 60-90 см (непосредственно под глубиной cut-soiler ПМПД) (Рисунок 3D). Засоленность почвы постепенно снижалась со временем, и она была больше в 2020 году по сравнению с 2021 годом во всех слоях почвы (Рисунок 3B).

Рисунок 3 Изменение засоленности почвы на разных глубинах после уборки жемчужного проса при (A) cut-soiler ПМПД x тип почвы, (B) год x тип почвы и (C) cut-soiler ПМПД x засоленность оросительной воды; и после уборки горчицы при (D) cut-soiler ПМПД x тип почвы, (E) год x тип почвы и (F) cut-soiler ПМПД x засоленность оросительной воды. Столбцы со стандартной ошибкой на каждой глубине значительно различаются (P ≤ 0,05); ограничительная линия на каждом столбце является стандартной ошибкой. CS, cut-soiler ПМПД; WCS, контроль без cut-soiler ПМПД; данные представляют собой среднее за 2 года. Буквы (a, b, ...) на столбцах значений рисунка указывают на значимость различий на основе НСР.

Взаимодействие между cut-soiler ПМПД и типом почвы было значимым для ECe почвы на глубинах 0-15, 15-30, 30-60 и 60-90 см после уборки жемчужного проса (Рисунок 3). Обработки без cut-soiler ПМПД на засоленной почве зафиксировали значительно более высокую ECe (3,77; 4,49; 5,17 и 5,56 дСм/м) на глубинах 0-15, 15-30, 30-60 и 60-90 см соответственно по сравнению с обработкой cut-soiler ПМПД, наблюдавшейся после уборки обеих культур. Опять же, обработка без cut-soiler ПМПД и засоленной супесчаной почвы зафиксировала значительно более высокую ECe (6,43; 6,06 и 5,53 дСм/м) на глубинах 15-30, 30-60 и 60-90 см (Рисунок 3D).

Cut-soiler ПМПД и засоленность оросительной воды также имели значительное взаимодействие на наблюдаемую засоленность почвы после уборки обеих культур (Рисунки 3C, F). В целом, засоленность почвы была самой низкой при cut-soiler ПМПД с применением 4 дСм/м; ECe постепенно увеличивалась с повышением засоленности оросительной воды на всех глубинах почвы (0-15, 15-30, 30-60 и 60-90 см) и была самой высокой при ECiw 12 дСм/м без обработки cut-soiler ПМПД. Изменения гравиметрической влажности почвы (%) были значительно выше перед посевом жемчужного проса и горчицы, чем при их уборке (Рисунок 4). Относительно более низкая влажность почвы была зафиксирована в обработках cut-soiler ПМПД по сравнению с обработками без cut-soiler ПМПД при каждом отборе проб, т.е. перед посевом и после уборки жемчужного проса (19,38% и 14,26%) и горчицы (18,17% и 12,96%) (Рисунок 4).

Рисунок 4 Влияние cut-soiler ПМПД на влажность почвы (%) перед посевом и после уборки жемчужного проса и горчицы. Столбцы со стандартной ошибкой на каждой глубине значительно различаются (P ≤ 0,05); ограничительная линия на каждом столбце является стандартной ошибкой. CS, cut-soiler ПМПД; WCS, контроль без cut-soiler ПМПД; данные представляют собой среднее за 2 года. Буквы (a, b, ...) на столбцах значений рисунка указывают на значимость различий на основе НСР.

3.2 Накопление биомассы и рост культур

Засоление почвы отрицательно повлияло на рост и накопление сухой массы (СМ) обеих культур. Аналогичным образом, повышение засоленности оросительной воды также снизило высоту растений и СМ жемчужного проса и горчицы. Однако cut-soiler ПМПД смягчила негативное влияние засоления, и высота растений жемчужного проса была больше на стадиях вегетации, цветения и уборки в обработке cut-soiler ПМПД (Таблица 2). Аналогичным образом, высота растений горчицы на 30, 60, 90 и 120 ДПП и при уборке также была значительно увеличена на 7% - 30% на делянках cut-soiler ПМПД по сравнению с делянками без cut-soiler ПМПД. СМ жемчужного проса также значительно увеличилась на 12,07%, 19,45%, 21,75% и 23,75% на всех четырех изученных стадиях соответственно (Таблица 3) при cut-soiler ПМПД по сравнению с cut-soiler ПМПД. Аналогичным образом, культура горчицы также имела большую СМ на всех стадиях роста на делянках cut-soiler ПМПД по сравнению с делянками без cut-soiler ПМПД.

Таблица 2 Влияние cut-soiler ПМПД, типа почвы и засоленности оросительной воды на высоту растений (см) жемчужного проса и горчицы на различных стадиях роста.

Данные представляют собой среднее за 2 года, и средние значения с различными буквами в пределах одного столбца значительно различаются на основе критических разностей.

Таблица 3 Влияние cut-soiler ПМПД, типа почвы и засоленности оросительной воды на накопление сухой массы (г м⁻²) жемчужного проса и горчицы на различных стадиях роста.

ЧПФ обеих культур на разных стадиях роста была низкой на засоленной почве и значительно снижалась с повышением засоленности оросительной воды (Таблица 4). Cut-soiler ПМПД улучшила ЧПФ обеих культур, и относительно более высокая ЧПФ на всех стадиях роста была зафиксирована у жемчужного проса с cut-soiler ПМПД по сравнению с контролем без cut-soiler ПМПД. Однако эффект cut-soiler ПМПД был заметен только на стадии от вегетации до цветения горчицы. Аналогичным образом, влияние типа почвы на ЧПФ было заметно только на стадии от цветения до репродуктивной стадии с более высокими значениями для незасоленной почвы. Влияние засоленности оросительной воды было очевидно только при 12 дСм/м на стадии от вегетации до цветения (Таблица 4).

Таблица 4 Влияние cut-soiler ПМПД, типа почвы и засоленности оросительной воды на чистую продуктивность фотосинтеза (г м⁻² д⁻¹) жемчужного проса и горчицы на различных стадиях роста.

