מחקר זה העריך את ההשפעות של דישון אורגני ויישום של ביו-סטימולנטים על שומר בתנאי שדה במצרים. התנובות הגבוהות ביותר התקבלו בריכוז של 600 L ha⁻1 של תה קומפוסט בשילוב עם Azolla או Spirulina. טיפול זה שיפר את התנובה ואת האיכות של השמן האתרי של השומר.
מאמר מחקר
דישון אורגני וביו-סטימולטורים משפרים את הצמיחה, היבול והפקת השמן האתרי בשומר (Foeniculum vulgare): מחקר שדה
במאמר זה
סיכום
תקציר
המחקר הנוכחי נערך במהלך שתי עונות רצופות (2023/24 ו-2024/25) בחווה הניסיונית של תחנת המחקר הגארטניקולוריס אל-קססין (El-Qassassin Horticultural Research Station), מחוז אסמעיליה, מצרים, כדי להעריך את תגובת צמחי השומר (Foeniculum vulgare Mill.) להדשכה אורגנית וליישום של מעוררי צמיחה ביולוגיים (biostimulants). הניסוי תוכנן במבנה של split-plot, שבו שלושה רמות של תה קומפוסט (360, 480, ו-600 L ha⁻1) הוקצו לחלקות הראשיות, בעוד חמישה טיפולים במעוררי צמיחה ביולוגיים (ביקורת, תמציות של Azolla, Spirulina, Nostoc, ו- Chlorella) הוקצו לתתי-החלקות, מה שהביא ל-15 שילובי טיפולים. נמדדו פרמטרים של צמיחה וגטיטיבית, מרכיבי יבול, תכולת שמן אתרי (EO), ותפוקת שמן לצמח ולדונם. רמות גבוהות יותר של תה קומפוסט, ובמיוחד 600 L ha⁻1 (Ct3), בשילוב עם המעוררים הביולוגיים Azolla (F2) או Spirulina (F3), הובילו בעקביות לעלייה בתפוקת השמן לצמח ולדונם, כאשר השילוב Ct3 × F3 השיג את התפוקות המקסימליות (55.58 kg ha⁻1 בעונה הראשונה ו-58.85 kg ha⁻1 בעונה השנייה). ניתוח רכיבים ראשיים (PCA) תמך בממצאים אלו והראה כי השיפורים ביבול היו קשורים לעלייה מתואמת בתכונות הקשורות לשמן ולא לגורם תורם בודד. תוצאות אלו מעידות כי Ct3 בשילוב עם F2 או F3 היה הטיפול היעיל ביותר לשיפור תפוקת השמן ואיכותו בתנאי שדה.
מבוא
שומר (F. vulgare Mill.) הוא צמח רפואי וארומטי המגודל באופן נרחב ומוערך בשל זרעיו ובשמן האתרי שלו, בעלי תכונות פרמקולוגיות, אנטיבקטריאליות, אנטי-דלקתיות ואנטי-חמצוניות1,2,3,4,5. הדרישה הגוברת למוצרים המופקים משומר בתעשיות התרופות, הנוטריצואטיקה והמזון מפעילה לחץ על מערכות הייצור להגביר את התבגיר ואת איכות השמן, תוך מזעור ההשפעה הסביבתית.
גידול שומר קונבנציונלי מסתמך רבות על דשנים מינרליים כדי להשיג פרודוקטיביות גבוהה. עם זאת, שימוש מופרז בתשומות סינתטיות נקשר לחששות לגבי קיימות לטווח ארוך, כולל ירידה בפעילות המיקרובית ודיגדרציה של הקרקע5. אתגרים אלו עוררו עניין באסטרטגיות של דישון אורגני, ובמיוחד בתוספי קרקע מבוססי קומפוסט, המשפרים את מבנה הקרקע, את הפעילות הביולוגית ואת זמינות הנוטריינטים6.
תה קומפוסט, תמצית מימית מאווררת של קומפוסט בשל, הגיחה כתוסף אורגני מבטיח בשל תוכנו בחומרים מזינים ממיסים, חומצות אורגניות ומיקרואורגניזמים מועילים7. הוכח כי יישום של תה קומפוסט באמצעות מערכות השקיה משפר את צמיחת הצמחים ואת ספיגת רכיבי התזונה, תוך הפחתת ההסתמכות על דשנים כימיים8. במקביל, צמחים מימיים ומיקרואצות כגון Azolla, Spirulina, Nostoc, ו-Chlorella משכו תשומת לב כביו-סטימולטורים בשל רמות גבוהות של חומצות אמינו, פיטוהורמונים, ויטמינים ומינרלים7,9,10. דווח כי יישום עליי של תמציות אלו משפר את הצמיחה, את צבירת הביומסה ואת היבול בגידולים הורטיקולטוריים שונים8,11,12.
