Deze studie evalueerde de effecten van organische bemesting en de toepassing van biostimulantia op venkel onder veldomstandigheden in Egypte. De hoogste opbrengsten werden behaald bij 600 L ha⁻1 compostthee in combinatie met Azolla of Spirulina. Deze behandeling verbeterde de opbrengst en kwaliteit van de essentiële olie van venkel.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Onderzoeksartikel
Biologische bemesting en biostimulantia verbeteren de groei, opbrengst en productie van essentiële olie bij venkel (Foeniculum vulgare): een veldstudie
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
De huidige studie werd uitgevoerd over twee opeenvolgende seizoenen (2023/24 en 2024/25) op de experimentele boerderij van het El-Qassassin Horticultural Research Station, provincie Ismailia, Egypte, om de respons van venkelplanten (Foeniculum vulgare Mill.) op organische bemesting en de toepassing van biostimulantia te evalueren. Het experiment volgde een split-plot ontwerp waarbij drie niveaus van compostthee (360, 480 en 600 L ha⁻1) werden toegewezen aan de hoofdpercelen, terwijl vijf biostimulantiebehandelingen (controle, Azolla, Spirulina, Nostoc en Chlorella extracten) werden toegewezen aan de subpercelen, wat resulteerde in 15 behandelingscombinaties. Vegetatieve groeiparameters, opbrengstcomponenten, het gehalte aan etherische olie (EO) en de olieopbrengst per plant en per hectare werden beoordeeld. Hogere niveaus van compostthee, in het bijzonder 600 L ha⁻1 (Ct3), in combinatie met de biostimulantia Azolla (F2) of Spirulina (F3), leidden consistent tot een verhoogde olieopbrengst per plant en per hectare, waarbij Ct3 × F3 de maximale opbrengsten behaalde (55,58 kg ha⁻1 in het eerste seizoen en 58,85 kg ha⁻1 in het tweede seizoen). Een principale componentanalyse ondersteunde deze bevindingen, wat aantoont dat opbrengstverbeteringen geassocieerd waren met gecoördineerde toenames in olie-gerelateerde eigenschappen in plaats van een enkele bijdragende factor. Deze resultaten geven aan dat Ct3 in combinatie met F2 of F3 de meest effectieve behandeling was voor het verbeteren van de olieopbrengst en -kwaliteit onder veldomstandigheden.
Inleiding
Venkel (F. vulgare Mill.) is een veel gecultiveerde medicinale en aromatische plant die gewaardeerd wordt om zijn zaden en essentiële olie, welke farmacologische, antibacteriële, ontstekingsremmende en antioxidatieve eigenschappen bezitten1,2,3,4,5. De toenemende vraag naar producten afgeleid van venkel in de farmaceutische, nutraceutische en voedingsmiddelenindustrie zet productiesystemen onder druk om de opbrengst en oliekwaliteit te verbeteren, terwijl de impact op het milieu wordt geminimaliseerd.
Conventionele venkelteelt is sterk afhankelijk van minerale meststoffen om een hoge productiviteit te bereiken. Echter is overmatig gebruik van synthetische inputs geassocieerd met zorgen over de duurzaamheid op lange termijn, waaronder verminderde microbiële activiteit en bodemdegradatie5. Deze uitdagingen hebben geleid tot interesse in biologische bemestingsstrategieën, in het bijzonder compostgebaseerde bodemverbeteraars, die de bodemstructuur, biologische activiteit en nutriëntenbeschikbaarheid verbeteren6.
