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.
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.
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.
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.
Opbrengstrespons ten opzichte van de controlebehandeling
In het eerste seizoen (Figuur 2) nam de olieopbrengst per hectare (Oy ha⁻1) progressief toe bij een toenemend niveau van compostthee. Alle Ct3-behandelingen (600 L ha⁻1) produceerden hogere olieopbrengsten dan de controlebehandeling (T1: Ct1 × F1, 360 L ha⁻1 zonder bladbespuiting). De hoogste olieopbrengst (55,58 kg ha⁻1) werd verkregen uit Ct3 gecombineerd met Spirulina bij 2 cm3 L⁻1 (T13), wat significant hoger was dan de controle en alle Ct1-behandelingen, waarbij de LSD-waarde (2,93 kg ha⁻1) werd overschreden. Vergeleken met de controle vertoonde deze behandeling een duidelijke toename in de olieopbrengst per hectare (Figuur 3).
Figuur 3: Biplot hoofdcomponentanalyse voor de vijftien interactieve behandelingen, gebaseerd op de vier vegetatieve kenmerken, het aantal schermen per plant en de drie olie-gerelateerde kenmerken, gebruikmakend van de eerste en tweede componenten; een behandeling wordt vertegenwoordigd door elk punt. De locatie in de plot geeft de mate van overeenkomst of verschil tussen de behandelingen weer volgens de inputfactoren (8 groeikenmerken en oliekarakteristieken); hoe dichter bij elkaar, des te gelijker, en hoe verder uit elkaar, des te duidelijker het onderscheid. PH: plantlengte (cm), NB: aantal takken/plant, HFW: totaal versgewicht van het kruid (g), HDW: totaal drooggewicht van het kruid (g), O%: essentieel oliegehalte, Oy/p: olieopbrengst per plant (cm3), Oy/ha: olieopbrengst per hectare (L) en NU: aantal schermen/plant 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), and T15 (Ct3 × F5). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Vergelijkbare trends werden waargenomen voor de olieopbrengst per plant en het aantal schermbloemen, wat aangeeft dat behandelingen die een hogere olieopbrengst per hectare opleverden, ook geassocieerd waren met een grotere reproductieve output en biomassa-accumulatie. Deze relaties worden gepresenteerd als statistische associaties tussen gemeten kenmerken, zonder causale mechanismen af te leiden.
In het tweede seizoen produceerde Ct3 × F3 (T13) opnieuw de hoogste olieopbrengst per hectare (58,85 kg ha⁻1), wat significant hoger was dan de controle en de meeste Ct2-behandelingen (LSD = 3,17 kg ha⁻1). De rangschikking van de behandelingen ten opzichte van de controle was grotendeels consistent over de seizoenen heen, wat wijst op reproduceerbare effecten van de behandelingen onder de geteste omgevingsomstandigheden.
Principecomponentenanalyse (PCA)
Principal component analyse werd toegepast als exploratief instrument om de multivariate relaties tussen de acht gemeten kenmerken over de 15 behandelingen samen te vatten. De eerste twee hoofdcomponenten verklaarden 98,4% van de totale variantie, waarbij PC₁ verantwoordelijk was voor 96,5% en PC₂ voor 1,9% (Tabel 2; Figuur 4). De dominantie van PC₁ weerspiegelt een sterke covariantie tussen groeigerelateerde en opbrengstgerelateerde kenmerken in de dataset, in plaats van onderscheidende onderliggende biologische processen.
| Parameter | PC1 | PC2 | PC3 | PC4 |
| NU | 0.3516 | 0.3064 | -0.3732 | 0.772 |
| 0% | 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 |
| Eigenwaarde | 7.7201 | 0.1518 | 0.0721 | 0.0346 |
| % van de variantie | 96.5 | 1.9 | 0.9 | 0.43 |
| Cumulatief (%) | 96.5 | 98.4 | 99.3 | 99.73 |
| PH: plantelhoogte (cm), NB: aantal takken/plant, HFW: totaal vers gewicht van de kruiden (g), HDW: totaal drooggewicht van de kruiden (g), O%: gehalte aan essentiële olie, Oy/p: olieopbrengst per plant (cm³), Oy/ha: olieopbrengst per hectare (L) en NU: aantal schermkransen/plant | ||||
Tabel 2: Eigenwaarden, eigenvectoren, percentage variantie en cumulatieve variantie van de eerste vier hoofdcomponenten op basis van acht groeigerelateerde en olie-gerelateerde kenmerken over 15 behandelcombinaties.Afkortingen voor kenmerken zijn als volgt: PH (planthoogte, cm), NB (aantal takken per plant), HFW (vers gewicht van het kruid, g), HDW (droog gewicht van het kruid, g), O% (essentiële oliegehalte), Oy/p (olieopbrengst per plant, cm3), Oy/ha (olieopbrengst per hectare, L) en NU (aantal schermen per plant).
