قيمت هذه الدراسة آثار التسميد العضوي وتطبيقات المحفزات الحيوية على الشمر تحت الظروف الحقلية في مصر. تم الحصول على أعلى المحاصيل عند استخدام 600 L ha⁻1 من شاي الكومبوست بالتزامن مع Azolla أو Spirulina. وقد عززت هذه المعاملة من إنتاجية وجودة الزيت الأساسي للشمر.
مقالة بحثية
التسميد العضوي والمحفزات الحيوية تعمل على تحسين النمو والإنتاجية وإنتاج الزيوت الأساسية في الشمر (Foeniculum vulgare): دراسة ميدانية
في هذه المقالة
ملخص
الملخص
أُجريت الدراسة الحالية على مدار موسمين متتاليين (2023/24 و 2024/25) في المزرعة التجريبية بمحطة بحوث البساتين بالقصاصين، محافظة الإسماعيلية، مصر، لتقييم استجابة نباتات الشمر (Foeniculum vulgare Mill.) للتسميد العضوي وتطبيقات المحفزات الحيوية. اتبعت التجربة تصميم القطع المنشقة (split-plot design)، حيث خُصصت ثلاثة مستويات من شاي الكومبوست (360، 480، و 600 L ha⁻1) للقطع الرئيسية، بينما وُزعت خمس معاملات من المحفزات الحيوية (معاملة المقارنة، ومستخلصات Azolla، و Spirulina، و Nostoc، و Chlorella) على القطع المنشقة، مما نتج عنه 15 تركيبة علاجية. وتم تقييم معاملات النمو الخضري، ومكونات المحصول، ومحتوى الزيت العطري (EO)، وإنتاجية الزيت للنبات الواحد وللهكتار الواحد. أدت مستويات شاي الكومبوست الأعلى، لا سيما 600 L ha⁻1 (Ct3)، مقترنة بالمحفزات الحيوية Azolla (F2) أو Spirulina (F3)، باستمرار إلى زيادة إنتاجية الزيت للنبات وللهكتار، حيث حققت التركيبة Ct3 × F3 أقصى إنتاجية (55.58 kg ha⁻1 في الموسم الأول و 58.85 kg ha⁻1 في الموسم الثاني). ودعم تحليل المكونات الرئيسية هذه النتائج، مما يشير إلى أن التحسينات في المحصول كانت مرتبطة بزيادات منسقة في السمات المتعلقة بالزيت بدلاً من عامل مساهم واحد. وتشير هذه النتائج إلى أن Ct3 مقترناً بـ F2 أو F3 كان المعاملة الأكثر فعالية لتحسين إنتاجية الزيت وجودته في الظروف الحقلية.
المقدمة
يعتبر الشمر (F. vulgare Mill.) نباتاً طبياً وعطرياً يُزرع على نطاق واسع ويُقدر لبذوره وزيته الأساسي اللذين يمتلكان خصائص دوائية، ومضادة للبكتيريا، ومضادة للالتهابات، ومضادة للأكسدة1,2,3,4,5. ويفرض الطلب المتزايد على المنتجات المشتقة من الشمر في الصناعات الدوائية والغذائية والطبية الغذائية ضغوطاً على أنظمة الإنتاج لتعزيز المحصول وجودة الزيت مع تقليل التأثير البيئي.
تعتمد زراعة الشمر التقليدية بشكل كبير على الأسمدة المعدنية لتحقيق إنتاجية عالية. ومع ذلك، ارتبط الاستخدام المفرط للمدخلات الاصطناعية بمخاوف تتعلق بالاستدامة على المدى الطويل، بما في ذلك انخفاض النشاط الميكروبي وتدهور التربة5. وقد أدت هذه التحديات إلى زيادة الاهتمام باستراتيجيات التسميد العضوي، وخاصة المخصبات القائمة على السماد العضوي (الكومبوست)، والتي تعمل على تحسين بنية التربة، والنشاط البيولوجي، وتوافر العناصر الغذائية6.
برز شاي الكمبوست، وهو مستخلص مائي مهوى من الكمبوست الناضج، كمحسن عضوي واعد نظرًا لمحتواه من العناصر الغذائية الذائبة والأحماض العضوية والكائنات الحية الدقيقة المفيدة7. وقد تبين أن تطبيق شاي الكمبوست عبر أنظمة الري يعزز نمو النباتات وامتصاص العناصر الغذائية مع تقليل الاعتماد على الأسمدة الكيميائية8. وبالتوازي مع ذلك، جذبت النباتات المائية والطحالب الدقيقة مثل Azolla وSpirulina وNostoc وChlorella الاهتمام كمحفزات حيوية بسبب مستوياتها العالية من الأحماض الأمينية والهرمونات النباتية والفيتامينات والمعادن7,9,10. وأفادت التقارير بأن التطبيق الورقي لهذه المستخلصات يؤدي إلى تحسين النمو وتراكم الكتلة الحيوية والإنتاجية في مختلف المحاصيل البستانية8,11,12.
على الرغم من تزايد الأدلة التي تدعم الفوائد الفردية لشاي الكومبوست والمحفزات الحيوية، إلا أن تطبيقها المشترك في الظروف الميدانية لا يزال غير مدروس بشكل كافٍ، ولا سيما في المحاصيل الطبية مثل الشمر. لقد ركزت معظم الدراسات السابقة على مدخلات فردية أو بيئات محكومة، مما ترك حالة من عدم اليقين بشأن آثارهما التفاعلية على النمو الخضري ومكونات المحصول وإنتاج الزيت الأساسي ضمن أنظمة الزراعة التجارية.
ولسد هذه الفجوة، قيمت الدراسة الحالية التأثيرات المشتركة لأربعة مستخلصات محفزات حيوية متميزة وثلاثة مستويات من تطبيقات شاي الكمبوست على نمو الشمر وإنتاجيته وإنتاج الزيوت الأساسية في ظل ظروف الحقل المفتوح والري بالتنقيط. تقدم هذه الدراسة منهجاً ميدانياً محدداً بوضوح لدمج شاي الكمبوست المطبق على التربة مع المحفزات الحيوية الورقية، وتوفر رؤى حول استراتيجيات الإدارة المستدامة للمغذيات القابلة للتطبيق في المناطق القاحلة وشبه القاحلة.