למרות הראיות הגוברות התומכות ביתרונות האישיים של תה קומפוסט וביו-סטימולטורים, יישומם המשולב בתנאי שדה נותר בלתי נחקר מספיק, במיוחד בגידולים רפואיים כגון שומר. מרבית המחקרים הקודמים התמקדו בתשומות בודדות או בסביבות מבוקרות, מה שהותיר אי-ודאות בנוגע להשפעותיהם האינטראקטיביות על הצמיחה הצמחית, רכיבי היבול וייצור השמנים האתריים תחת מערכות גידול מסחריות.
כדי למלא פער זה, המחקר הנוכחי העריך את ההשפעות המשולבות של ארבעה תמריות שונות של ביו-סטימולנטים ושלוש רמות יישום של תה קומפוסט על הצמיחה, היבול והפקת השמן האתרי של שומר בתנאי שדה פתוח עם השקיה בטפטוף. מחקר זה מספק גישה מוגדרת היטב מבוססת שדה לשילוב של תה קומפוסט המיושם בקרקע עם ביו-סטימולנטים על ידיים, ומציע תובנות לגבי אסטרטגיות בנות-קיימא לניהול חומרי הזנה הישימות לאזורים צחיחים וחצי-צחיחים.
פרוטוקול
מחקר זה כלל חומרים צמחיים בלבד ולא כלל ניסויים המערבים בני אדם או בעלי חיים. לפיכך, לא נדרש אישור אתי. כלי המחקר שנעשה בהם שימוש בפרוטוקול זה מפורטים בטבלת החומרים.
1. אתר הניסוי
הניסוי נערך במהלך העונות 2023/24 ו-2024/25 בחווה הניסויית של תחנת המחקר להורטיקולטורה אל-קססין, מחוז איסמאלייה, מצרים (30°53′ N, 31°56′ E), כדי להעריך את תגובת צמחי שומר (F. vulgare Mill.) לדישון אורגני וליישום ביו-סטימולנטים. התנאים האקלימיים במהלך תקופת הגידול (נובמבר–אפריל) תועדו על ידי תחנת המטאורולוגיה של איסמאלייה. טמפרטורות האוויר המינימליות והמקסימליות הממוצעות נעו בין 12–18 °C ו-22–30 °C, בהתאמה, בעוד הלחות היחסית נעה בין 50%–65%. לא תועדו אירועי מזג אוויר קיצוניים במהלך תקופות הניסוי (איור 1).
איור 1: ייצוג סכמטי של מערך הניסוי מסוג split-plot, המראה את רמות תה הקומפוסט שהוקצו לחלקות הראשיות ואת הטיפולים בביו-סטימולטורים שהוקצו לתת-חלקות לאורך שלוש חזרות. Ct.1, Ct.2 ו-Ct.3 מייצגים 360, 480 ו-600 ליטרים לדונם (ha) כיישום לקרקע, כאשר F.1, F.2, F.3, F.4 ו-F.5 של ריסוס עלים מייצגים 2 cm3/L מים עבור תמציות של ביקורת, Azolla, Spirulina, Nostoc ו-Chlorella, בהתאמה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של איור זה.
2. חומר צמחי
זרעי שומר התקבלו ממחלקת המחקר לצמחים רפואיים וארומטיים, מכון המחקר להורטיקולטורה, מרכז המחקר החקלאי, דוקי, גיזה, מצרים. הזרעים נזרעו בערוגות משתלה במהלך השבוע הראשון של נובמבר, ולאחר התבססותם דוללו השתילים לצמח אחד לכל תל.
3. דגימת קרקע ואנליזה
לפני הכנת הקרקע, נאספו דגימות קרקע מורכבות (בעומק 0–30 cm), אשר יובשו באוויר, נשוקו דרך נפה של 2 mm, ונבדקו למאפיינים פיזיים וכימיים באמצעות פרוטוקולים סטנדרטיים13,14 (טבלה 1).
| התפלגות גודל חלקיקים (%) | סיווג מרקמי | חומר אורגני (%)* | |||||||
| חול גס | חול דק | סחרית | חומרה | סנדי | 0.48 | ||||
| 80.65 | 14.06 | 3.8 | 1.49 | ||||||
| pH | מוליכות חשמלית (EC) dS/m | % SP | קטיונים (meq/l) | אניונים (meq/l) | |||||
| סידן++ | מגנזיום++ | נתרן+ | K+ | HCO3- | כלור- | SO4 | |||
| 8 | 0.79 | 28 | 4 | 2.68 | 1.79 | 0.61 | 1.4 | 4.38 | 2.98 |
| *O.M.(%): חומר אורגני | |||||||||
טבלה 1: תכונות פיזיקליות וכימיות של הקרקע הניסויית. המאפיינים כוללים התפלגות גודל חלקיקים, סיווג מרקמי, תכולת חומר אורגני, pH, מוליכות חשמלית, אחוז רוויה, וקטיונים ואניונים עיקריים.