На делянках cut-soiler ПМПД была зафиксирована более высокая СРК для жемчужного проса на всех трех стадиях роста (Рисунок 5A). Более высокая СРК культуры на всех трех последовательных стадиях роста наблюдалась на незасоленной почве по сравнению с засоленной почвой (Рисунок 5B). Среди обработок с различной засоленностью оросительной воды максимальная СРК была обнаружена в обработке 4 дСм/м, за которой следовали 8 дСм/м и 12 дСм/м (Рисунок 5C). Аналогичным образом, на делянках cut-soiler ПМПД была значительно более высокая СРК для горчицы по сравнению с делянками без cut-soiler ПМПД (Рисунок 5A). Незасоленная почва имела более высокую СРК по сравнению с засоленной почвой (Рисунок 5B). СРК значительно снижалась с повышением засоленности оросительной воды (Рисунок 5C). Как и СРК, ОСР на различных стадиях роста жемчужного проса имела более высокие значения в обработках cut-soiler ПМПД по сравнению с обработками без cut-soiler ПМПД. На незасоленной почве была зафиксирована более высокая ОСР на всех трех стадиях роста по сравнению с засоленной почвой (Рисунок 5E). Среди обработок с различной засоленностью оросительной воды повышение засоленности воды значительно снизило ОСР на 3,87%, 7,43% и 1,03% при ECiw 8 дСм/м и на 7,93%, 10,03% и 1,45% при ECiw 12 дСм/м на соответствующих стадиях роста (Рисунок 5F). Культура горчицы также показала аналогичные результаты для cut-soiler ПМПД, незасоленной почвы и засоленности оросительной воды (Рисунки 5D–F).

Рисунок 5 Влияние cut-soiler ПМПД, типа почвы и засоленности оросительной воды на скорость роста культуры (СРК) (A–C) и относительную скорость роста (ОСР) (D–F) жемчужного проса и горчицы на различных стадиях роста. Столбцы со стандартной ошибкой на каждой глубине значительно различаются (P ≤ 0,05); ограничительная линия на каждом столбце является стандартной ошибкой. CS, cut-soiler ПМПД; WCS, контроль без cut-soiler ПМПД; данные представляют собой среднее за 2 года. Буквы (a, b, ...) на столбцах значений рисунка указывают на значимость различий на основе НСР.

Cut-soiler ПМПД значительно увеличила ПЛ жемчужного проса на 27,15% и 23,55% на вегетативной и репродуктивной стадиях соответственно. Из двух типов почв незасоленная почва имела значительно большую ПЛ по сравнению с засоленной почвой на обеих изученных стадиях (Таблица 5). Прогрессивное повышение засоленности оросительной воды с 4 дСм/м до 12 дСм/м значительно снижало ПЛ. У горчицы cut-soiler ПМПД привела к значительному увеличению ПЛ на 10,72% и 13,65% на обеих изученных стадиях соответственно по сравнению с обработкой без cut-soiler ПМПД (Таблица 5). Аналогичным образом, из двух типов почв незасоленная почва имела значительно большую ПЛ по сравнению с засоленной почвой на вегетативной (100,30 и 88,97 см⁻²) и репродуктивной (140,99 и 137,79 см⁻²) стадиях. ПЛ значительно снижалась с повышением засоленности оросительной воды. На делянках с cut-soiler ПМПД и незасоленной почвой был зафиксирован более высокий ИЛП, чем на делянках без cut-soiler ПМПД и с засоленной почвой (Таблица 5). Однако повышение засоленности оросительной воды снизило ИЛП обеих культур.

Таблица 5 Влияние cut-soiler PSSD, типа почвы и засоленности оросительной воды на площадь листьев и индекс листовой поверхности жемчужного проса и горчицы на различных стадиях роста.

3.3 Отношение Na:K

Обработка cut-soiler PSSD вызвала значительное снижение отношения Na:K в зерне и стеблях (стоувере) жемчужного проса по сравнению с обработкой без cut-soiler PSSD (Рисунок 6). Повышение засоленности оросительной воды значительно увеличило отношение Na:K в зерне и стеблях жемчужного проса (Рисунок 6). Аналогичным образом, у горчицы отношение Na:K в семенах было ниже в обработке cut-soiler PSSD по сравнению с обработкой без cut-soiler PSSD. Незасоленная почва имела более низкое отношение Na:K в семенах по сравнению с засоленной почвой. Однако повышение уровня засоленности оросительной воды значительно увеличило отношение Na:K в семенах. Аналогичная тенденция отношения Na:K наблюдалась в соломе горчицы.

Рисунок 6 Влияние cut-soiler PSSD, типа почвы и засоленности оросительной воды на отношение Na:K у жемчужного проса и горчицы. Столбцы со стандартной ошибкой на каждой глубине значительно различаются (P ≤ 0,05); ограничительная линия на каждом столбце является стандартной ошибкой. CS, cut-soiler PSSD; WCS, контроль без cut-soiler PSSD; данные представляют собой среднее за 2 года.