البروتوكول
شملت هذه الدراسة المواد النباتية فقط ولم تتضمن تجارب تشمل البشر أو الحيوانات؛ وبناءً على ذلك، لم تكن هناك حاجة للحصول على موافقة أخلاقية. الأدوات البحثية المستخدمة في هذا البروتوكول مدرجة في جدول المواد.
1. موقع التجربة
أُجريت التجربة خلال موسمي 2023/24 و2024/25 في المزرعة التجريبية لمحطة بحوث البساتين بالقناصين، محافظة الإسماعيلية، مصر (30°53′ شمالاً، 31°56′ شرقاً)، لتقييم استجابة نباتات الشمر (F. vulgare Mill.) للتسميد العضوي وتطبيقات المحفزات الحيوية. وقد سُجلت الظروف المناخية خلال فترة النمو (نوفمبر–أبريل) بواسطة محطة أرصاد الإسماعيلية. وتراوحت متوسطات درجات الحرارة الدنيا والقصوى للهواء بين 12–18 °C و 22–30 °C على التوالي، بينما تراوحت الرطوبة النسبية بين 50%–65%. ولم يتم تسجيل أي ظواهر جوية متطرفة خلال فترات التجربة (الشكل 1).
الشكل 1: تمثيل تخطيطي للتصميم التجريبي بنظام القطع المنشطرة، يوضح مستويات شاي الكمبوست المخصصة للقطع الرئيسية ومعاملات المحفزات الحيوية الموزعة داخل القطع المنشطرة عبر ثلاث مكررات. تمثل Ct.1 و Ct.2 و Ct.3 قيم 360 و 480 و 600 لتر لكل هكتار (ha) كتطبيق على التربة، بينما يمثل الرش الورقي F.1 و F.2 و F.3 و F.4 و F.5 تركيز 2 cm3/L من الماء لكل من مستخلصات الشاهد، و Azolla، و Spirulina، و Nostoc، و Chlorella على التوالي. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
2. المادة النباتية
تم الحصول على بذور الشمر من قسم بحوث النباتات الطبية والعطرية بمعهد بحوث البساتين التابع لمركز البحوث الزراعية في الدقي، الجيزة، مصر. زُرعت البذور في مشاتل خلال الأسبوع الأول من شهر نوفمبر، ثم جرى لاحقاً تخفيف الشتلات لتصبح نبتة واحدة لكل تلة بعد مرحلة التثبيت.
3. أخذ عينات التربة وتحليلها
قبل تحضير التربة، جُمعت عينات تربة مركبة (بعمق 0–30 cm)، وجُففت هوائيًا، ثم نُخلت باستخدام منخل بفتحات 2 mm، وحُللت خصائصها الفيزيائية والكيميائية وفقًا للبروتوكولات القياسية13,14 (الجدول 1).
| توزيع حجم الجسيمات (%) | الفئة القوامية | *المادة العضوية (%) | |||||||
| رمل خشن | رمل ناعم | غرين | طين | ساندي | 0.48 | ||||
| 80.65 | 14.06 | 3.8 | 1.49 | ||||||
| الرقم الهيدروجيني (pH) | الموصلية الكهربائية dS/m | النسبة المئوية للنوع (SP %) | الكاتيونات (مكافئ/لتر) | الأنيونات (مكافئ/لتر) | |||||
| Ca++ | Mg++ | الصوديوم+ | K+ | HCO3- | كلور- | ثاني أكسيد الكبريت4 | |||
| 8 | 0.79 | 28 | 4 | 2.68 | 1.79 | 0.61 | 1.4 | 4.38 | 2.98 |
| *O.M.(%): المادة العضوية | |||||||||
الجدول 1: الخصائص الفيزيائية والكيميائية للتربة التجريبية. تشمل السمات توزيع حجم الجسيمات، والفئة القوامية، ومحتوى المادة العضوية، والـ pH، والموصلية الكهربائية، ونسبة التشبع، والكاتيونات والأنيونات الرئيسية.
4. المخطط التجريبي
اتبعت التجربة تصميم القطاعات العشوائية الكاملة المنشقة مع ثلاث مكررات. حيث تم تخصيص مستويات شاي الكومبوست للقطاعات الرئيسية، ومعاملات المحفزات الحيوية للقطاعات المنشقة (الشكل 2). بلغت مساحة كل قطعة 8.4 m2 واحتوت على 24 نباتاً مرتبة في ثلاثة صفوف (بطول 4 m)، مع ترك مسافة 70 cm بين الصفوف و 50 cm بين النباتات داخل الصف الواحد.
طُبقت الري بالتنقيط باستخدام منقطات توفر 4 L h⁻1 لكل تلة لمدة 1 h كل يومين. ولمنع التداخل بين المعاملات، تُرك خط واحد بين القطع دون زراعة ليكون منطقة عازلة.
تلقّت جميع القطع التجريبية 24 t ha⁻1 من السماد العضوي (compost) أثناء تحضير التربة قبل أسبوعين من الزراعة. طُبقت الأسمدة المعدنية بنسبة 50% من الجرعة الموصى بها (RD): 360 kg ha⁻1 من كبريتات الأمونيوم (20.6% N)، و240 kg ha⁻1 من سوبر فوسفات الكالسيوم (15.5% P₂O₅)، و120 kg ha⁻1 من كبريتات البوتاسيوم (48% K₂O). أضيفت أسمدة النيتروجين والبوتاسيوم على ثلاث جرعات متساوية بفواصل زمنية مدتها 15 يوماً، بينما أضيف سماد الفوسفور كجرعة أساسية واحدة. تم اتباع الممارسات الزراعية القياسية طوال فترة النمو.