Compostthee, een belucht waterig extract van rijpe compost, is naar voren gekomen als een veelbelovend organisch bodemverbetermiddel vanwege de inhoud aan oplosbare voedingsstoffen, organische zuren en nuttige micro-organismen7. De toepassing van compostthee via irrigatiesystemen is effectief gebleken in het bevorderen van plantengroei en nutriëntenopname, terwijl de afhankelijkheid van kunstmest wordt verminderd8. Parallel hieraan hebben waterplanten en microalgen zoals Azolla, Spirulina, Nostoc en Chlorella aandacht getrokken als biostimulantia vanwege hun hoge gehaltes aan aminozuren, fytohormonen, vitaminen en mineralen7,9,10. Er is gemeld dat bladvoeding met deze extracten de groei, biomassa-accumulatie en opbrengst van diverse tuinbouwgewassen verbetert8,11,12.
Ondanks toenemend bewijs voor de individuele voordelen van compostthee en biostimulanten, blijft hun gecombineerde toepassing onder veldomstandigheden onvoldoende onderzocht, in het bijzonder bij medicinale gewassen zoals venkel. De meeste eerdere studies waren gericht op enkele toevoegingen of gecontroleerde omgevingen, waardoor er onzekerheid bestaat over hun interactieve effecten op de vegetatieve groei, opbrengstonderdelen en de productie van essentiële oliën binnen commerciële teeltsystemen.
Om dit gat te vullen, evalueerde de huidige studie de gecombineerde effecten van vier verschillende biostimulantenextracten en drie applicatieniveaus van compostthee op de groei, opbrengst en productie van essentiële olie van venkel onder openveldcondities met druppelirrigatie. Deze studie biedt een duidelijk gedefinieerde veldgebaseerde aanpak voor de integratie van in de bodem toegepaste compostthee met bladbiostimulanten en biedt inzichten in duurzame nutriëntenbeheersstrategieën die toepasbaar zijn in aride en semi-aride regio's.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
Deze studie betrof uitsluitend plantmateriaal en bevatte geen experimenten met mensen of dieren. Daarom was geen ethische goedkeuring vereist. De onderzoeksmiddelen die in dit protocol worden gebruikt, zijn opgesomd in de Tabel met Materialen.
1. Experimentele locatie
Het experiment werd uitgevoerd tijdens de seizoenen 2023/24 en 2024/25 op het proefbedrijf van het El-Qassassin Horticultural Research Station, provincie Ismailia, Egypte (30°53′ N, 31°56′ E), om de respons van venkelplanten (F. vulgare Mill.) op organische bemesting en de toepassing van biostimulanten te evalueren. De klimatologische omstandigheden tijdens de groeiperiode (november–april) werden geregistreerd door het meteorologisch station van Ismailia. De gemiddelde minimum- en maximumluchttemperaturen varieerden respectievelijk van 12–18 °C en 22–30 °C, terwijl de relatieve vochtigheid varieerde van 50%–65%. Tijdens de experimentele perioden werden geen extreme weersomstandigheden geregistreerd (Figuur 1).
Figuur 1: Schematische weergave van het split-plot experimentele ontwerp, waarbij de compostthee-niveaus zijn toegewezen aan de hoofdpercelen en de biostimulant-behandelingen zijn toegewezen binnen de subpercelen over drie herhalingen. Ct.1, Ct.2 en Ct.3 komen overeen met 360, 480 en 600 liters per hectare (ha) als bodemtoepassing, waarbij de bladbespuitingen F.1, F.2, F.3, F.4 en F.5 respectievelijk 2 cm3/L water vertegenwoordigen voor de Controle, Azolla, Spirulina, Nostoc en Chlorella extracten. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
2. Plantmateriaal
Venkelzaden werden verkregen van de Medicinal and Aromatic Plants Research Department, Horticulture Research Institute, Agricultural Research Center, Dokki, Giza, Egypte. De zaden werden tijdens de eerste week van november in kwekerijbedden gezaaid, en de zaailingen werden na vestiging later uitgedund tot één plant per heuvel.
