In intercropping systems shading conditions significantly impair the seed yield and quality of soybean, and rarely someone investigated the minimum amount of light requirement for soybean growth and development. Therefore, it is an urgent need to determine the threshold light intensity to ensure sustainable soybean production under these systems. An integrated approach combining morphology, physiology, biochemistry and genetic analysis was undertaken to study the light intensity effects on soybean growth and development. A pot experiment was set up in a growth chamber under increasing light intensity treatments of 100 (L100), 200 (L200), 300 (L300), 400 (L400), and 500 (L500) μmol m-2 s-1. Compared with L100, plant height, hypocotyl length, and abaxial leaf petiole angle were decreased, biomass, root:shoot ratio, and stem diameter were increased, extremum was almost observed in L400 and L500. Leaf petiole movement and leaf hyponasty in each treatment has presented a tendency to decrease the leaf angle from L500 to L100. In addition, the cytochrome content (Chl a, Chl b, Car), net photosynthetic rate, chlorophyll fluorescence values of Fv/Fm, Fv' / Fm' , ETR, ΦPSII, and qP were increased as the light intensity increased, and higher values were noted under L400. Leaf microstructure and chloroplast ultrastructure positively improved with increasing light intensity, and leaf-thickness, palisade, and spongy tissues-thickness were increased by 105, 90, and 370%, under L500 than L100. Moreover, the cross-sectional area of chloroplast (C) outer membrane and starch grains (S), and sectional area ratio (S:C) was highest under L400 and L500, respectively. Compared to L100, the content of starch granules increased by 35.5, 122.0, 157.6, and 145.5%, respectively in L400. The same trends were observed in the enzyme activity of sucrose-synthase, sucrose phosphate synthase, starch synthase, rubisco, phosphoenol pyruvate carboxykinase, and phosphoenol pyruvate phosphatase. Furthermore, sucrose synthesis-related genes were also up-regulated by increasing light intensity, and the highest seed yield and yield related parameters were recorded in the L400. Overall, these results suggested that 400 and 500 μmol m-2 s-1 is the optimum light intensity which positively changed the leaf orientation and adjusts leaf angle to perpendicular to coming light, consequently, soybean plants grow well under prevailing conditions.

Global pressures on the land require a shift to efficient land uses that meet economic and dietary demands and are within planetary boundaries. Important anthropogenic emissions from sugarcane fields around the world and sluggish consumption of resources during the initial canopy growth of this crop provide a chance to leverage the potential of intercropping to make better use of the available resources. We conducted this study to test whether intercropped soybean with appropriate spatial arrangements have the potential to yield near to its sole system by taking up the under-utilized land and nutrients during the initial 3–4 months of the sugarcane growth. A three-year field study (2020–2022) was conducted to analyze the effects of different spatial arrangements on sugarcane/soybean intercropping (two soybean rows intercropped between every two sugarcane rows; 2S2Sc, and three soybean rows intercropped between every two sugarcane rows; 3S2Sc) and compare them with corresponding sole systems in terms of crop growth, nitrogen (N) and phosphorus (P) uptake, grain/cane yields, land productivity, and economic returns. Results showed that intercrops achieved 91–94% of sole cane yield and 66–81% of sole soybean grain yield, which was mainly due to the improved canopy cover resulting from soybean intercropping during the early cane growth in 2S2Sc and 3S2Sc. The land productivity and nutrient use advantage under sugarcane/soybean intercropping, estimated as the total land equivalent ratios for land, N, and P, were 1.58–1.75 (LERL), 1.72–1.87 (LERN), and 1.38–1.67 (LERP), respectively, which in turn substantially increased the net profit of 2S2Sc (USD 2191, 1426, and 1014 ha-1) and 3S2Sc (USD 1888, 1190, and 780 ha-1) compared to sole sugarcane (USD 1752, 967, and 575 ha-1) in 2020–21, 2021–22, and 2022–23, respectively. The increase in net profit under intercropping was mainly due to the additional soybean grain yield that was obtained from the capture of resources that are not used by sugarcane during its early canopy development phase, most importantly, without investing any extra capital on land preparation, irrigation, labor, and fertilizers. Our results show that sugarcane/soybean intercropping could be adopted as a potential cropping system for obtaining higher yields with reduced cultivation and anthropogenic inputs (N and P), and it will put less pressure on the environment than sole sugarcane cropping system by increasing production without increase in inputs and lowering the land requirement of the agricultural output.

One of the important limiting nutrients in Wheat production is Phosphorus (P) which is depleting rapidly and may be exhausted till 2050. So, it is important to screen crop genotypes which have ability to efficiently use applied P. Therefore, P-use efficiency (PUE) in farming systems is needed to improve. Thus, morphological and physiological traits evaluation of selected wheat landraces in enhancing phosphorus use efficiency (PUE) under adequate and limited phosphorus (P) application was studied. Thirty wheat landraces were acquired from Plant Genetic Resource Institute (PGRI), National Agricultural Research Centre (NARC) Islamabad. Landraces were evaluated in a greenhouse experiment against two levels of P (20 and 100 mg/kg of soil). Plants were sampled after 50 days of sowing to evaluate agronomic and physiological parameters. Landraces 11635 and 11636 significantly improved agronomic and physiological parameters at both levels of P. Phosphorus uptake ability, dry matter, P concentration, and alkaline phosphatase activity in rhizospheric soil was enhanced. Wheat landraces 11634, 11635, 11008, 11636, 11353, 11356, 11358, 11360, 11362, 11645, 11364, 11640 and 11412 were recognized as P efficient due to improved PUE. Data analysis revealed significant variations (p≤0.05) among wheat landraces for plant fresh and dry weight, root and shoot length, P concentration, P uptake, PUE, and alkaline phosphatase activity. Evaluation of existing germplasm is a prerequisite to develop P efficient crop cultivars. There is a dire need to evaluate landraces under field conditions to develop low P input assessment criteria for development of P efficient wheat varieties.

This study focuses on screening drought-tolerant and sensitive genotypes of Brassica napus L. (an important oilseed crop in Pakistan) and investigates their morpho-physiological responses to sulphur-coated urea (SCU) under drought conditions. Genotypes were categorized into highly drought tolerant (HDT), moderately drought tolerant (MDT), and highly drought sensitive (HDS) through hierarchical cluster analysis. Out of 100 genotypes, 20 were HDT, 30 were MDT, and 50 were HDS. Three genotypes from each category were subjected to two drought levels (80% field capacity and 50% field capacity) and were treated with SCU, urea, or no nitrogen. Key parameters such as leaf relative water content, chlorophyll content, excised leaf water loss, and membrane stability index (MSI) were recorded. Drought-tolerant genotypes performed well in both germination and seedling stages, showing higher excised leaf water loss, relative water content, chlorophyll values, seed weight, and yield-related traits. Initially, five concentrations of PEG-6000 (5% to 25%) were tested to determine optimal levels for screening drought tolerance. Results showed that 25% PEG-6000 induced 50% drought injury index (DII), making it the most promising concentration. Various morpho-physiological traits such as germination rate, shoot/root length, fresh and dry weight, and drought tolerance indices were assessed. The study concluded that drought-tolerant genotypes responded positively to SCU application, making them suitable for cultivation in water-scarce regions of Pakistan.