الشكل 2: إنتاج الزيت لكل هكتار (kg ha⁻1) وزيادته النسبية مقارنة بمعاملة الشاهد (T1: Ct1 × F1) خلال الموسمين الأول (S1) والثاني (S2). يمثل Ct1 أدنى مستوى لشاي الكومبوست (360 L ha⁻1)، ويمثل F1 الشاهد غير المرشوش. تُعرف المعاملات كما يلي: T1 (Ct1 × F1)، وT2 (Ct1 × F2)، وT3 (Ct1 × F3)، وT4 (Ct1 × F4)، وT5 (Ct1 × F5)، وT6 (Ct2 × F1)، وT7 (Ct2 × F2)، وT8 (Ct2 × F3)، وT9 (Ct2 × F4)، وT10 (Ct2 × F5)، وT11 (Ct3 × F1)، وT12 (Ct3 × F2)، وT13 (Ct3 × F3)، وT14 (Ct3 × F4)، وT15 (Ct3 × F5). تمثل أشرطة الخطأ الأخطاء المعيارية للمتوسط (SEM). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
5. معالجات شاي السماد
تم استخلاص سماد نباتي ناضج هوائيًا في مياه عذبة لمدة 24–48 h. وكان شاي السماد الناتج يتميز بموصلية كهربائية تتراوح بين 1.2–1.6 dS m⁻1 وقيمة pH قاعدية قليلاً (7.5–8.0). تم تطبيق شاي السماد عن طريق الري بالتنقيط بمعدلات 360 أو 480 أو 600 L ha⁻1 على مدار فترة 16 أسبوعًا، بدأت بعد شهر واحد من الزراعة.
6. تحضير المحفز الحيوي وتطبيقه
تم تجانس الكتلة الحيوية الطازجة لكل من Azolla caroliniana وSpirulina platensis وNostoc muscorum وChlorella vulgaris في ماء مقطر بنسبة 1:10 (وزن/حجم)، ثم رُشحت وخُففت لتصل إلى تركيز نهائي قدره 2 cm3 L⁻1 (حوالي 1200 L ha⁻1). تم تحضير المستخلصات طازجة قبل الاستخدام، ورُشت على الأوراق ثلاث مرات خلال موسم النمو (بعد 30 و60 و90 يوماً من الزراعة) باستخدام رشاش يدوي حتى سيلان السائل.
7. البيانات المسجلة
معايير النمو الخضري
تم حصاد ست نباتات اختيرت عشوائياً من كل وحدة تجريبية بعد 65 يوماً من الزراعة. وقيس طول النبات (cm) من القاعدة إلى قمة الساق الرئيسية. كما سُجل الوزن الرطب الكلي للمجموع الخضري (g) والوزن الجاف (g)، حيث حُدد الوزن الجاف بعد تجفيف العينات في الفرن عند 70 °C لمدة 48 h حتى الوصول إلى وزن ثابت. وحُسب عدد الفروع لكل نبات كمتوسط عدد الفروع في النباتات التي تم أخذ عينات منها.
استخلاص الزيت العطري (EO)
تَم استخلاص الزيت العطري من 40 g من الثمار المجمعة باستخدام التقطير المائي لمدة 3 h، وفقاً للطريقة التي وصفها Miller15. تُرِك الزيت المستخلص دون تحريك لضمان الفصل التام16.
تقدير محتوى وإنتاجية الزيت الأساسي
حُسب محتوى الزيت العطري (% w/w) وفقاً لما يلي:
حيث:
WEO = وزن الزيت الأساسي المستخلص (g)
Wsample = الوزن الجاف لعينة النبات الخاضعة للتقطير المائي (g)
تَمَّ حساب إنتاج الزيت العطري لكل نبات على النحو التالي:
حيث أن:
DWplant = الوزن الجاف للعشبة بأكملها لكل نبات (g)
EO content = نسبة الزيت الأساسي على أساس الوزن الجاف (% w/w)
ملاحظة: افترضنا أن كثافة الزيت العطري تبلغ حوالي 1 g cm⁻3، مما يسمح بالتحويل من الغرامات إلى السنتيمترات المكعبة.
تم حساب إنتاج الزيت العطري لكل هكتار على النحو التالي:
حيث:
EO yieldplant - 1= إنتاج الزيت العطري لكل نبات (cm3)
Nplants = عدد النباتات لكل هكتار
1000 = معامل التحويل من cm3 إلى L
ملاحظة: استندت جميع حسابات إنتاجية الزيت إلى المادة الجافة لتجنب التباين المرتبط بمحتوى الرطوبة في النبات.
سمة الحصيلة
تم تسجيل عدد الخيم لكل نبات في مرحلة نضج الثمار عن طريق عد جميع الخيم في كل نبات.
8. التحليل الإحصائي
لكل صفة وموسم، تم اختبار ملاحظات مستوى المكررات من حيث التوزيع الطبيعي باستخدام اختبار شابيرو-ويلك (Shapiro–Wilk). وبما أنه لم يتم رصد انحرافات ذات دلالة إحصائية عن التوزيع الطبيعي (p > 0.05)، فقد تم تطبيق التحليل البارامتري. حُللت البيانات باستخدام تحليل التباين (ANOVA) لتصميم القطع المنشقة بواسطة برنامج Statistix 8.1 (Analytical Software, 2008)، وقورنت متوسطات المعاملات باستخدام اختبار أقل فرق معنوي (LSD)17.
أُجري تحليل المكونات الرئيسية (PCA) كأداة متعددة المتغيرات لتلخيص العلاقات بين السمات المقاسة. واستُخدمت القيم الذاتية (Eigenvalues) لتحديد المساهمة النسبية لكل مكون، كما استُخدم التصوير البياني ثنائي المخطط (biplot visualization) لمقارنة المعالجات والارتباطات بين السمات18.
النتائج
أشارت اختبارات Shapiro–Wilk إلى أن توزيعات جميع المتغيرات المقاسة لم تنحرف بشكل كبير عن التوزيع الطبيعي في كلا الموسمين (p > 0.05). وكشف تحليل التباين أن التفاعل بين مستوى شاي السماد (Ct) ومعاملة المنشط الحيوي الورقي (F) أثر بشكل كبير على سمات النمو الخضري، وعدد الخيمات، والسمات المتعلقة بالزيت (نسبة الزيت، وإنتاجية الزيت لكل نبات، وإنتاجية الزيت لكل هكتار) في كلا موسمي النمو.