4. מערך ניסויי
הניסוי בוצע במערך בלוקים רנדומליים שלם עם חלוקה משנית (split-plot randomized complete block design) הכולל שלוש חזרות. רמות תה קומפוסט הוקצו לחלקים הראשיים, והטיפולים בביו-סטימולנטים הוקצו לתתי-החלקים (איור 2). כל חלק השתרע על שטח של 8.4 m2 והכיל 24 צמחים המסודרים בשלוש שורות (באורך של 4 m), עם מרחק של 70 cm בין השורות ו-50 cm בין הצמחים בתוך השורות.
השקיה בטפטוף בוצעה באמצעות טפטפות שסיפקו 4 L h⁻1 לכל גבעה למשך 1 h מדי יומיים. כדי למנוע הפרעות בין הטיפולים, תולעת אחת בין החלקות הותירה ללא שתילה כאזור חיץ.
כל החלקות קיבלו 24 t ha⁻1 קומפוסט במהלך הכנת הקרקע שבועיים לפני השתילה. דשנים מינרליים הוחלו ב-50% מהמינון המומלץ (RD): 360 kg ha⁻1 אמון סולפט (20.6% N), 240 kg ha⁻1 סידן סופרפוספט (15.5% P₂O₅), ו-120 kg ha⁻1 אשלגן סולפט (48% K₂O). דשני חנקן ואשלגן הוחלו בשלוש מנות שוות במרווחי זמן של 15 ימים, בעוד שדשן זרחן הוחל כמנה בסיסית אחת. פרקטיקות אגרונומיות סטנדרטיות יושמו לאורך כל תקופת הגידול.
איור 2: תנובת שמן לדונם (kg ha⁻1) והעלייה היחסית שלה בהשוואה לטיפול הביקורת (T1: Ct1 × F1) במהלך העונה הראשונה (S1) והשנייה (S2). Ct1 מייצג את רמת תה התכשיר הנמוכה ביותר (360 L ha⁻1), ו-F1 מייצג את ביקורת ללא ריסוס. הטיפולים מוגדרים כדלקמן: 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), ו-T15 (Ct3 × F5). פסי השגיאה מייצגים שגיאות תקניות של הממוצע (SEM). אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מורחבת של איור זה.
5. טיפולים בתה קומפוסט
קומפוסט בשל ממקור צמחי הופק באופן אירובי במים מתוקים למשך 24–48 שעות. לתה קומפוסט שהתקבל הייתה מוליכות חשמלית של 1.2–1.6 dS m⁻¹1 ו-pH בסיסי קלות (7.5–8.0). תה קומפוסט הוחל באמצעות השקיה בטפטוף בקצבים של 360, 480 או 600 L ha⁻¹1 במשך תקופה של 16 שבועות, החל חודש לאחר הזריעה.
6. הכנה ויישום של ביו-סטימולנט
ביומסה טרייה של Azolla caroliniana, Spirulina platensis, Nostoc muscorum ו-Chlorella vulgaris הומוגניזה במים מזוקקים ביחס של 1:10 (w/v), סוננה ודוללה לריכוז סופי של 2 cm3 L⁻1 (כ-1200 L ha⁻1). התמציות הוכנו באופן טרי לפני השימוש ונרששו כריסוס עלים שלוש פעמים במהלך עונת הגידול (30, 60 ו-90 ימים לאחר השתילה) באמצעות מרסס ידני עד להגעה לנזילה.
7. נתונים שנרשמו
מדדי גדילה וגטיטיבית
ששה צמחים שנבחרו באופן אקראי מכל יחידה ניסויית נקטפו 65 ימים לאחר השתילה. גובה הצמח (cm) נמדד מהבסיס ועד לקצה הגבעול הראשי. נרשמו המשקל הטרי הכולל של העשב (g) והמשקל היבש (g), כאשר המשקל היבש נקבע לאחר ייבוש של הדגימות בתנור בטמפרטורה של 70 °C למשך 48 h עד להשגת משקל קבוע. מספר הענפים לכל צמח חושב כממוצע בקרב הצמחים שנדגמו.
מיצוי שמן אתרי (EO)
שמן אתרי הופק מ-40 g של פירות שנאספו באמצעות זיקוק במים (hydro-distillation) למשך 3 h, לפי השיטה המתוארת על ידי Miller15. השמן שהופק הושאר ללא הפרעה כדי להבטיח הפרדה מלאה16.
