Effect of tillage systems combined with plastic film mulches and fertilizers on soil physical properties in a wheat-agricultural site in southern Iraq

Abstract

This study researches the influence of the three tillage systems (conventional, economical and mulch tillage) when combined with different soil plastic mulching and fertilizer applications on key selected soil physical properties (SPP) at 0-20 cm soil depth in a wheat agricultural site, during summer (from 1st June to 31st July 2015). SPP include soil porosity (Φ), volumetric soil water content 60 days after irrigation to field capacity (θ60), and mean weight diameter of aggregates (MWD). The term mulch tillage refers here to a soil conservation practice where the soil surface is disturbed by tillage whereby crop residues are mixed with the soil and a certain amount of residues remain on the soil surface, while mulching refers to the placement of inorganic material over the top of a soil surface to protect it. Soil treatments included tillage system: conventional tillage using a combination of a mouldboard plough and a disc harrow (MP+DH), economical tillage using a rotary cultivator (RC), and mulch tillage using a chisel plough (MT+CP); soil plastic mulching: transparent mulching (TM), black mulching (BM) of 200 cm wide with 0.05 cm thick, and without mulching (WM); and fertilisers: composed organic fertiliser (CoF), no-composed organic fertiliser (NoF), and chemical fertiliser (ChF). The split–split-plot design under the randomized complete block design (RCBD) was established in 27 treatments with 3 replicated, to map Φ, θ60, and MWD based on 81 soil samples from all treatments. Results showed that the different soil treatments have diverse impacts on SPP. MP+DH resulted in the higher θ60 (0.22 cm3 cm-3), MWD (0.85 mm), and Φ (56.87%). Our findings showed that MT+CP obtained a higher MWD of 0.98 mm and lower Φ of 49% compared to other tillage systems. Soil mulching had significantly modified SPP, with BM resulting in the highest Φ (55.65%), θ60 (0.35 cm3 cm-3), and MWD (1.06 mm). Results indicated no significant differences between fertiliser types on SPP. The CoF had a significant effect on MWD and related soil characteristics studied. These findings can help us to understand the individual and combined effects of the tillage system, mulching, and fertilization application on some soil characteristics in wheat agriculture. A further study with more focus on the influence of tillage depths and mulching types (plastic vs organic mulch for different crops) under a variety of soils and climatic conditions, as well as on soil thermal properties needs further investigation.

Este estudio investiga la influencia de tres sistemas de labranza (convencional, económico y con mantillo) cuando se combinan con diferentes aplicaciones de fertilizantes y cobertura plástica del suelo en propiedades físicas del suelo (SPP), a 0-20 cm de profundidad, en un área agrícola de trigo, durante el verano (del 1 de junio al 31 de julio de 2015). Los SPP incluyen la porosidad del suelo (Φ), el contenido volumétrico de agua del suelo 60 días después del riego a capacidad de campo (θ60) y el diámetro medio ponderado de los agregados (MWD). El término cultivo con mantillo se refiere aquí a una práctica de conservación en la que la superficie del suelo es alterada por la labranza, de modo que los residuos del cultivo se mezclan con el suelo y una cierta cantidad de estos residuos permanece en la superficie del suelo. El mulching se refiere a la colocación de material inorgánico sobre la superficie del suelo para protegerlo. Los tratamientos del suelo incluyeron el sistema de labranza convencional que utiliza una combinación de arado de vertedera y grada de discos (MP+DH), labranza económica que usa un cultivador rotativo (RC) y labranza de cobertura que utiliza un arado de cincel (MT+CP); mulching plástico del suelo: mulching transparente (TM), mulching negro (BM) de 200 cm de ancho con 0,05 cm de espesor, y sin mulching (WM); y fertilizantes: fertilizante orgánico compuesto (CoF), fertilizante orgánico no compuesto (NoF) y fertilizante químico (ChF). El diseño de parcelas subdivididas bajo el diseño de bloques completos al azar (RCBD) se estableció en 27 tratamientos con 3 repeticiones, para cartografiar Φ, θ60 y MWD en base a 81 muestras de suelo con todos los tratamientos. Los resultados mostraron que los diferentes tratamientos del suelo tienen diversos impactos en SPP. MP+DH alcanzó el mayor θ60 (0,22 cm3 cm-3), MWD (0,85 mm) y Φ (56,87%). Por otro lado, MT+CP obtuvo un MWD mayor de 0,98 mm y un Φ menor de 49% en comparación con otros sistemas de labranza. El mantillo del suelo modificó significativamente el SPP, con BM alcanzando el mayor Φ (55,65%), θ60 (0,35 cm3 cm-3) y MWD (1,06 mm). Los resultados no indicaron diferencias significativas entre los tipos de fertilizantes en SPP. El CoF tuvo un efecto significativo en MWD y se relacionó con las características del suelo estudiadas. Estos hallazgos pueden ayudarnos a comprender los efectos individuales y combinados del sistema de labranza, el mulching y la aplicación de fertilizantes en algunas características del suelo en el cultivo del trigo. Un estudio más centrado en la influencia de las profundidades de labranza y los tipos de mulchings (mulching de plástico versus mulching orgánico para diferentes cultivos) en una variedad de suelos y condiciones climáticas, así como en las propiedades térmicas del suelo, necesitaría una investigación más profunda.