استجابة الغلة مقارنة بمعاملة الشاهد
في الموسم الأول (الشكل 2)، زاد إنتاج الزيت لكل هكتار (Oy ha⁻1) تدريجياً مع زيادة مستوى شاي الكمبوست. حققت جميع معاملات Ct3 (600 L ha⁻1) إنتاجية زيت أعلى من معاملة المقارنة (T1: Ct1 × F1، 360 L ha⁻1 بدون رش ورقي). تم الحصول على أعلى إنتاجية زيت (55.58 kg ha⁻1) من Ct3 مدمجة مع Spirulina بتركيز 2 cm3 L⁻1 (T13)، وهو ما تجاوز بشكل ملحوظ معاملة المقارنة وجميع معاملات Ct1، متخطياً قيمة LSD (2.93 kg ha⁻1). وبالنسبة لمعاملة المقارنة، أظهرت هذه المعاملة زيادة ملحوظة في إنتاج الزيت لكل هكتار (الشكل 3).
الشكل 3: تحليل المكونات الرئيسية ثنائي المخطط لخمس عشرة معاملة متفاعلة، بناءً على أربع سمات خضرية، وعدد الخيمات لكل نبات، وثلاث سمات متعلقة بالزيت، باستخدام المكونين الأول والثاني؛ حيث تُمثل كل نقطة معاملة واحدة. يوضح الموقع داخل المخطط درجة التشابه أو الاختلاف بين المعاملات وفقاً لعوامل الإدخال (8 خصائص للنمو والزيت)؛ فكلما كانت النقاط أقرب لبعضها كانت أكثر تشابهاً، وكلما كانت متباعدة كانت أكثر تميزاً. PH: طول النبات (cm)، NB: عدد الفروع/النبات، HFW: الوزن الرطب الكلي للعشبة (g)، HDW: الوزن الجاف الكلي للعشبة (g)، O%: محتوى الزيت الأساسي، Oy/p: إنتاج الزيت لكل نبات (cm3)، Oy/ha: إنتاج الزيت لكل هكتار (L)، و NU: عدد الخيمات/النبات T1 (Ct1 × F1)، T2 (Ct1 × F2)، T3 (Ct1 × F3)، T4 (Ct1 × F4)، T5 (Ct1 × F5)، T6 (Ct2 × F1)، T7 (Ct2 × F2)، T8 (Ct2 × F3)، T9 (Ct2 × F4)، T10 (Ct2 × F5)، T11 (Ct3 × F1)، T12 (Ct3 × F2)، T13 (Ct3 × F3)، T14 (Ct3 × F4)، و T15 (Ct3 × F5). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
لوحظت اتجاهات مماثلة فيما يخص إنتاج الزيت لكل نبات وعدد الخيمات، مما يشير إلى أن المعاملات التي أنتجت كمية أعلى من الزيت لكل هكتار ارتبطت أيضاً بزيادة في الناتج التكاثري وتراكم الكتلة الحيوية. وتُعرض هذه العلاقات كروابط إحصائية بين السمات المقاسة دون استنتاج آليات سببية.
في الموسم الثاني، حقق المعاملة Ct3 × F3 (T13) مجدداً أعلى إنتاجية من الزيت للهكتار الواحد (58.85 kg ha⁻1)، وهو ما يتجاوز بشكل ملحوظ مجموعة الضبط ومعظم معاملات Ct2 (LSD = 3.17 kg ha⁻1). وكان ترتيب المعاملات مقارنة بمجموعة الضبط متسقاً إلى حد كبير عبر المواسم، مما يشير إلى إمكانية تكرار تأثيرات المعاملات في ظل الظروف البيئية المختبرة.
تحليل المكونات الرئيسية (PCA)
طُبق تحليل المكونات الرئيسية كأداة استكشافية لتلخيص العلاقات متعددة المتغيرات بين السمات الثماني المقاسة عبر المعاملات الخمس عشرة. وقد فسر أول مكونين رئيسيين 98.4% من التباين الكلي، حيث ساهم المكون الرئيسي الأول (PC₁) بنسبة 96.5% والمكون الرئيسي الثاني (PC₂) بنسبة 1.9% (جدول 2؛ الشكل 4يعكس هيمنة المكون الرئيسي الأول (PC₁) وجود تغاير قوي بين السمات المرتبطة بالنمو والمحصول في مجموعة البيانات، بدلاً من وجود عمليات بيولوجية أساسية متميزة.
| المعلمة | PC1 | PC2 | PC3 | PC4 |
| NU | 0.3516 | 0.3064 | -0.3732 | 0.772 |
| O% | 0.349 | -0.6068 | -0.1873 | -0.0634 |
| Oy/p | 0.3591 | -0.11 | -0.0028 | -0.0974 |
| Oy/ha | 0.3583 | -0.1579 | -0.1046 | -0.2021 |
| PH | 0.3476 | 0.5757 | 0.3834 | -0.3296 |
| NB | 0.3495 | -0.26 | 0.7504 | 0.3693 |
| HFW | 0.3551 | 0.3138 | -0.1821 | -0.1535 |
| HDW | 0.358 | -0.0575 | -0.2675 | -0.2847 |
| القيمة الذاتية | 7.7201 | 0.1518 | 0.0721 | 0.0346 |
| % من التباين | 96.5 | 1.9 | 0.9 | 0.43 |
| التراكمي (%) | 96.5 | 98.4 | 99.3 | 99.73 |
| PH: طول النبات (cm)، NB: عدد الفروع/نبات، HFW: الوزن الرطب الكلي للعشبة (g)، HDW: الوزن الجاف الكلي للعشبة (g)، O%: محتوى الزيت الأساسي، Oy/p: إنتاج الزيت لكل نبات (cm³)، Oy/ha: إنتاج الزيت لكل هكتار (L) وNU: عدد الخيمات/نبات | ||||
الجدول 2: القيم الذاتية، والمتجهات الذاتية، ونسبة التباين، والتباين التراكمي للمكونات الرئيسية الأربعة الأولى بناءً على ثماني سمات متعلقة بالنمو والزيت عبر 15 مجموعة علاجية. اختصارات السمات هي كما يلي: PH (ارتفاع النبات، cm)، NB (عدد الأغصان لكل نبات)، HFW (الوزن الرطب للعشبة، g)، HDW (الوزن الجاف للعشبة، g)، O% (محتوى الزيت الأساسي)، Oy/p (إنتاج الزيت لكل نبات، cm3)، Oy/ha (إنتاج الزيت لكل هكتار، L)، وNU (عدد الخيمات لكل نبات).