קביעת תכולת ונבגי השמן האתרי
תכולת השמן האתרי (% w/w) חושבה באופן הבא:
כאשר:
WEO = משקל השמן האתרי שהוצא (g)
Wsample = משקל יבש של דגימת הצמח שהוכפפה לזיקוק בקיטור (g)
תפוקת השמן האתרי לכל צמח חושבה כך:
כאשר:
DWplant = משקל יבש של הצמח כולו לכל צמח (g)
EO content = אחוז השמן האתרי על בסיס משקל יבש (% w/w)
הערה: הונח כי צפיפות השמן האתרי היא בערך 1 g cm⁻3, מה שמאפשר המרה מגרמים לסנטימטרים מעוקבים.
תשואת השמן האתרי לדונם חושבה כך:
כאשר:
EO yieldplant - 1= תנובת שמן אתרי לצמח (cm3)
Nplants = מספר הצמחים להקטרה
1000 = מקדם המרה מ-cm3 ל-L
הערה: כל חישובי תנובת השמן התבססו על חומר יבש כדי למנוע שונות הקשורה לתכולת הלחות בצמח.
מאפיין יבול
מספר התפרחים לכל צמח נרשם בשלב הבשלת הפירות על ידי ספירת כל התפרחים בכל צמח.
8. ניתוח סטטיסטי
עבור כל תכונה ועונה, תצפיות ברמת החזרות נבחנו לנורמליות באמצעות מבחן Shapiro–Wilk. כיוון שלא נצפו סטיות משמעותיות מהנורמליות (p > 0.05), הוחל ניתוח פרמטרי. הנתונים נותחו באמצעות ניתוח שונות (ANOVA) עבור תכנון חלוקה-חלקה (split-plot design) עם Statistix 8.1 (Analytical Software, 2008), וממוצעי הטיפולים הושוו באמצעות מבחן ההבדל המינימלי המשמעותי (LSD)17.
ניתוח רכיבים ראשיים (PCA) בוצע ככלי רב-משתני לסיכום הקשרים בין התכונות שנמדדו. ערכי עצם (Eigenvalues) שימשו לקביעת התרומה היחסית של כל רכיב, וויזואליזציה באמצעות תרשים דו-ממדי (biplot) שימשה להשוואה בין טיפולים ובין קשרים של תכונות18.
תוצאות
מבחני Shapiro–Wilk העידו כי ההתפלגויות של כל המשתנים שנמדדו לא סטו באופן משמעותי מנורמליות בשתי העונות (p > 0.05). ניתוח שונות (ANOVA) גילה כי האינטראקציה בין רמת תה הקומפוסט (Ct) לבין הטיפול בביו-סטימולטור על עלים (F) השפיעה באופן מובהק על תכונות הצמיחה הצמחונית, מספר התמבלים ותכונות הקשורות לשמן (אחוז השמן, תנובת השמן לצמח ותנובת השמן לדונם) בשתי עונות הגידול.
תגובת יבול ביחס לטיפול הביקורת
בעונה הראשונה (איור 2), תנובת השמן לדומם (Oy ha⁻1) עלתה באופן הדרגתי עם העלייה ברמת תה הקומפוסט. כל טיפולי ה-Ct3 (600 L ha⁻1) הניבו תנובות שמן גבוהות יותר מאשר טיפול הביקורת (T1: Ct1 × F1, 360 L ha⁻1 ללא ריסוס עליים). תנובת השמן הגבוהה ביותר (55.58 kg ha⁻1) התקבלה מ-Ct3 בשילוב עם Spirulina בריכוז 2 cm3 L⁻1 (T13), ערך שעלה באופן מובהק על הביקורת ועל כל טיפולי ה-Ct1, ועלה על ערך ה-LSD (2.93 kg ha⁻1). ביחס לביקורת, טיפול זה הראה עלייה ניכרת בתנובת השמן לדומם (איור 3).
איור 3: ניתוח רכיבים ראשיים (PCA) בביפלוט עבור חמישה-עשר טיפולים מקביליים, המבוסס על ארבעה תכונות צמיחה, מספר תומסים לצמח ושלוש תכונות הקשורות לשמן, תוך שימוש ברכיבים הראשון והשני; כל נקודה מייצגת טיפול אחד. המיקום בתוך התרשים מראה את מידת הדמיון או השוני בין הטיפולים בהתאם לגורמי הקלט (8 מאפייני צמיחה ושמן); ככל שהם קרובים יותר, כך הם דומים יותר, וככל שהם רחוקים יותר, כך הם שונים יותר. PH: גובה צמח (cm), NB: מספר ענפים לצמח, HFW: משקל טרי כולל של הצמח (g), HDW: משקל יבש כולל של הצמח (g), O%: תכולת שמן אתרי, Oy/p: תנובת שמן לצמח (cm3), Oy/ha: תנובת שמן להקטרה (L) ו-NU: מספר תומסים לצמח 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), ו-T15 (Ct3 × F5). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של איור זה.