3.4 Урожайность зерна/семян и масса 1000 семян

Урожайность зерна/семян обеих культур значительно увеличилась в обработке с cut-soiler PSSD и на незасоленной почве, но снизилась с повышением засоленности оросительной воды. Комбинированный интерактивный эффект всех трех факторов также был очевиден в течение двух лет исследования. Cut-soiler PSSD на обеих — засоленной и незасоленной — почвах привела к увеличению урожайности жемчужного проса на 26,08% и 20,27% (2019) и 43,26% и 11,62% (2020), а горчицы — на 36% и 26% (оба года) соответственно. Самая высокая урожайность зерна жемчужного проса (4,61 т га⁻¹) была зафиксирована в обработке cut-soiler PSSD на незасоленной почве в 2020 году, а самая низкая (2,53 т га⁻¹) — в обработке без cut-soiler PSSD на засоленной почве в 2019 году (Рисунок 7A). Интерактивный эффект cut-soiler PSSD, типа почвы и засоленности оросительной воды также оказался положительным (Рисунок 7B). Самая высокая урожайность зерна жемчужного проса (4,72 т га⁻¹) была получена на делянке cut-soiler PSSD с незасоленной почвой и орошением водой с засоленностью 4 дСм/м и снижалась с увеличением засоленности почвы и оросительной воды. Самая низкая урожайность (2,24 т га⁻¹) была зафиксирована в обработке без cut-soiler PSSD с засоленной почвой и применением оросительной воды с засоленностью 12 дСм/м. Влияние обработок орошением соленой водой также оказалось значительным (P = <0,0001), поскольку урожайность жемчужного проса снижалась с повышением уровня засоленности применяемой оросительной воды. В случае горчицы интерактивный эффект cut-soiler PSSD и засоленности оросительной воды был значительным для урожайности семян (Рисунок 7D). Урожайность семян была самой высокой (3,01 т га⁻¹) на делянке cut-soiler PSSD с уровнем засоленности оросительной воды 4 дСм/м, тогда как самой низкой (2,0 т га⁻¹) — в обработке без cut-soiler PSSD и с уровнем засоленности оросительной воды 12 дСм/м (Рисунок 7D). Аналогичным образом, cut-soiler PSSD и тип почвы также имели положительный интерактивный эффект на урожайность семян горчицы (Рисунок 7E). Обработка с cut-soiler PSSD на незасоленной почве дала самую высокую урожайность семян (2,89 т га⁻¹), а обработка без cut-soiler PSSD на засоленной почве привела к самой низкой (1,98 т га⁻¹) урожайности семян.

Рисунок 7 Интерактивный эффект cut-soiler PSSD x тип почвы x засоленность оросительной воды на урожайность зерна/семян жемчужного проса и горчицы на различных стадиях роста. Столбцы со стандартной ошибкой на каждой глубине значительно различаются (P ≤ 0,05); ограничительная линия на каждом столбце является стандартной ошибкой. CS, cut-soiler PSSD; WCS, контроль без cut-soiler PSSD; данные представляют собой среднее за 2 года. Буквы (a, b, ...) на столбцах значений рисунка указывают на значимость различий на основе НСР.

Значительно более высокая масса 1000 зерен у жемчужного проса была зафиксирована на делянках с cut-soiler PSSD (9,98 г), чем в контроле (9,33 г), и на незасоленной почве (9,80 г) по сравнению с засоленной почвой (9,51 г) (Рисунок 8). Более тяжелые зерна были получены при ECiw 4 дСм/м (9,82 г), за которой следовали ECiw 8 дСм/м (9,65 г) и ECiw 12 дСм/м (9,49 г). Для горчицы значительно более высокая масса 1000 семян была зафиксирована на делянках с cut-soiler PSSD (5,20 г) по сравнению с делянками без cut-soiler PSSD (4,86 г) и на незасоленной почве (5,15 г) по сравнению с засоленной почвой (4,90 г). Среди различных уровней засоленности оросительной воды ECiw 4 дСм/м дала более тяжелые зерна (5,11 г), за которой следовали ECiw 8 дСм/м (5,03 г) и ECiw 12 дСм/м (4,95 г).

Рисунок 8 Влияние cut-soiler PSSD, типа почвы и засоленности оросительной воды на массу 1000 семян (г) жемчужного проса и горчицы. Столбцы со стандартной ошибкой на каждой глубине значительно различаются (P ≤ 0,05); ограничительная линия на каждом столбце является стандартной ошибкой. CS, cut-soiler PSSD; WCS, контроль без cut-soiler PSSD; данные представляют собой среднее за 2 года. Буквы (a, b, ...) на столбцах значений рисунка указывают на значимость различий на основе НСР.

3.5 Корреляционные исследования

Признаки роста были связаны между собой либо положительно, либо отрицательно, а также с признаками урожайности и ECe (Рисунок 9). У жемчужного проса урожайность зерна имела сильную положительную корреляцию с признаками роста растений, такими как высота растений, накопление сухой массы, скорость роста культуры, относительная скорость роста, чистая продуктивность фотосинтеза, индекс листовой поверхности, площадь листьев и масса 1000 зерен (r = 0,63–0,85), в то время как она была отрицательно подтверждена с отношением Na:K (r = –0,63). Аналогичным образом, масса 1000 зерен также положительно коррелировала с высотой растений, накоплением сухой массы, скоростью роста культуры, относительной скоростью роста, чистой продуктивностью фотосинтеза, индексом листовой поверхности и площадью листьев (r = 0,61–0,97), в то время как она отрицательно коррелировала с отношением Na:K (r = –0,57). Засоленность почвы отрицательно коррелировала с урожайностью зерна жемчужного проса (r = –0,64) и всеми другими параметрами роста, и положительно была связана с отношением Na:K (r = 0,71).

Рисунок 9 Коэффициенты корреляции Пирсона между признаками роста и урожайности жемчужного проса и горчицы. Цвет квадратов отражает силу корреляции. Коэффициенты корреляции представляют среднее значение объединенных измерений за два вегетационных сезона; PH, высота растений; DM, накопление сухой массы; CGR, скорость роста культуры; RGR, относительная скорость роста; NAR, чистая продуктивность фотосинтеза; LAI, индекс листовой поверхности; LA, площадь листьев; 1000 wt, масса 1000 зерен; Na/K, отношение Na:K; GY, урожайность зерна; ECe, засоленность почвы.

Кроме того, была обнаружена сильная корреляция между признаками роста и урожайности у горчицы. Урожайность зерна положительно коррелировала с высотой растений, накоплением сухой массы, скоростью роста культуры, относительной скоростью роста, чистой продуктивностью фотосинтеза, индексом листовой поверхности, площадью листьев и массой 1000 семян (r = 0,67–0,95), но отрицательно коррелировала с отношением Na:K (r = –0,77). Аналогичным образом, масса 1000 семян также показала положительную корреляцию с высотой растений, накоплением сухой массы, скоростью роста культуры, относительной скоростью роста, чистой продуктивностью фотосинтеза, индексом листовой поверхности и площадью листьев (r = 0,64–0,93), в то время как она отрицательно коррелировала с отношением Na:K (r = –0,86). Засоленность почвы отрицательно коррелировала с урожайностью зерна горчицы (r = –0,81) и всеми другими параметрами роста и положительно была связана с отношением Na:K (r = 0,92) (Рисунок 9).