الشكل 4: مخطط تحميلات المتجه الذاتي لـ 8 سمات مدروسة عولجت بـ 15 معاملة متفاعلة: تستخدم أشرطة PC₁ المحور الأيسر؛ بينما تستخدم PC₂ وPC₃ وPC₄ أشكال ونقاط وألوان متميزة على المحور الأيمن. PH: ارتفاع النبات (cm)، NB: عدد الفروع/نبات، HFW: الوزن الطازج الكلي للعشبة (g)، HDW: الوزن الجاف الكلي للعشبة (g)، O%: محتوى الزيت الأساسي، Oy/p: إنتاج الزيت لكل نبات (cm3)، Oy/ha: إنتاج الزيت لكل هكتار (L) وNU: عدد الخيمات/نبات. تمثل أشرطة الخطأ الأخطاء المعيارية للمتوسط (SEM). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
أظهرت جميع السمات تحميلات إيجابية قوية ومتشابهة على المكون الرئيسي الأول PC₁، بما في ذلك عدد الخيمات، ونسبة الزيت، وإنتاجية الزيت لكل نبات، وإنتاجية الزيت لكل هكتار، وطول النبات، وعدد الأفرع، والوزن الرطب للعشبة، والوزن الجاف للعشبة (الجدول 2؛ الشكل 5). وبناءً على ذلك، يمكن تفسير PC₁ على أنه تدرج إنتاجية عام يلخص التباين في سمات الكتلة الحيوية وإنتاجية الزيت عبر المعاملات. أما PC₂ فقد فسر نسبة صغيرة فقط من التباين وساهم في تمييز إضافي محدود بين المعاملات.
الشكل 5: مخطط درجات PCA يوضح توزيع 15 مجموعة علاجية بناءً على السمات المقاسة. تُعرف المعالجات كما يلي: T1 (Ct1 × F1)، وT2 (Ct1 × F2)، وT3 (Ct1 × F3)، وT4 (Ct1 × F4)، وT5 (Ct1 × F5)، وT6 (Ct2 × F1)، وT7 (Ct2 × F2)، وT8 (Ct2 × F3)، وT9 (Ct2 × F4)، وT10 (Ct2 × F5)، وT11 (Ct3 × F1)، وT12 (Ct3 × F2)، وT13 (Ct3 × F3)، وT14 (Ct3 × F4)، وT15 (Ct3 × F5). تمثل أشرطة الخطأ الأخطاء المعيارية للمتوسط (SEM). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
نتائج تحليل المكونات الرئيسية (PCA) والمقارنة مع العينة الضابطة
أظهرت المعاملات ذات درجات PC₁ الموجبة العالية (لاسيما T13 وT12 وT15 وT14) أيضاً أكبر نسب زيادة مقارنة بالمجموعة الضابطة (T1) في معظم الصفات (الشكل 5 والشكل 6). على سبيل المثال، أظهرت المعاملة T13 زيادات بنسبة 94.44% في عدد الخيمات و98.18% في إنتاج الزيت لكل هكتار مقارنة بالمجموعة الضابطة.
الشكل 6: الزيادات المئوية النسبية للصفات المقاسة مقارنة بمعالجة الشاهد (T1: Ct1 × F1). تُعرف المعالجات على النحو التالي: T1 (Ct1 × F1)، وT2 (Ct1 × F2)، وT3 (Ct1 × F3)، وT4 (Ct1 × F4)، وT5 (Ct1 × F5)، وT6 (Ct2 × F1)، وT7 (Ct2 × F2)، وT8 (Ct2 × F3)، وT9 (Ct2 × F4)، وT10 (Ct2 × F5)، وT11 (Ct3 × F1)، وT12 (Ct3 × F2)، وT13 (Ct3 × F3)، وT14 (Ct3 × F4)، وT15 (Ct3 × F5). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
أظهرت المعالجات ذات درجات PC₁ المتوسطة (مثل T8 و T10) تحسناً متوسطاً مقارنة بالمجموعة الضابطة، بينما أظهرت المعالجات ذات درجات PC₁ السالبة، بما في ذلك المجموعة الضابطة وتوليفات Ct1 الأخرى، تغيرات نسبية طفيفة. وتشير هذه الأنماط إلى أن درجات PC₁ كانت متوافقة بشكل وثيق مع استجابات المعالجة المعدلة وفقاً للقيمة المرجعية، مما يعزز نتائج اختبار ANOVA أحادي المتغير. ومع ذلك، فقد استُخدم تحليل PCA بدقة لغرض تقليل البيانات وتصور الأنماط متعددة المتغيرات، وهو لا يحل محل الاختبارات الإحصائية الاستنتاجية.
ارتباطات السمات في المخطط البياني الثنائي لـ PCA
يوضح المخطط البياني لتحليل المكونات الرئيسية PCA (الشكل 4) وجود ارتباطات وثيقة بين إنتاج الزيت لكل نبات، وإنتاج الزيت لكل هكتار، والوزن الجاف للعشبة، مما يعكس ارتباطات قوية بين هذه المتغيرات. كما أظهر طول النبات، والوزن الرطب للعشبة، وعدد المظلات اتجاهات متجهات مماثلة، مما يشير إلى تباين منسق بين هذه السمات ضمن مجموعة البيانات. وأظهر عدد الفروع انفصالاً جزئياً عن مكونات الإنتاج الأخرى، مما يشير إلى ارتباطات أضعف في ظل الظروف التجريبية الحالية. تصف هذه العلاقات الارتباطات المرصودة فقط ولا تعني وجود روابط ميكانيكية.