מגמות דומות נצפו ביבול השמן לכל צמח ובמספר התפרחים, דבר המצביע על כך שטיפולים שהובילו ליבול שמן גבוה יותר לדונם היו קשורים גם לתפוקה רבייתית גבוהה יותר ולהצטברות ביומסה. קשרים אלו מוצגים כהקשרים סטטיסטיים בין התכונות שנמדדו, ללא הסקת מנגנונים סיבתיים.
בעונה השנייה, Ct3 × F3 (T13) הניבה שוב את תנובת השמן הגבוהה ביותר לדונם (58.85 kg ha⁻1), תוך שהיא עולה באופן משמעותי על הביקורת ועל מרבית טיפולי ה-Ct2 (LSD = 3.17 kg ha⁻1). הדירוג של הטיפולים ביחס לביקורת היה עקבי במידה רבה בין העונות, מה שמעיד על השפעות טיפול הניתנות לשחזור תחת התנאים הסביבתיים שנבדקו.
ניתוח רכיבים עיקריים (PCA)
ניתוח רכיבים ראשיים (Principal component analysis) שימש ככלי גישוש לסיכום קשרים רב-משתנים בין שמונה התכונות שנמדדו ב־15 הטיפולים. שני הרכיבים הראשיים הראשונים הסבירו 98.4% מהשונות הכוללת, כאשר PC₁ הסביר 96.5% ו-PC₂ הסביר 1.9% (טבלה 2; איור 4הדומיננטיות של PC₁ משקפת שונות משותפת (covariance) חזקה בין תכונות הקשורות לצמיחה וליבול במערך הנתונים, ולא תהליכים ביולוגיים בסיסיים נפרדים.
| פרמטר | מחשב אישי1 | מחשב אישי2 | מחשב אישי3 | מחשב אישי4 |
| NU | 0.3516 | 0.3064 | -0.3732 | 0.772 |
| 0% | 0.349 | -0.6068 | -0.1873 | -0.0634 |
| נראה כי הטקסט שהוזן אינו מכיל תוכן בשפה האנגלית לתרגום. אנא ספק את הטקסט המדעי המיועד לתרגום. | 0.3591 | -0.11 | -0.0028 | -0.0974 |
| שלום/היי | 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 |
| ערך עצמי | 7.7201 | 0.1518 | 0.0721 | 0.0346 |
| אחוז השונות | 96.5 | 1.9 | 0.9 | 0.43 |
| מצטבר (%) | 96.5 | 98.4 | 99.3 | 99.73 |
| PH: גובה הצמח (ס"מ), NB: מספר הענפים לצמח, HFW: משקל טרי כולל של העשב (ג'), HDW: משקל יבש כולל של העשב (ג'), O%: תכולת שמן אתרי, Oy/p: תנובת שמן לצמח (סמ³), Oy/ha: תנובת שמן להקטרה (ליטר) ו-NU: מספר התלקולים לצמח | ||||
טבלה 2: ערכים עצמיים, וקטורים עצמיים, אחוז השונות ושונות מצטברת של ארבעת הרכיבים הראשיים הראשונים, המבוססים על שמונה תכונות צמיחה ותכונות הקשורות לשמן ב-15 שילובי טיפולים.קיצורי התכונות הם כדלקמן: PH (גובה צמח, cm), NB (מספר ענפים לצמח), HFW (משקל רענן של העשב, g), HDW (משקל יבש של העשב, g), O% (תכולת שמן אתרי), Oy/p (תנובת שמן לצמח, cm3), Oy/ha (תנובת שמן להקטרה, L), ו-NU (מספר תמריסים לצמח).
איור 4: תרשים עומסים של וקטור Eigen עבור 8 תכונות שנבחנו אשר טופלו ב-15 טיפולים משולבים: סרגלי PC₁ משתמשים בציר השמאלי; PC₂, PC₃, PC₄ משתמשים בצורות נקודות וצבעים שונים בציר הימני. PH: גובה צמח (cm), NB: מספר ענפים לצמח, HFW: משקל טרי כולל של העשב (g), HDW: משקל יבש כולל של העשב (g), O%: תכולת שמן אתרי, Oy/p: תנובת שמן לצמח (cm3), Oy/ha: תנובת שמן להקטרה (L) ו-NU: מספר תמשירים לצמח. סרגלי השגיאה מייצגים את השגיאה הסטנדרטית של הממוצע (SEM). אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של איור זה.
כל התכונות הראו טעינות חיוביות חזקות ודומות ב-PC₁, כולל מספר התשבולים, אחוז השמן, תנובת השמן לצמח, תנובת השמן לדונם, גובה הצמח, מספר הענפים, משקל רטוב של הצמח ומשקל יבש של הצמח (איור 5; טבלה 2). בהתאם לכך, ניתן לפרש את PC₁ כגרדיאנט פריון כללי המסכם את השונות בתכונות הביומסה ותנובת השמן בין הטיפולים. PC₂ הסביר רק חלק קטן מהשונות ותרם הבחנה נוספת מוגבלת בין הטיפולים.