4.1 Обессоливающий эффект cut-soiler PSSD при различной засоленности оросительной воды

Солевой стресс в значительной степени усиливается под воздействием взаимодействия природного засоления почвы, дренажных заторов, засоленности оросительной воды и чувствительности любой культуры и ее стадий роста (Minhas, 1996; Okuda et al., 2018; Yadav et al., 2020; Chakraborty et al., 2016). Гидравлическая проводимость, диапазон влагоудержания и характеристики влагоотдачи любого текстурного класса почвы определяют его дренажную функцию и фракцию выщелачивания (Feng et al., 2019). В то время как общее накопление солей в почвенном профиле является следствием его дренажной функции и фракции выщелачивания, а также качества оросительной воды или осадков, доступных для производства сельскохозяйственных культур (Sharma and Tyagi, 2004). Баланс восходящего и нисходящего потоков солей является результатом накопления солей в почвенном растворе и связанного с этим пропорционального осмотического стресса (Lu et al., 2018). Осмотический стресс влияет на поглощение воды и питательных веществ (Yadav et al., 2007; Sarker and Oba, 2020), клеточные компоненты растений (Silva et al., 2015), физиологические процессы (Manjili et al., 2012), а также рост и производство культур (Alzahrani et al., 2019). Равновесие движения солей в любых агроклиматических условиях изменяется путем внедрения практик управления, чтобы сместить равновесие в сторону низкого осмотического стресса и лучших условий для роста растений. Установка правильно спроектированных подповерхностных дренажных систем может эффективно управлять неблагоприятными последствиями солевого стресса (Bundela et al., 2016; Islam et al., 2022). Однако такие подходы связаны с огромными затратами и требуют общественного подхода для крупномасштабной установки. Было обнаружено, что cut-soiler PSSD, заполненная остатками, эффективно удаляет соль из поверхностного слоя почвы (Neha et al., 2022a, b; Okuda et al., 2018). Наши результаты настоящего исследования также показали заметное снижение поверхностного засоления за счет бокового потока соли от дренажной линии. В полузасушливом муссонном климате западной IGP соль движется вверх и вниз в зависимости от количества осадков и испарительного потока (Soni et al., 2021). Использование PSSD на этих почвах предоставляет выпускное отверстие для чистого удаления соли через дренажные сточные воды. Повторяющийся цикл движения соли в поверхностном слое почвы с последующим выщелачиванием дождевой или оросительной водой приводит к снижению засоленности почвенного профиля. Это было очевидно из снижения засоленности почвы на глубину до 90 см и связанных с этим последствий для роста и производства биомассы обеих культур в севообороте жемчужное просо-горчица. Засоленность почвенного профиля является результатом добавления и потери соли из системы. Это было причиной несколько более высокой засоленности в почвенном профиле делянок PSSD, орошаемых водой с более высокой засоленностью. Связанное с этим улучшение состава почвенного раствора, доступности питательных веществ и условий ризосферы растений также привело к более высокому росту и продуктивности обеих культур. Эта величина снижения засоленности корневой зоны была эквивалентна снижению на 44-49%, наблюдаемому на третий год после установки трубчатой PSSD (Bundela et al., 2016; Islam et al., 2022; Raju et al., 2016). Аналогичным образом, Lu et al. (2018) также сообщили, что PSSD, заполненная стеблями кукурузы, была весьма эффективной в удалении соли и воды из корневой зоны культуры.

4.2 Изменения засоленности и влажности почвы на разных типах почв

Относительно более низкая влажность почвы наблюдалась на делянках cut-soiler PSSD в обоих сезонах. Отток дренажной воды, несущей растворимые соли, который снижает засоленность почвы в различных типах почв при различных уровнях засоленности оросительной воды, приводит к снижению водного потенциала из-за его низкого осмотического потенциала (Yadav et al., 2007). Таким образом, содержание доступной для растений воды, которое находилось в диапазоне полевой влагоемкости и влажности устойчивого завядания, было относительно выше на делянках PSSD по сравнению с делянками без PSSD в обоих почвенных условиях из-за удаления лишней воды PSSD через боковой дренаж (Singh and Sharma, 2016). Cut-soiler PSSD, заполненная рисовыми остатками, обеспечила более благоприятную влажность почвы с меньшим солевым стрессом на почвах обоих текстурных классов и при различных уровнях засоленности оросительной воды. Такое улучшение аэрации и поддержание оптимальной влажности во время прорастания и вегетационного цикла обеих культур увеличило всхожесть культур, рост корней, метаболическую активность, рост и общую производительность (Neha et al., 2022a). Влияние почвы на производительность растений было в основном связано с более высокой гидравлической проводимостью и более узким диапазоном констант влагоудержания/влагоотдачи. Константы влажности при полевой влагоемкости и влажности устойчивого завядания для засоленной супесчаной почвы и тяжелосуглинистой почвы составили 22,1 ± 3,2 и 8,3 ± 0,6%, а также 26,2 ± 2,8 и 15,6 ± 1,4% соответственно. Это привело к относительно большему снижению засоленности почвы (до 43,42%), но более низкой влажности почвы на супесчаной почве по сравнению с тяжелосуглинистой почвой. Kahlown et al. (2009) обнаружили, что EC почвы и ESP увеличились на 2,2 дСм/м и 14,8% на груботекстурной и на 9,0 дСм/м и 26,3% на мелкотекстурной почве, когда для орошения горчицы использовалась соленая вода (6,2 дСм/м) с высоким SAR (16). Аналогичным образом, Ragab et al. (2008) и Chaudhry et al. (2001) зафиксировали прогрессивное увеличение EC почвы с повышением уровней засоленности оросительной воды. Такие благоприятные условия в условиях PSSD увеличили всхожесть культур, рост корней, метаболическую активность, рост и общую производительность (Neha et al., 2022a, b). Прогрессивное увеличение выщелачивания солей под действием cut-soiler PSSD в течение последовательных сезонов дождей привело к относительному снижению засоленности с каждым сезоном, что привело к повышению урожайности обеих культур на второй год (Okuda et al., 2018; Chiba et al., 2012; Kaneko et al., 2002). Сообщалось, что использование cut-soiler PSSD на засоленных супесчаных почвах в Индии и мелких дрен на засоленных полях в Узбекистане приводит к стабильному удалению соли и, как следствие, к лучшему росту и урожайности жемчужного проса, горчицы и хлопка (Neha et al., 2022c, d; Okuda et al., 2018).