أظهرت المعاملات (T12–T15) التي تلقت شاي الكمبوست بمعدل 600 L ha⁻1 مقترناً بالمحفزات الحيوية الورقية أداءً متعدد المتغيرات متفوقاً عبر سمات النمو والزيت. وفي المقابل، أظهرت المعاملات (T7–T11) قيماً أقل نسبياً لمعظم المعايير التي تم تقييمها. أما المعاملات التي وقعت في الاتجاه opposite لمعظم المتجهات، مثل Ct1 (360 L ha⁻1) بدون رش ورقي أو مقترنة بـ Nostoc، فقد ارتبطت بقيم أقل لمعظم السمات المقاسة.
بشكل عام، وفر تحليل المكونات الرئيسية (PCA) ملخصاً موجزاً متعدد المتغيرات يكمل تحليل التباين (ANOVA) من خلال توضيح كيفية اختلاف المعالجات عن المجموعة الضابطة عبر سمات متعددة في آن واحد. ويدعم الاتساق بين أنماط تحليل المكونات الرئيسية والنتائج أحادية المتغير المعدلة وفقاً للقيمة الأساسية متانة تأثيرات المعالجة دون توسيع التفسير بما يتجاوز المتغيرات المقاسة.
توافر البيانات:
البيانات الخام لهذه المخطوطة متاحة ضمن الملفات التكميلية.
الجدول التكميلي 1: البيانات التجريبية الخام للنتائج. يرجى النقر هنا لتحميل هذا الملف.
المناقشة
تُظهر الدراسة الحالية أن زيادة مستويات شاي الكومبوست أدت إلى تحسين نمو الشمر، والصفات التكاثرية، وإنتاجية الزيت العطري بشكل ملحوظ على مدار موسمين من الزراعة، خاصة عند دمجها مع محفزات حيوية ورقية محددة.
أدت المستويات الأعلى من شاي السماد العضوي (Ct3) إلى زيادة عدد الخيمات وإنتاجية الزيت، وهو ما يتفق مع النتائج السابقة التي تشير إلى أن المخصبات العضوية السائلة تعزز حيوية النبات وتوافر العناصر الغذائية، مما يؤدي إلى تحسين الأداء التكاثري6,11. وقد تم الإبلاغ عن تحسينات مماثلة في الإنتاجية ومحتوى الزيوت الأساسية في الشمر وأنواع أخرى من الفصيلة الخيمية (Apiaceae) بعد تطبيق مستخلصات السماد العضوي أو الأسمدة الحيوية، مما يشير إلى أن هذه الاستجابات تعكس تحسينات عامة في ظروف نمو النبات بدلاً من كونها تأثيرات خاصة بمحصول معين8,19.
يتسق الأداء المحسن الملحوظ مع التطبيقات المشتركة لشاي الكومبوست مع Azolla (F2) أو Spirulina (F3) مع الدراسات السابقة التي أفادت بأن مستخلصات الطحالب والبكتيريا الزرقاء تعزز تراكم الكتلة الحيوية، والإزهار، وإنتاج المستقلبات الثانوية11,20. وقد يعزى الاستجابة الأكبر الملحوظة في الدراسة الحالية، لا سيما فيما يتعلق بإنتاج الزيت لكل هكتار، إلى استراتيجية التطبيق المشترك عبر التربة والأوراق بدلاً من استخدام المدخلات الفردية.
تشير الزيادات المتزامنة في إنتاج الزيت، وعدد الخيمات، والنمو الخضري إلى أن تحسين الإنتاجية نتج عن تحسينات منسقة عبر سمات متعددة بدلاً من عامل واحد. ويتماشى هذا النمط مع الأبحاث السابقة التي تشير إلى أن التعديلات العضوية يمكن أن تعزز القدرة على التمثيل الضوئي، ونشاط الجذور، وكفاءة استخدام العناصر الغذائية، مما يدعم تراكم الكتلة الحيوية والتطور التكاثري على حد سواء6,8.
على الرغم من أن المعلمات الفسيولوجية والكيميائية الحيوية، مثل معدلات امتصاص العناصر الغذائية، ومستويات الهرمونات الداخلية، والنشاط الميكروبي، لم يتم قياسها في هذه الدراسة، إلا أن الأبحاث السابقة تقدم تفسيرات منطقية للاستجابات الملحوظة. فمن المعروف أن شاي السماد يوفر عناصر غذائية سهلة الامتصاص ومركبات نشطة بيولوجيًا، بينما ارتبطت المحفزات الحيوية القائمة على الطحالب والبكتيريا الزرقاء بتعزيز النشاط الأيضي والتحمل للإجهاد11,19. وتستند هذه التفسيرات إلى الأدبيات المتاحة ولا تمثل قياسات مباشرة من الدراسة الحالية.
تشير نتائج تحليل المكونات الرئيسية (PCA) إلى أن إنتاجية الزيت لكل هكتار ولكل نبات كانت المساهمين الأساسيين في تمايز المعاملات، مما يدعم النتائج المستخلصة من التحليل أحادي المتغير. وقد احتلت المعاملات التي تلقت 600 L ha⁻1 من شاي الكمبوست مقترناً بمحفزات حيوية ورقية مواقع مفضلة باستمرار على طول محور الإنتاجية الأساسي. وقد أظهرت تطبيقات مماثلة لتحليل PCA في الدراسات الزراعية أن السمات المرتبطة بالمحصول غالباً ما تحمل وزناً كبيراً على المكون الرئيسي الأول، مما يعكس استجابات نباتية متكاملة بدلاً من تأثيرات مستقلة20.
استُخدم تحليل المكونات الرئيسية (PCA) في هذه الدراسة كأداة استكشافية لوصف الارتباطات بين المتغيرات المقاسة وليس لاستنتاج السببية. ويعزز التوافق بين درجات PCA والتحسينات النسبية مقارنة بالمجموعة الضابطة الثقة في تأثيرات العلاج الملحوظة، مع البقاء ضمن حدود البيانات المقاسة.
تشير النتائج إلى أن الجمع بين شاي السماد (compost tea) ومحفزات نمو نباتية ورقية مختارة يمكن أن يكون نهجاً زراعياً فعالاً لتعزيز نمو الشمر وإنتاج الزيوت الأساسية في الظروف الميدانية. ومع ذلك، فإن الافتقار إلى القياسات المباشرة للنشاط الميكروبي، والتنظيم الهرموني، وديناميكيات العناصر الغذائية يحد من التفسير الآلي لهذه النتائج. ومن شأن الدراسات المستقبلية التي تدمج التحليلات الفسيولوجية والكيميائية الحيوية والبيولوجية للتربة أن توفر فهماً أكثر شمولاً للعمليات التي تكمن وراء هذه الاستجابات.