איור 5: תרשים ציוני PCA הממחיש את ההתפלגות של 15 שילובי טיפולים בהתבסס על התכונות שנמדדו. הטיפולים מוגדרים באופן הבא: 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), ו-T15 (Ct3 × F5). פסי השגיאה מייצגים שגיאות תקן של הממוצע (SEM). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
ציוני PCA והשוואה לבקרה
טיפולים עם ציוני PC₁ חיוביים גבוהים (במיוחד T13, T12, T15 ו-T14) הראו גם את אחוזי העלייה הגבוהים ביותר ביחס לביקורת (T1) ברוב התכונות (איור 5 ו-איור 6). לדוגמה, T13 הראה עליות של 94.44% במספר התרומיות ו-98.18% ביבול השמן לדונם בהשוואה לביקורת.
איור 6: עליות באחוזים יחסיים של התכונות שנמדדו בהשוואה לטיפול הביקורת (T1: Ct1 × F1). הטיפולים מוגדרים באופן הבא: 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), ו-T15 (Ct3 × F5). אנא לחצו כאן להצגת גרסה גדולה יותר של איור זה.
טיפולים עם ציוני PC₁ בינוניים (למשל, T8 ו-T10) הראו שיפורים מתונים לעומת הביקורת, בעוד שטיפולים עם ציוני PC₁ שליליים, כולל הביקורת ושילובי Ct1 אחרים, הראו שינויים יחסיים מינימליים. תבניות אלו מעידות כי ציוני PC₁ היו תואמים באופן הדוק לתגובות הטיפול המתואמות לבסליין (baseline), ובכך חיזקו את תוצאות ה-ANOVA החד-משתני. עם זאת, PCA שימש אך ורק לצמצום נתונים ולהדמיה של תבניות רב-משתניות, ואינו מחליף בדיקה סטטיסטית הסקתית.
הקשרים בין תכונות בביפלוט ה-PCA
תרשים ה-PCA biplot (איור 4) ממחיש קשרים הדוקים בין תנובת השמן לצמח, תנובת השמן לדונם ומשקל יבש של הצמח, מה שמשקף מתאמים חזקים בין משתנים אלו. גם גובה הצמח, המשקל הרטוב של הצמח ומספר התיתליים הראו כיווני וקטורים דומים, דבר המעיד על שונות מתואמת בין תכונות אלו בתוך מערך הנתונים. מספר הענפים הראה הפרדה חלקית מרכיבי תנובה אחרים, מה שמרמז על קשרים חלשים יותר בתנאים הניסיוניים הנוכחיים. מערכות יחסים אלו מתארות מתאמים שנצפו בלבד ואינן מרמזות על קשרים מכניסטיים.
טיפולים (T12–T15) שקיבלו תה קומפוסט בריכוז של 600 L ha⁻1 בשילוב עם ביו-סטימולטורים על העלים הראו ביצועים רב-משתנים עדיפים במדדי הגדילה ותכונות השמן. לעומת זאת, טיפולים (T7–T11) הראו ערכים נמוכים יותר יחסית עבור רוב הפרמטרים שנבדקו. טיפולים שהוצבו בכיוון הנגדי לרוב הווקטורים, כגון Ct1 (360 L ha⁻1) ללא ריסוס על העלים או בשילוב עם Nostoc, נקשרו לערכים נמוכים יותר עבור רוב התכונות שנמדדו.
באופן כללי, PCA סיפק סיכום רב-משתני תמציתי המשלים את ה-ANOVA על ידי הדגמה של האופן שבו הטיפולים נבדלו מהביקורת על פני מספר תכונות בו-זמנית. העקביות בין דפוסי ה-PCA לתוצאות החד-משתניות המתואמות לבסיס תומכת בחסון של השפעות הטיפול, מבלי להרחיב את הפרשנות מעבר למשתנים שנמדדו.
זמינות נתונים:
הנתונים הגולמיים עבור כתב יד זה זמינים בקבצים המשלימים.
טבלה משלימה 1: נתונים ניסיוניים גולמיים עבור התוצאות.אנא לחצו כאן להורדת קובץ זה.
דיון
המחקר הנוכחי מדגים כי הגברה של רמות תה קומפוסט שיפרה באופן משמעותי את צמיחת השומר, את תכונות השבויים ואת פריון השמן האסנציאלי לאורך שתי עונות גידול, ובמיוחד כאשר שולבו עם ביו-סטימולטורים עליים ספציפיים.