4.3 Влияние управления засолением на продуктивность культур

Избыток растворимых солей в почвенном профиле вызывает неблагоприятный осмотический эффект, который снижает поглощение воды (Yadav et al., 2007) с более низким, но селективным накоплением ионов и питательных веществ (Sarker and Oba, 2020). Солевой стресс также приводит к прогрессивному увеличению избыточного накопления Na⁺ в цитозоле (Sarker and Oba, 2020) и снижению биосинтеза хлорофилл-белково-липидного комплекса и эффективности фотосинтеза (Manjili et al., 2012). Применение воды с более высокой засоленностью для орошения также вызывает более отрицательный осмотический/водный потенциал в почвенном профиле, что, в свою очередь, снижает поглощение как воды, так и питательных веществ, вызывая тем самым ионный дисбаланс и токсичность для растений. Все эти факторы вызывают нарушение различных физиологических и биохимических процессов, что в конечном итоге приводит к снижению роста и продуктивности растений (Yadav et al., 2020; Soni et al., 2021). Повышение засоленности оросительной воды увеличило отношение Na:K и снизило рост, урожайность и их атрибуты у обеих культур, как ранее также сообщалось для Brassica juncea (Kumar et al., 2005) и жемчужного проса (Mostafa et al., 2012). Заполненная остатками cut-soiler PSSD в этом исследовании снизила солевой стресс и понизила отношение Na:K в растениях обеих культур. Ингибирующее влияние более высоких уровней засоленности оросительной воды на урожайность было вызвано главным образом осмотическим шоком (Nadaf et al., 2010), ионной токсичностью (Makarana et al., 2017) и дисбалансом питательных веществ (Yadav et al., 2020), которые снижали фотосинтетическую активность и другие физиологические процессы (Kumar et al., 2017; Ali and Awan, 2004). Низкая урожайность семян в засоленной среде также могла быть связана с вызванным солью сморщиванием и даже полным разрушением хлоропластов (Manjili et al., 2012), снижением количества фотосинтатов во флоэме (Flowers et al., 1991) и дефицитом воды в регионах возделывания жемчужного проса и горчицы (Singh and Panda, 2011). Однако заполненная рисовыми остатками cut-soiler PSSD улучшила дренаж избыточной воды и солей из корневой зоны, тем самым увеличив массу 1000 зерен/семян и, в конечном итоге, урожайность обеих культур (Рисунок 7). Таким образом, это исследование наглядно показало эффективность заполненной рисовыми остатками cut-soiler PSSD в смягчении негативного влияния повышенной засоленности оросительной воды на засоление почвы и последующего неблагоприятного воздействия на различные параметры роста и урожайности жемчужного проса и горчицы.

Заполненная рисовыми остатками предпочтительная мелкая подповерхностная дренажная система, созданная с помощью cut-soiler, удаляла избыток солей из корневой зоны с просачивающейся водой, особенно в сезон дождей. Продолжительное выщелачивание соли из слоя выше линии cut-soiler поддерживало более низкую засоленность почвенного профиля с улучшенными условиями влажности почвы для роста растений даже при орошении соленой водой. Кроме того, она увеличила накопление сухой массы, чистую продуктивность фотосинтеза, CGR, RGR, площадь листьев и ИЛП, а также продуктивность жемчужного проса и горчицы в засоленных полузасушливых условиях. Это исследование продемонстрировало эффективность заполненной рисовыми остатками cut-soiler PSSD в снижении засоленности почвенного профиля и предотвращении накопления соли при орошении соленой водой. Это исследование также показало ее агрономический потенциал для снижения засоления корневой зоны с целью улучшения продуктивности культур жемчужного проса и горчицы в агроэкосистемах с засоленными грунтовыми водами или засоленным орошением.

Ссылки

1. Ali Y., Awan A. R. (2004). Influence of salinity at seedling stage and on yield and yield components of different rice lines. Int. J. Biol. Biotechnol. 1, 175–179. CrossRef Google Scholar

2. Alzahrani Y., Kuşvuran Ş., Kuşvuran A. (2019). Exogenously applied proline alleviates salt-induced oxidative stress in strawberry plants by enhancing antioxidant enzyme activity and maintaining chlorophyll content. Hortic. Sci. 46, 142–150. CrossRef Google Scholar

3. Bundela D. S., Kaledhonkar M. J., Gupta S. K., Lal M., Kamra S. K., Sharma D. K., et al. (2016). Cost estimation of sub surface drainage systems for reclamation of waterlogged saline lands. J. Soil Salinity Water Quality. 8, 131–143. Google Scholar

4. Chakraborty K., Sairam R. K., Bhaduri D. (2016). Effects of different levels of soil salinity on yield attributes, accumulation of nitrogen, and micronutrients in Brassica spp. J. Plant Nutr. 39, 1026–1037. doi: 10.1080/01904167.2015.1109105 CrossRef Google Scholar

5. Chaudhry M. R., Iqbal M., Subhani K. M. (2001). Management of brackish water: Impact on soil and crops. Pakistan J. Soil Sci. 20, 33–38. Google Scholar