بشكل عام، تساهم هذه الدراسة في فهم كيفية تفاعل شاي السماد والمحفزات الحيوية للتأثير على نمو الشمر وإنتاجية الزيت، وذلك من خلال دمج التحليل الإحصائي أحادي المتغير مع تحليل الأنماط متعدد المتغيرات، ووضع النتائج في سياق الأدبيات العلمية الأوسع.
الخلاصة
أدى تطبيق شاي الكمبوست بمعدل 600 L ha⁻1 على مدار 16 أسبوعاً، مقترناً بالتطبيق الورقي لمستخلص Spirulina بتركيز 2 cm3 L⁻1، إلى تحقيق أعلى إنتاجية من الشمر وأعلى إنتاج للزيت العطري في ظل ظروف هذه الدراسة. وأظهر مستخلص Azolla تأثيرات مماثلة، مما قد يجعله بديلاً كمحفز حيوي. وينبغي أن تهدف الأبحاث المستقبلية إلى تقييم إمكانية تقليل مدخلات الأسمدة المعدنية مع الحفاظ على معدل تطبيق أساسي للكمبوست يبلغ 24 t ha⁻1. كما يُوصى بتوحيد خصائص شاي الكمبوست، بما في ذلك pH، والموصلية الكهربائية، والتركيب الغذائي، لضمان الاتساق في جميع التطبيقات. وقد يؤدي رصد النمو الخضري، ومحتوى الزيت العطري، والإنتاجية، مدعوماً بالتحليل متعدد المتغيرات مثل PCA، إلى تحسين تقييم استجابات المعاملات تحت الظروف الحقلية.
الإفصاحات
يصرح المؤلفون بعدم وجود أي تضارب في المصالح.
شكر وتقدير
يود المؤلفون تقديم الشكر لعمادة الدراسات العليا والبحث العلمي بجامعة الطائف لتمويل هذا العمل.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| بذور الشمر (*Foeniculum vulgare* (ميل.) | قسم بحوث النباتات الطبية والعطرية، معهد بحوث البساتين، مركز البحوث الزراعية (ARC)، مصر | نظرًا لعدم توفر نص مصدر للترجمة، يرجى تزويدي بالمحتوى المراد ترجمته من الإنجليزية إلى العربية، وسأقوم بصياغته بدقة أكاديمية وعلمية تخصصية وفقًا للمعايير المطلوبة. | البذور المستخدمة في التجربة الميدانية |
| السماد العضوي النباتي | مورد تجاري محلي / مصدر من مزرعة تجريبية | نظرًا لعدم توفر نص مصدر، يرجى تقديم النص الإنجليزي المراد ترجمته لكي أتمكن من تحويله إلى اللغة العربية وفقًا للمعايير العلمية والأكاديمية المحددة. | يُستخدم لتحضير شاي السماد العضوي وتحسين التربة الأساسية |
| شاي السماد العضوي | أُعدَّ وفقاً للبروتوكول التجريبي | نظرًا لعدم توفر نص مصدري للترجمة، يرجى تزويدي بالنص الذي ترغب في ترجمته من الإنجليزية إلى العربية، وسأقوم بتنفيذه وفقًا للمعايير العلمية والأكاديمية المحددة. | مستخلص مائي مهوى من سماد عضوي ناضج |
| Azolla caroliniana الكتلة الحيوية | معهد بحوث المياه والبيئة، مركز البحوث الزراعية، الجيزة، مصر | غير متاح | تُستخدم لتحضير مستخلص الأوراق |
| *Spirulina platensis* الكتلة الحيوية | معهد بحوث المياه والبيئة، مركز البحوث الزراعية، الجيزة، مصر | بما أنه لم يتم توفير نص مصدر للترجمة، يرجى تزويدي بالنص الإنجليزي المراد ترجمته إلى اللغة العربية وفقاً للمعايير العلمية والأكاديمية المذكورة. | تُستخدم لتحضير المستخلص الورقي |
| Nostoc muscorum الكتلة الحيوية | معهد بحوث المياه والبيئة، مركز البحوث الزراعية، الجيزة، مصر | بما أنه لم يتم توفير نص مصدر للترجمة، يرجى تقديم النص الإنجليزي المراد ترجمته ليتسنى لي صياغته باللغة العربية العلمية المتخصصة وفقاً للمعايير المحددة. | تُستخدم لتحضير المستخلص الورقي |
| *Chlorella vulgaris* الكتلة الحيوية | معهد بحوث المياه والبيئة، مركز البحوث الزراعية، الجيزة، مصر | نظرًا لعدم وجود نص مصدري، يرجى تزويدي بالمحتوى الذي ترغب في ترجمته. | تُستخدم لتحضير المستخلص الورقي |
| ماء مقطر | معهد بحوث المياه والبيئة، مركز البحوث الزراعية، الجيزة، مصر | نظرًا لعدم توفر نص مصدر للترجمة، يرجى تزويدنا بالنص الإنجليزي الذي ترغب في ترجمته إلى العربية وفقًا للمعايير العلمية والأكاديمية المحددة. | تُستخدم لتحضير المستخلص |
| كبريتات الأمونيوم (20.6% N) | وزارة الزراعة واستصلاح الأراضي، مصر | نظرًا لعدم وجود نص مصدر متاح للترجمة، يرجى تزويدي بالمحتوى العلمي المطلوب ترجمته من اللغة الإنجليزية إلى اللغة العربية وفقًا للمعايير المحددة. | مصدر الأسمدة المعدنية |
| سوبر فوسفات الكالسيوم (15.5% P2أو5) | وزارة الزراعة واستصلاح الأراضي، مصر | غير متاح | مصدر السماد المعدني |
| كبريتات البوتاسيوم (48% K2() | وزارة الزراعة واستصلاح الأراضي، مصر | نظرًا لعدم وجود نص مصدر، يرجى تزويدي بالمحتوى المراد ترجمته من الإنجليزية إلى العربية وفقًا للمايير المذكورة. | مصدر الأسمدة المعدنية |
| منقطات الري بالتنقيط (٤ لتر/ساعة)-1) | قسم بحوث النباتات الطبية والعطرية، معهد بحوث البساتين، مركز البحوث الزراعية، مصر | يرجى تزويدي بالنص المراد ترجمته. | نظام الري |
| بخاخ يدوي | قسم بحوث النباتات الطبية والعطرية، معهد بحوث البساتين، مركز البحوث الزراعية، مصر | بما أنه لم يتم توفير نص مصدر للترجمة، يرجى تزويدي بالنص الإنجليزي الذي ترغب في ترجمته إلى العربية وفقاً للمعايير المهنية والأكاديمية المذكورة. | يُستخدم للتطبيق الورقي |