רמות גבוהות יותר של תה קומפוסט (Ct3) הגבירו את מספר התסריגים ואת תנובת השמן, בדומה לממצאים קודמים המצביעים על כך שתוספים אורגניים נוזליים משפרים את חיוניות הצמח ואת זמינות חומרי ההזנה, ובכך משפרים את הביצועים הרבייתיים6,11. שיפורים דומים ביבול ובתכולת השמן האסנציאלי דווחו בשומר ובמינים אחרים ממשפחת ה-Apiaceae בעקבות יישום של תמציות קומפוסט או דשנים ביולוגיים, מה שמרמז כי תגובות אלה משקפות שיפורים כלליים בתנאי גידול הצמחים ולא השפעות ספציפיות לגידול מסוים8,19.
הביצועים המשופרים שנצפו ביישומים משולבים של תה קומפוסט ו-Azolla (F2) או Spirulina (F3) עולים בקנה אחד עם מחקרים קודמים שדיווחו כי תמציות של אצות וציאנובקטריה מקדמות צבירת ביומסה, פריחה וייצור של מטבוליטים שניים11,20. התגובה החזקה יותר שנצפתה במחקר הנוכחי, במיוחד עבור תנובת השמן לדונם, עשויה להיות מיוחסת לאסטרטגיית היישום המשולבת בקרקע ובעלים, ולא לשימוש ברכיבים בודדים.
העליות המקבילות בתשואת השמן, במספר התסריסים ובצמיחה הווגטטיבית מעידות כי שיפור התשואה נבע משיפורים מתואמים במספר תכונות ולא מגורם בודד. דפוס זה תואם למחקרים קודמים המצביעים על כך שדשנים אורגניים יכולים לשפר את קיבולת הפוטוסינתזה, את פעילות השורשים ואת יעילות ניצול החומרים המזינים, ובכך לתמוך הן בהצטברות הביומסה והן בהתפתחות הרבייתית6,8.
על אף שפרמטרים פיזיולוגיים וביוכימיים כגון קצבי ספיגת חומרי הזנה, רמות הורמונים אנדוגניים ופעילות מיקרוביאלית לא נמדדו במחקר זה, מחקרים קודמים מספקים הסברים סבירים לתגובות שנצפו. ידוע כי תה קומפוסט מספק חומרי הזנה זמינים תרבייתית ותרכובות פעילות ביולוגית, בעוד שביו-סטימולנטים המבוססים על אצות וציאנובקטריות נקשרו לשיפור הפעילות המטבולית ועמידות למעיקות11,19. פרשנויות אלו מבוססות על ספרות קיימת ואינן מייצגות מדידות ישירות מהמחקר הנוכחי.
תוצאות ה-PCA מעידות כי תנובת השמן לדונם ולצמח היו התורמים העיקריים להבדלים בין הטיפולים, מה שנתמך בממצאי הניתוח החד-משתני. טיפולים שקיבלו 600 L ha⁻1 של תה קומפוסט בשילוב עם ביו-סטימולטורים עלים תפסו באופן עקבי מיקומים חיוביים לאורך ציר הפרודוקטיביות הראשי. יישומים דומים של PCA במחקרי אגרונומיה הראו כי תכונות הקשורות לתנובה נטענות לרוב בעוצמה על הרכיב הראשי הראשון, דבר המשקף תגובות משולבות של הצמח ולא השפעות עצמאיות20.
במחקר זה נעשה שימוש ב-PCA ככלי חקר ראשוני לתיאור קשרים בין משתנים נמדדים ולא להסקת סיבתיות. ההתאמה בין ציוני ה-PCA לבין השיפורים היחסיים לעומת הביקורת מחזקת את הביטחון בהשפעות הטיפול שנצפו, תוך שהיא נשארת בגבולות הנתונים הנמדדים.
הממצאים מעידים כי שילוב של תה קומפוסט עם ביו-סטימולטורים עלים נבחרים יכול להוות גישה אגרונומית יעילה לשיפור הצמיחה של שומר והפקת שמן אתרי בתנאי שדה. עם זאת, היעדר מדידות ישירות של פעילות מיקרוביאלית, ויסות הורמונלי ודינמיקת רכיבי תזונה מגבילים את הפרשנות המכניסטית. מחקרים עתידיים שישלבו ניתוחים פיזיולוגיים, ביוכימיים וביולוגיים של הקרקע יעניקו הבנה מקיפה יותר של התהליכים העומדים בבסיס תגובות אלו.
באופן כללי, מחקר זה תורם להבנת האופן שבו תהר דשן (compost tea) וביו-סטימולטורים מקיימים אינטראקציה המשפיעה על צמיחת שומר ועל תנובת השמן, וזאת באמצעות שילוב של ניתוח סטטיסטי חד-משתני עם ניתוח דפוסים רב-משתני והצבת הממצאים בתוך הספרות המקצועית הרחבה יותר.