6. Chiba K., Kato T., Togashi C., Kanmuri H. (2012). Effectiveness of desalinization by infiltration of water and desalinization of tsunami-hit farmlands in Miyagi Prefecture. Water Land Environ. Eng. 80, 3–6. Google Scholar

7. Choudhary M., Rana K. S., Bana R. S., Ghasal P. C., Choudhary G. L., Jakhar P., et al. (2017). Energy budgeting and carbon footprint of pearl millet–mustard cropping system under conventional and conservation agriculture in rainfed semi-arid agro-ecosystem. Energy 141, 1052–1058. doi: 10.1016/j.energy.2017.09.136 CrossRef Google Scholar

8. Choudhary O. P., Kharche V. K. (2018). Soil salinity and sodicity. Soil science: an intro. 12, 353–384. Google Scholar

9. Cooper N. (2023). Available online at: https://www.weforum.org/agenda/2023/03/the-ipcc-just-published-its-summary-of-5-years-of-reports-here-s-what-you-need-to-know/ (accessed March 2023). Google Scholar

10. Diaz C. G., Secanellas S. A., Caro G. M., Velayos J. J., Carrascosa H., Hernández M. G., et al. (2021). Thermal Conductivity measurements of macroscopic frozen Salt Ice analogs of Jovian Icy moons in support of the planned JUICE mission. Month. Notices R. Astronom. Society. 510, 4166–4179. doi: 10.48550/arXiv.2112.05697 CrossRef Google Scholar

11. Dong H., Li W., Tang W., Zhong D. (2008). Furrow seeding with plastic mulching increases stand establishment and lint yield of cotton in saline field. Agron. J. 100, 1640–1646. doi: 10.2134/agronj2008.0074 CrossRef Google Scholar

12. Feng G., Zhang Z., Zhang Z. (2019). Evaluating the sustainable use of saline water irrigation on soil water-salt content and grain yield under subsurface drainage condition. Sustainability 11, 6431. doi: 10.3390/su11226431 CrossRef Google Scholar

13. Flowers T. J., Hajibagherp M. A., Yeo A. R. (1991). Ion accumulation in the cell walls of rice plants growing under saline conditions: evidence for the Oertli hypothesis. Plant Cell Environ. 14, 319–325. doi: 10.1111/j.1365-3040.1991.tb01507.x CrossRef Google Scholar

14. Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO) (2017). Expert meeting on climate change, land use and food security. Rome, Italy: Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Google Scholar

15. Fu Z., Wang P., Sun J., Lu Z., Yang H., Liu J., et al. (2020). Composition, seasonal variation, and salinization characteristics of soil salinity in the Chenier Island of the Yellow River Delta. Global Ecol. Conserv. 24, e01318. doi: 10.1016/j.gecco.2020.e01318 CrossRef Google Scholar

16. Heidari M., Jamshidi P. (2011). Effects of salinity and potassium application on antioxidant enzyme activities and physiological parameters in pearl millet. Agric. Sci. China. 10, 228–237. doi: 10.1016/S1671-2927(09)60309-6 CrossRef Google Scholar

17. ICAR-CSSRI::Central Soil Salinity Research Institute. Technology Published. Available online at: https://cssri.res.in/technology/.

18. Islam M. N., Bell R. W., Barrett-Lennard E. G., Maniruzzaman M. (2022). Shallow surface and subsurface drains alleviate waterlogging and salinity in a clay-textured soil and improve the yield of sunflower in the Ganges Delta. Agron. Sustain. Dev. 42, 1–17. doi: 10.1007/s13593-021-00746-4 CrossRef Google Scholar

19. Kahlown M. A., Akram M., Soomro Z. A., Kemper W. D. (2009). Prospectus of growing barley and mustard with saline groundwater irrigation in fine and coarse-textured soils of Cholistan desert. Irrigation and Drainage. J. Int. Commission Irrig. Drain. 58, 469–481. doi: 10.1002/ird.v58:4 CrossRef Google Scholar

20. Kaneko T., Murakawa M., Kozai N., Mitsugi K. (2002). Desalting technique for illuviated salts soil at paddy field by using underdrainage. J. Japan. Soc. Irrig. Drain. Reclam. Eng. 70(7). Google Scholar

21. Krishnamurthy L., Serraj R., Rai K. N., Hash C. T., Dakheel A. J. (2007). Identification of pearl millet [Pennisetum glaucum (L.) R. Br.] lines tolerant to soil salinity. Euphytica 158, 179–188. doi: 10.1007/s10681-007-9441-3 CrossRef Google Scholar

22. Kumar R., Goyal V., Kuhad M. S. (2005). Influence of fertility salinity interactions on growth, water status and yield of Indian mustard (Brassica juncea). Indian Plant Physiol. 10, 139–144. Google Scholar

23. Kumar A., Lata C., Krishnamurthy S. L., Kumar A., Prasad K. R. K., Kulshreshtha N. (2017). Physiological and biochemical characterization of rice varieties under salt and drought stresses. J. Soil Salinity Water Quality. 9, 167–177. Google Scholar

24. Lakhdar A., Rabhi M., Ghnaya T., Montemurro F., Jedidi N., Abdelly C. (2009). Effectiveness of compost use in salt-affected soil. J. Hazard Mater. 171, 29–37. doi: 10.1016/j.jhazmat.2009.05.132 CrossRef Google Scholar

25. Lu P., Zhang Z., Feng G., Huang M., Shi X. (2018). Experimental study on the potential use of bundled crop straws as subsurface drainage material in the newly reclaimed coastal land in Eastern China. Water 10, 31. doi: 10.3390/w10010031 CrossRef Google Scholar

26. Makarana G., Yadav R. K., Kumar R., Soni P. G., Yadav T., Yadav M. R., et al. (2017). Fodder yield and quality of pearl millet (Pennisetum glaucum L.) Genotypes as influenced by salinity of irrigation water in north western India. Indian J. Anim. Nutr. 34, 56–63. doi: 10.5958/2231-6744.2017.00009.3 CrossRef Google Scholar