3. Bodembemonstering en analyse
Voorafgaand aan de bodembereiding werden samengestelde bodemmonsters (0–30 cm diepte) verzameld, aan de lucht gedroogd, gezeefd door een 2 mm zeef en geanalyseerd op fysische en chemische eigenschappen met behulp van standaardprotocollen13,14 (Tabel 1).
| Deeltjesgrootteverdeling (%) | Textuurklasse | *O.M. (%) | |||||||
| Grof zand | Fijn zand | Slib | Klei | Zanderig | 0.48 | ||||
| 80.65 | 14.06 | 3.8 | 1.49 | ||||||
| pH | EC dS/m | SP % | Kationen (meq/l) | Anionen (meq/l) | |||||
| Ca++ | Mg++ | Na+ | K+ | HCO3- | Cl- | SO4 | |||
| 8 | 0.79 | 28 | 4 | 2.68 | 1.79 | 0.61 | 1.4 | 4.38 | 2.98 |
| *O.M.(%): organische stof | |||||||||
Tabel 1: Fysische en chemische eigenschappen van de experimentele bodem. Kenmerken omvatten de korrelgrootteverdeling, textuurklasse, organische stofgehalte, pH, elektrische geleidbaarheid, verzadigingspercentage en de belangrijkste kationen en anionen.
4. Experimentele opzet
Het experiment volgde een split-plot randomized complete block design met drie herhalingen. De niveaus van compostthee werden toegewezen aan de hoofdplots en de biostimulantbehandelingen aan de subplots (Figuur 2). Elke plot mat 8,4 m2 en bevatte 24 planten verdeeld over drie rijen (4 m in lengte), met 70 cm tussen de rijen en 50 cm tussen de planten binnen de rijen.
Druppelirrigatie werd toegepast met emitters die 4 L h⁻1 per plant leverden gedurende 1 h om de twee dagen. Om interferentie tussen de behandelingen te voorkomen, werd één rug tussen de percelen onbeplant gelaten als bufferzone.
Alle percelen ontvingen tijdens de bodembewerking twee weken vóór het planten 24 t ha⁻1 compost. Minerale meststoffen werden toegepast op 50% van de aanbevolen dosis (RD): 360 kg ha⁻1 ammoniumsulfaat (20,6% N), 240 kg ha⁻1 calciumsuperfosfaat (15,5% P₂O₅) en 120 kg ha⁻1 kaliumsulfaat (48% K₂O). Stikstof- en kaliummeststoffen werden in drie gelijke doses met intervallen van 15 dagen toegediend, terwijl fosformeststof als één enkele basisdosering werd toegepast. Gedurende de hele groeiperiode werden standaard agronomische praktijken gevolgd.
Figuur 2: Olieopbrengst per hectare (kg ha⁻¹) en de relatieve toename in vergelijking met de controlebehandeling (T1: Ct1 × F1) tijdens het eerste (S1) en tweede (S2) seizoen. Ct1 vertegenwoordigt het laagste niveau van compostthee (360 L ha⁻¹), en F1 vertegenwoordigt de ongespoten controle. Behandelingen zijn als volgt gedefinieerd: 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), en T15 (Ct3 × F5). Foutenbalken vertegenwoordigen de standaardfouten van het gemiddelde (SEM). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
5. Behandelingen met compostthee
Rijpe compost op basis van planten werd gedurende 24–48 u aerobisch geëxtraheerd in zoet water. De resulterende compostthee had een elektrische geleidbaarheid van 1,2–1,6 dS m⁻1 en een licht alkalische pH (7,5–8,0). De compostthee werd via druppelirrigatie aangebracht in hoeveelheden van 360, 480 of 600 L ha⁻1 over een periode van 16 weken, beginnend één maand na de zaai.
6. Bereiding en toepassing van de biostimulant
Verse biomassa van Azolla caroliniana, Spirulina platensis, Nostoc muscorum en Chlorella vulgaris werd gehomogeniseerd in gedestilleerd water in een verhouding van 1:10 (w/v), gefiltreerd en verdund tot een eindconcentratie van 2 cm3 L⁻1 (ongeveer 1200 L ha⁻1). Extracten werden vers bereid vóór toepassing en drie keer tijdens het groeiseizoen (30, 60 en 90 dagen na het planten) aangebracht als bladbespuiting met een handspuit tot aan het afvloeien.