סיכום
יישום של תה קומפוסט במינון של 600 L ha⁻1 לאורך 16 שבועות, בשילוב עם יישום עלה של תמצית Spirulina בריכוז של 2 cm3 L⁻1, הוביל לתשואת שומר הגבוהה ביותר ולייצור מרב של שמן אתרי בתנאי מחקר אלו. תמצית Azolla הראתה השפעות דומות ועשויה לשמש כביו-סטימולטור חלופי. מחקרים עתידיים צריכים להעריך את הפוטנציאל להפחתת תשומות הדש रकम תוך שמירה על קצב יישום קומפוסט בסיסי של 24 t ha⁻1. מומלץ לבצע סטנדרטיזציה של תכונות תה הקומפוסט, כולל pH, מוליכות חשמלית והרכב חומרי הזנה, כדי להבטיח עקביות בין היישומים. ניטור הצמיחה הווגטטיבית, תכולת השמן האתרי והתשואה, בגיבוי של ניתוח רב-משתני כגון PCA, עשוי לשפר את הערכת התגובות לטיפולים בתנאי שדה.
גילויים
המחברים מצהירים כי אין ניגודי עניינים.
תודות
המחברים מבקשים להודות לדיקנאט ללימודי תארים מתקדמים ומחקר מדעי, אוניברסיטת טאיף, על מימון עבודה זו.
חומרים
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| זרעי שומר (*Foeniculum vulgare* מיל' (Mill.)) | המחלקה למחקר צמחים רפואיים וארומטיים, מכון המחקר להורטיקלטורה, ARC, מצרים | לא רלוונטי | זרעים ששימשו לניסוי שדה |
| קומפוסט מבוסס צמחים | ספק מסחרי מקומי / מקור מחווה ניסיונית | לא רלוונטי | משמש להכנת תה קומפוסט ולתיקון בסיסי של הקרקע |
| תה קומפוסט | הוכן בהתאם לפרוטוקול הניסויי | לא רלוונטי | תמצית מימית מאווררת של קומפוסט בשל |
| Azolla caroliniana ביומסה | המכון למחקר מים וסביבה, מרכז המחקר החקלאי, גיזה, מצרים | לא רלוונטי | משמש להכנת תמצית עלים |
| Spirulina platensis ביומסה | המכון לחקר המים והסביבה, מרכז המחקר החקלאי, גיזה, מצרים | לא רלוונטי | משמש להכנת תמצית עלים |
| Nostoc muscorum ביומסה | המכון למחקר מים וסביבה, מרכז המחקר החקלאי, גיזה, מצרים | לא רלוונטי | משמש להכנת תמצית עלים |
| *Chlorella vulgaris* ביומסה | המכון לחקר מים וסביבה, מרכז המחקר החקלאי, גיזה, מצרים | לא רלוונטי | משמש להכנת תמצית עלים |
| מים מזוקקים | המכון למחקר מים וסביבה, מרכז המחקר החקלאי, גיזה, מצרים | לא רלוונטי | משמש להכנת תמצית |
| אמוניום סולפט (20.6% N) | משרד החקלאות והשיקום של קרקעות, מצרים | לא רלוונטי | מקור לדשן מינרלי |
| סופר פוספט של סידן (15.5% P2O5) | משרד החקלאות והשיקום של קרקעות, מצרים | לא רלוונטי | מקור דשן מינרלי |
| K₂SO₄) (48% K)2O) | משרד החקלאות והשיקום של קרקעות, מצרים | לא רלוונטי | מקור דשן מינרלי |
| טפטפות להשקיה בטפטוף (4 ליטר לשעה)-1) | המחלקה למחקר צמחים רפואיים וארומטיים, מכון המחקר לגנאות, ARC, מצרים | לא רלוונטי | מערכת השקיה |
| מרסס ידני | המחלקה למחקר צמחים רפואיים וארומטיים, מכון המחקר להורטיקולטורה, ARC, מצרים | לא רלוונטי | משמש ליישום על העלים |
| תנור ייבוש | המחלקה למחקר צמחים רפואיים וארומטיים, מכון המחקר להורטיקולטורה, ARC, מצרים | לא רלוונטי | תנור השומר על טמפרטורה של 70 °C |
| מערכת לזיקוק בקיטור (Hydro-distillation) | המחלקה למחקר צמחים רפואיים וארומטיים, מכון המחקר להורטיקולטורה, ARC, מצרים | לא רלוונטי | משמש להפקת שמן אתרי |
| מאזניים אנליטיים | המחלקה למחקר צמחים רפואיים וארומטיים, מכון המחקר להורטיקלטורה, ARC, מצרים | לא רלוונטי | משמש לשקילה של הדגימה |
| נפה של 2 מ"מ | המחלקה למחקר צמחים רפואיים ובישוריים, מכון המחקר להורטיקולטורה, ARC, מצרים | לא רלוונטי | משמש להכנת קרקע |
| תוכנת Statistix 8.1 | תוכנה אנליטית | גרסה 8.1 | משמש ל-ANOVA ולניתוח סטטיסטי |
מקורות
- 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.