27. Manjili F. A., Sedghi M., Pessarakli M. (2012). Effects of phytohormones on proline content and antioxidant enzymes of various wheat cultivars under salinity stress. J. Plant Nutr. 35, 1098–1111. doi: 10.1080/01904167.2012.671411 CrossRef Google Scholar

28. Minhas P. S. (1996). Saline water management for irrigation in India. Agric. Water manage. 30, 1–24. doi: 10.1016/0378-3774(95)01211-7 CrossRef Google Scholar

29. Mostafa A. Z., Amato M., Galal Y. G. M., Hamdi A., Lotfy S. M. (2012). Effects of Irrigation with saline water and soil type on germination and seedling growth of sweet maize (Zea Mays L.). Arab J. Nucl. Sci. Applic. 45, 537–547. Google Scholar

30. Nadaf S. K., Al-Hinai S. A., Al-Farsi S. M., Al-Lawati A. H., Al-Bakri A. N., Ahmed M., et al. (2010). Differential response of salt tolerant pearl millet genotypes to irrigation water salinity. In Mushtaque A., Al-Rawahi S. A., Hussain N. (Eds.), Management of Salt-Affected Soils and Water for Sustainable Agriculture (pp. 47–60). Oman: Sultan Qaboos University. Google Scholar

31. Neha, Yadav G., Yadav R. K., Kumar A., Rai A. K., Onishi J. (2022d). Effect of Cut-soiler PSSD on growth, fodder yield and quality of pearl millet crop using saline irrigation water. Forage Res. 47, 441–447. Google Scholar

32. Neha, Yadav G., Yadav R. K., Kumar A., Rai A. K., Onishi J., et al. (2022b). Salt Removal through Residue Filled Cut-Soiler Simulated Preferential Shallow Subsurface Drainage Improves Yield, Quality and Plant Water Relations of Mustard (Brassica juncea L.). Sustainability 14, 4146. doi: 10.3390/su14074146 CrossRef Google Scholar

33. Neha, Yadav G., Yadav R. K., Kumar A., Rai A. K., Onishi J., et al. (2022c). Response of saline water irrigated mustard crop growth and yield under Cut-soiler PSSD salinity management. AMA, Agricultural Mechanization in Asia, Africa and Latin America 53, 6025–6037. Google Scholar

34. Neha, Yadav G., Yadav R. K., Kumar A., Rai A. K., Sehwag M., et al. (2022a). Desalinization effect of simulated Cut-soiler based residue filled preferential shallow sub surface drainage improves physiology and yield of rainfed pearl millet in saline semiarid regions. Land Degrad. Dev. 33, 1758–1770. doi: 10.1002/ldr.4237 CrossRef Google Scholar

35. Okuda Y., Onishi J., Shirokova Y. I., Kitagawa I., Kitamura Y., Fujimaki H. (2018). Salt removal technology by shallow subsurface drainage in combination with a cut-drain. J. Arid Land Stud. 28, 127–130. doi: 10.14976/jals.28.S_127 CrossRef Google Scholar

36. Pessarakli M., Szabolcs I. (2019). Soil salinity and sodicity as particular plant/crop stress factors. In Handbook of Plant and Crop Stress (Fourth Edition, pp. 3–21). CRC Press. Google Scholar

37. Prakash R., Singh V., Diwedi A., Popat R. C., Kumari S., Kumar N., et al. (2021). Sewage sludge impacts on yields, nutrients and heavy metals contents in pearl millet–wheat system grown under saline environment. Int. J. Plant Product. 15, 93–105. doi: 10.1007/s42106-020-00122-4 CrossRef Google Scholar

38. Qadir M., Noble A. D., Qureshi A. S., Gupta R. K., Yuldashev T., Karimov A. (2009). Salt-induced land and water degradation in the Aral Sea basin: A challenge to sustainable agriculture in Central Asia. Natural Resources Forum 33, 134–149. Google Scholar

39. Qadir M., Quillerou E., Nangia V., Murtaza G., Singh M., Thomas R. J., et al. (2014). Economics of salt-induced land degradation and restoration. Nat. Resour. Forum. 38, 282–295. doi: 10.1111/1477-8947.12054 CrossRef Google Scholar

40. Radford P. J. (1967). Growth analysis formulae-their use and abuse. Crop Sci. 7, 171–175. doi: 10.2135/cropsci1967.0011183X000700030001x CrossRef Google Scholar

41. Ragab A. A. M. M., Hellal F. A., Abd El-Hady M. (2008). Irrigation water salinity effects on some soil water constants and plant. In Twelfth International Water Technology Conference Proceedings (Vol. 12, pp. 1–14). Alexandria, Egypt: IWTC. Google Scholar

42. Rai A. K., Basak N., Soni P. G., Kumar S., Sundha P., Narjary B., et al. (2022). Bioenergy sorghum as balancing feedback loop for intensification of cropping system in salt-affected soils of the semi-arid region: Energetics, biomass quality and soil properties. Eur. J. Agron. 134, 126452. doi: 10.1016/j.eja.2021.126452 CrossRef Google Scholar

43. Raju R., Singh K., Kumar P., Kumar S., Tripathi R. S. (2016). Reclamation of saline soils through subsurface drainage technology in Haryana–an economic impact analysis. J. Soil Salinity Water Quality. 8, 194–201. Google Scholar

44. Richards L. A. (1954). Diagnosis and improvement of saline and alkali soils. USDA Agriculture Handbook (Vol. 60, p. 160). Washington, D.C: United States Department of Agriculture. Google Scholar

45. Sarker U., Oba S. (2020). The response of salinity stress-induced A. tricolor to growth, anatomy, physiology, non-enzymatic and enzymatic antioxidants. Front. Plant Sci. 11, 559876. doi: 10.3389/fpls.2020.559876 CrossRef Google Scholar