7. Vastgelegde gegevens
Vegetatieve groeiparameters
Zes willekeurig geselecteerde planten uit elke experimentele eenheid werden geoogst 65 dagen na het planten. De plantlengte (cm) werd gemeten van de basis tot de top van de hoofdstengel. Het totale verse kruidgewicht (g) en het droggewicht (g) werden genoteerd, waarbij het droggewicht werd bepaald na het oven-drogen van monsters bij 70 °C gedurende 48 h tot een constant gewicht. Het aantal takken per plant werd berekend als het gemiddelde aantal over de bemonsterde planten.
Extractie van etherische olie (EO)
Essentiële olie werd gedestilleerd uit 40 g geoogste vruchten middels hydro-distillatie gedurende 3 h, volgens de methode beschreven door Miller15. De geëxtraheerde olie kreeg de tijd om ongestoord te staan om volledige scheiding te waarborgen16.
Bepaling van het gehalte en het rendement van essentiële olie
Het gehalte aan essentiële olie (% w/w) werd als volgt berekend:
Waarbij:
WEO = gewicht van de geëxtraheerde essentiële olie (g)
Wsample = drooggewicht van het plantmonster dat aan hydrodistillatie is onderworpen (g)
De opbrengst aan essentiële olie per plant werd als volgt berekend:
Waarbij:
DWplant = drooggewicht van de hele plant per plant (g)
EO content = percentage essentiële olie op basis van drooggewicht (% w/w)
Opmerking: Er werd aangenomen dat de dichtheid van de essentiële olie ongeveer 1 g cm⁻3 was, waardoor omrekening van grammen naar kubieke centimeters mogelijk was.
De opbrengst aan essentiële olie per hectare werd als volgt berekend:
Waarbij:
EO yieldplant - 1= opbrengst essentiële olie per plant (cm3)
Nplants = aantal planten per hectare
1000 = conversiefactor van cm3 naar L
Opmerking: Alle berekeningen van de olieopbrengst waren gebaseerd op droge stof om variabiliteit door het vochtgehalte van de plant te voorkomen.
Opbrengstkenmerk
Het aantal schermkransen per plant werd in het stadium van fruitrijping vastgelegd door alle schermkransen op elke plant te tellen.
8. Statistische analyse
Voor elk kenmerk en seizoen werden de waarnemingen op replica-niveau op normaliteit getest met de Shapiro-Wilk-toets. Omdat er geen significante afwijkingen van de normaliteit werden waargenomen (p > 0.05), is parametrische analyse toegepast. De gegevens werden geanalyseerd met behulp van variantieanalyse (ANOVA) voor een split-plot-ontwerp met Statistix 8.1 (Analytical Software, 2008), en de behandelingsgemiddelden werden vergeleken met de least significant difference (LSD)-toets17.
Hoofdcomponentanalyse (PCA) werd uitgevoerd als een multivariabel instrument om de relaties tussen de gemeten kenmerken samen te vatten. Eigenwaarden werden gebruikt om de relatieve bijdrage van elke component te bepalen, en biplot-visualisatie werd gebruikt om behandelingen en associaties tussen kenmerken te vergelijken18.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Shapiro-Wilk-toetsen gaven aan dat de verdelingen van alle gemeten variabelen in geen van beide seizoenen significant afweken van de normaliteit (p > 0.05). Variantieanalyse wees uit dat de interactie tussen het niveau van compostthee (Ct) en de behandeling met bladerbiostimulantia (F) de vegetatieve groeikenmerken, het aantal schermbloemen en de olie-gerelateerde kenmerken (oliepercentage, olieopbrengst per plant en olieopbrengst per hectare) in beide groeiseizoenen significant beïnvloedde.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
De huidige studie toont aan dat het verhogen van composttheeniveaus de groei van venkel, de reproductieve eigenschappen en de productie van essentiële olie over twee groeiseizoenen significant heeft verbeterd, in het bijzonder in combinatie met specifieke bladbiostimulanten.