| فرن تجفيف | قسم بحوث النباتات الطبية والعطرية، معهد بحوث البساتين، مركز البحوث الزراعية، مصر | نظرًا لعدم توفر نص مصدر للترجمة، يرجى تقديم المحتوى الذي ترغب في ترجمته من الإنجليزية إلى العربية وفقًا للمعايير العلمية والأكاديمية المحددة. | يتم الحفاظ على درجة حرارة الفرن عند 70 °C |
| جهاز التقطير المائي | قسم بحوث النباتات الطبية والعطرية، معهد بحوث البساتين، مركز البحوث الزراعية، مصر | لا ينطبق | تُستخدم لاستخلاص الزيوت الأساسية |
| ميزان تحليلي | قسم بحوث النباتات الطبية والعطرية، معهد بحوث البساتين، مركز البحوث الزراعية، مصر | يرجى تقديم النص المراد ترجمته. | تُستخدم لوزن العينات |
| منخل 2 مم | قسم بحوث النباتات الطبية والعطرية، معهد بحوث البساتين، مركز البحوث الزراعية، مصر | بما أنه لم يتم توفير نص مصدر للترجمة، يرجى تزويدي بالنص الذي ترغب في ترجمته من الإنجليزية إلى العربية وفقاً للمعايير العلمية والأكاديمية المذكورة. | تُستخدم لتحضير التربة |
| برنامج Statistix 8.1 | برمجيات تحليلية | الإصدار 8.1 | تُستخدم في تحليل التباين (ANOVA) والتحليل الإحصائي |
المراجع
- Ozbek H, et al. Hepatoprotective effect of Foeniculum vulgare. essential oil. Fitoterapia. 2003;74:317–319. https://doi.org/10.1016/S0367-326X(03)00028-5
- Choi EM, Hwang JK. Antiinflammatory, analgesic and antioxidant activities of the fruit of Foeniculum vulgare. Fitoterapia. 2004;75:557–565. https://doi.org/10.1016/j.fitote.2004.05.005
- Singh G, et al. Chemical constituents, antifungal and antioxidative potential of Foeniculum vulgare. volatile oil and its acetone extract. Food Control. 2005;17:745–752. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2005.03.010
- Cioanca O, et al. Essential oils from Apiaceae as valuable resources in neurological disorders: Foeniculi vulgare aetheroleum. Ind Crops Prod. 2016;88:51–57. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2016.02.064
- Saleem F, et al. Phenolic bioactives and associated antioxidant and anti-hyperglycemic functions of select species of Apiaceae family targeting type 2 diabetes nutraceuticals. Ind Crops Prod. 2017;107:518–525. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2017.06.023
- Safaei Z, et al. The effect of foliar application of humic acid and nanofertilizer on yield and yield components of black cumin (Nigella sativa. L.). J Med Plants Byproducts. 2014;3:133–140. https://doi.org/10.22092/JMPB.2014.108725
- Radhakrishnan S, et al. Nutritional profile of Spirulina platensis, Chlorella vulgaris, and Azolla pinnata. as novel protein sources for aquaculture feed formulation. Austin J Aquac Mar Biol. 2017;2(1):1–8.
- Pérez-Madruga Y, et al. Algae as a natural alternative for crop production. Cultivos Tropicales. 2020;41(2).
- Anvar AA, Nowruzi B. Bioactive properties of Spirulina.: A review. Microb Bioact. 2021;4:134–142. https://doi.org/10.25163/microbbioacts.412117
- Thangaraj M, et al. Phytochemicals of algae (Arthospira platensis, Chlorella vulgaris, and Azolla pinnata.). GSC Biol Pharm Sci. 2022;19(2):23–43. https://doi.org/10.30574/gscbps.2022.19.2.0167
- Chatterjee A, et al. Role of algae as a biofertilizer. In: Algal Green Chemistry: Recent Progress in Biotechnology. 2017:189–200. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-63784-0.00010-2
- Yanni YG, et al. Differential response of cotton growth, yield and fiber quality to foliar application of Spirulina platensis. and urea fertilizer. Asian J Adv Agric Res. 2020;12:29–40.
- Page AL, et al. Methods of Soil Analysis. Part 2: Chemical and Microbiological Properties. Madison (WI): SSSA; 1982:39–41.
- Klute A. Methods of Soil Analysis. Part 1: Physical and Mineralogical Methods. 2nd ed. Madison (WI): ASA; 1986.
- Miller LC. The British Pharmacopoeia 1963. J Pharm Pharmacol. 1963;15:766–768. https://doi.org/10.1111/j.2042-7158.1963.tb12872.x
- United States Pharmacopeia (USP). United States Pharmacopeia. Convention Inc.; 1995.
- Gomez KA, Gomez AA. Statistical Procedures for Agricultural Research. New York: John Wiley & Sons; 1984.
- Pradhan AM, et al. Analysis of genetic diversity in Indian potato genotypes using principal component analysis. Electron J Plant Breed. 2015;6(3):782–786.
- Dasgan HY, et al. Biostimulants enhance the nutritional quality of soilless greenhouse tomatoes. Plants. 2024;13(18):2587. https://doi.org/10.3390/plants13182587
- Sivaprakash KR, et al. Genetic diversity of black gram (Vigna mungo.) landraces evaluated by AFLP markers. Curr Sci. 2004;86(10):1411–1416.