46. Sharma D. K., Thimmppa K., Chinchmalatpure A. R., Mandal A. K., Yadav R. K., Choudhari S. K., et al. (2015). Assessment of Production and Monetary Losses from Salt-affected Soils in India. Technical Bulletin: ICAR-CSSRI/Karnal/Tech.Bulletin/2015/. Karnal: ICAR-Central Soil Salinity Research Institute. Google Scholar

47. Sharma D. P., Tyagi N. K. (2004). On-farm management of saline drainage water in arid and semi-arid regions. Irrig. drainage. 53, 87–103. doi: 10.1002/ird.v53:1 CrossRef Google Scholar

48. Shrivastava P., Kumar R. (2015). Soil salinity: A serious environmental issue and plant growth promoting bacteria as one of the tools for its alleviation. Saudi J. Biol. Sci. 22, 123–131. doi: 10.1016/j.sjbs.2014.12.001 CrossRef Google Scholar

49. Silva E. N., Ribeiro R. V., Ferreira-Silva S. L., Viégas R. A., Silveira J. A. G. (2015). Salt stress-induced damages on the photosynthesis of Physalis angulata associated with the induction of oxidative stress. Plant Physiol. Biochem. 86, 126–137. doi: 10.1590/S0103-90162011000100010 CrossRef Google Scholar

50. Singh A., Panda A. S. (2011). Effect of saline irrigation water on mustard (Brassica juncea) crop yield and soil salinity in a semi-arid area of North India. Exp. Agricult. 48, 99–110. doi: 10.1017/S0014479711000780 CrossRef Google Scholar

51. Singh J., Sharma P. C. (2016). Comparative effects of soil and water salinity on oil quality parameters of Brassica juncea. J. Oilseed Brassica. 7, 29–37. Google Scholar

52. Singh J., Sharma P. C., Singh V., Sharma D. K., Sharma S. K., Singh Y. P., et al. (2019). CS58: new high yielding, salt and alkaline tolerant cultivar of Indian mustard. Crop Breed. Appl. Biotechnol. 19, 451–455. doi: 10.1590/1984-70332019v19n4c63 CrossRef Google Scholar

53. Soni P. G., Basak N., Rai A. K., Sundha P., Chandra P., Yadav R. K. (2023). Occurrence of salinity and drought stresses: status, impact, and management. In Salinity and Drought Tolerance in Plants: Physiological Perspectives (pp. 1–28). Singapore: Springer Nature Singapore. Google Scholar

54. Soni P. G., Basak N., Rai A. K., Sundha P., Narjary B., Kumar P., et al. (2021). Deficit saline water irrigation under reduced tillage and residue mulch improves soil health in sorghum-wheat cropping system in semi-arid region. Sci. Rep. 11, 1–3. doi: 10.1038/s41598-020-80364-4 CrossRef Google Scholar

55. Statistical Analysis System. (2001). User's Guide: Statistics, Version 8.2. SAS Institute, NC, USA. Google Scholar

56. Szabolcs I. (1989). Salt-affected soils (274 pp.). Boca Raton: CRC Press. Google Scholar

57. Tillack A., Clasen A., Kleinschmit B., Förster M. (2014). Estimation of the seasonal leaf area index in an alluvial forest using high-resolution satellite-based vegetation indices. Remote Sens. Environ. 141, 52–63. doi: 10.1016/j.rse.2013.10.018 CrossRef Google Scholar

58. Tripathi M. K., Chaturvedi S., Shukla D. K., Mahapatra B. S. (2010). Yield performance and quality in Indian mustard (Brassica juncea) as affected by integrated nutrient management. Indian J. Agron. 55, 138–142. doi: 10.59797/ija.v55i2.4731 CrossRef Google Scholar

59. Wahid A., Rasul E., Rao R., Iqbal R. (2005). Photosynthesis in leaf, stem, flower and fruit. Handb. photosynth. 2, 479–497. Google Scholar

60. Wang F. (2021). Characterize soil salinity at multiple depth using electromagnetic induction and remote sensing data with random forests: A case study in Tarim River Basin of southern Xinjiang, China. Sci. Total Environ. 754, 142030. doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.142030 CrossRef Google Scholar

61. Wei Y., Ding J., Yang S., Wang F., Wang C. (2021). Soil salinity prediction based on scale-dependent relationships with environmental variables by discrete wavelet transform in the Tarim Basin. Catena 196, 104939. doi: 10.1016/j.catena.2020.104939 CrossRef Google Scholar

62. Yadav T., Kumar A., Yadav R. K., Yadav G., Kumar R., Kushwaha M. (2020). Salicylic acid and thiourea mitigate the salinity and drought stress on physiological traits governing yield in pearl millet–wheat. Saudi J. Biol. Sci. 27, 2010–2017. doi: 10.1016/j.sjbs.2020.06.030 CrossRef Google Scholar

63. Yadav R. K., Singh S. P., Lal D., Kumar A. (2007). Fodder production and soil health with conjunctive use of saline and good quality water in ustipsamments of a semi-arid region. Land Degrad. Dev. 18, 153–161. doi: 10.1002/ldr.v18:2 CrossRef Google Scholar

Neha, Yadav G, Yadav RK, Kumar A, Rai AK, Prasad G, Kumar S, Narjary B, Onishi J, Omori K and Chaudhari SK (2024) Cut-soiler-constructed residue-filled preferential shallow sub-surface drainage improves the performance of mustard-pearl millet cropping system in saline soils of semi-arid regions. Front. Agron. 6:1492505. doi: 10.3389/fagro.2024.1492505

Перевод статьи «Cut-soiler-constructed residue-filled preferential shallow sub-surface drainage improves the performance of mustard-pearl millet cropping system in saline soils of semi-arid regions» авторов Neha, Yadav G, Yadav RK, Kumar A, Rai AK, Prasad G, Kumar S, Narjary B, Onishi J, Omori K and Chaudhari SK., оригинал доступен по ссылке. Лицензия: CC BY. Изменения: переведено на русский язык