Hogere concentraties compostthee (Ct3) zorgden voor een toename van het aantal schermen en de olieopbrengst, wat consistent is met eerdere bevindingen dat organische vloeibare supplementen de plantvitaliteit en nutriëntenb...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs verklaren geen belangenconflicten.
Dankbetuigingen
De auteurs willen het Decanaat voor Graduate Studies en Wetenschappelijk Onderzoek van de Taif University bedanken voor de financiering van dit werk.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Venkelzaden (Foeniculum vulgare Mill.) | Medicinal and Aromatic Plants Research Department, Horticulture Research Institute, ARC, Egypte | N/A | Zaden gebruikt voor veldexperiment |
| Compost op plantaardige basis | Lokale commerciële leverancier / bron van experimenteel bedrijf | N/A | Gebruikt voor bereiding van compostthee en basisbodemverbetering |
| Compostthee | Bereid volgens experimenteel protocol | N/A | Beluchte waterige extract van rijpe compost |
| Azolla caroliniana biomassa | Water and Environment Research Institute, Agricultural Research Center, Giza, Egypte | N/A | Gebruikt voor bereiding van bladextract |
| Spirulina platensis biomassa | Water and Environment Research Institute, Agricultural Research Center, Giza, Egypte | N/A | Gebruikt voor bereiding van bladextract |
| Nostoc muscorum biomassa | Water and Environment Research Institute, Agricultural Research Center, Giza, Egypte | N/A | Gebruikt voor bereiding van bladextract |
| Chlorella vulgaris biomassa | Water and Environment Research Institute, Agricultural Research Center, Giza, Egypte | N/A | Gebruikt voor bereiding van bladextract |
| Gedestilleerd water | Water and Environment Research Institute, Agricultural Research Center, Giza, Egypte | N/A | Gebruikt voor bereiding van extract |
| Ammoniumsulfaat (20,6% N) | Ministry of Agriculture and Land Reclamation, Egypte | N/A | Minerale meststofbron |
| Calciumsuperfosfaat (15,5% P2O5) | Ministry of Agriculture and Land Reclamation, Egypte | N/A | Minerale meststofbron |
| Kaliumsulfaat (48% K2O) | Ministry of Agriculture and Land Reclamation, Egypte | N/A | Minerale meststofbron |
| Druppelirrigatie-druppelaars (4 L h-1) | Medicinal and Aromatic Plants Research Department, Horticulture Research Institute, ARC, Egypte | N/A | Irrigatiesysteem |
| Handspuit | Medicinal and Aromatic Plants Research Department, Horticulture Research Institute, ARC, Egypte | N/A | Gebruikt voor bladapplicatie |
| Droogoven | Medicinal and Aromatic Plants Research Department, Horticulture Research Institute, ARC, Egypte | N/A | Oven gehouden op 70 °C |
| Hydrodestillatie-apparaat | Medicinal and Aromatic Plants Research Department, Horticulture Research Institute, ARC, Egypte | N/A | Gebruikt voor extractie van essentiële olie |
| Analytische balans | Medicinal and Aromatic Plants Research Department, Horticulture Research Institute, ARC, Egypte | N/A | Gebruikt voor het wegen van monsters |
| 2 mm zeef | Medicinal and Aromatic Plants Research Department, Horticulture Research Institute, ARC, Egypte | N/A | Gebruikt voor bodembereiding |
| Statistix 8.1 software | Analytische software | Versie 8.1 | Gebruikt voor ANOVA en statistische analyse |
Referenties
- 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.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.