Figuur 4: Loading plot van de eigenvectoren voor 8 bestudeerde kenmerken behandeld met de 15 interactieve behandelingen: PC₁ balken gebruiken de linkeras; PC₂, PC₃, PC₄ gebruiken verschillende puntvormen en kleuren op de rechteras. PH: planthoogte (cm), NB: aantal takken/plant, HFW: totaal vers gewicht kruid (g), HDW: totaal drooggewicht kruid (g), O%: gehalte aan essentiële olie, Oy/p: olieopbrengst per plant (cm3), Oy/ha: olieopbrengst per hectare (L) en NU: aantal schermen/plant. Foutenbalken vertegenwoordigen de standaardfouten van het gemiddelde (SEM). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Alle kenmerken vertoonden sterke en vergelijkbare positieve ladingen op PC₁, waaronder het aantal schermtoppen, het oliepercentage, de olieopbrengst per plant, de olieopbrengst per hectare, de plantlengte, het aantal takken, het natte gewicht van de kruiden en het droge gewicht van de kruiden (Tabel 2; Figuur 5). Bijgevolg kan PC₁ worden geïnterpreteerd als een algemene productiviteitsgradiënt die de variatie in biomassa- en olieopbrengstkenmerken over de behandelingen samenvat. PC₂ verklaarde slechts een klein deel van de variantie en droeg beperkt bij aan aanvullende discriminatie tussen de behandelingen.
Figuur 5PCA-scoreplot die de distributie van 15 behandelingscombinaties illustreert op basis van de gemeten kenmerken. De 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 representeren de standaardfouten van het gemiddelde (SEM). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
PCA-scores en vergelijking met de controle
Behandelingen met hoge positieve PC₁-scores (met name T13, T12, T15 en T14) vertoonden ook de grootste procentuele toenames ten opzichte van de controle (T1) voor de meeste kenmerken (Figuur 5 en Figuur 6). Zo vertoonde T13 toenames van 94,44% in het aantal schermbloemen en 98,18% in de olieopbrengst per hectare vergeleken met de controle.
Figuur 6: Relatieve percentage-toenames van de gemeten kenmerken vergeleken met de controlebehandeling (T1: Ct1 × F1). 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). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Behandelingen met gemiddelde PC₁-scores (bijv. T8 en T10) vertoonden matige verbeteringen ten opzichte van de controle, terwijl behandelingen met negatieve PC₁-scores, inclusief de controle en andere Ct1-combinaties, minimale relatieve veranderingen vertoonden. Deze patronen geven aan dat de PC₁-scores nauw aansloten bij de op de baseline gecorrigeerde behandelingsresponsen, wat de resultaten van de univariate ANOVA bevestigde. PCA werd echter strikt gebruikt voor datareductie en visualisatie van multivariate patronen en vervangt geen inferentiële statistische toetsing.
Kenmerkassociaties in de PCA-biplot
De PCA-biplot (Figuur 4) illustreert nauwe associaties tussen de olieopbrengst per plant, de olieopbrengst per hectare en het drooggewicht van het kruid, wat wijst op sterke correlaties tussen deze variabelen. De plantlengte, het versgewicht van het kruid en het aantal schermvijzels vertoonden ook vergelijkbare vectororiëntaties, wat duidt op een gecoördineerde variatie tussen deze kenmerken binnen de dataset. Het aantal takken vertoonde een gedeeltelijke scheiding van andere opbrengstcomponenten, wat suggereert dat de associaties onder de huidige experimentele omstandigheden zwakker zijn. Deze relaties beschrijven uitsluitend de waargenomen correlaties en impliceren geen mechanische verbanden.
Behandelingen (T12–T15) die compostthee ontvingen bij 600 L ha⁻1 in combinatie met bladbiostimulanten vertoonden een superieure multivariate prestatie voor zowel groeikenmerken als olie-eigenschappen. In contrast hiermee vertoonden behandelingen (T7–T11) relatief lagere waarden voor de meeste geëvalueerde parameters. Behandelingen die in de tegenovergestelde richting van de meeste vectoren waren gepositioneerd, zoals Ct1 (360 L ha⁻1) zonder bladbespuiting of in combinatie met Nostoc, waren geassocieerd met lagere waarden voor de meeste gemeten kenmerken.
Over het geheel genomen bood de PCA een beknopte multivariate samenvatting die de ANOVA aanvult door te illustreren hoe de behandelingen gelijktijdig over meerdere kenmerken verschilden van de controle. De consistentie tussen de PCA-patronen en de op de baseline gecorrigeerde univariate resultaten ondersteunt de robuustheid van de behandelingseffecten, zonder de interpretatie uit te breiden voorbij de gemeten variabelen.
DATABESCHIKBAARHEID:
De ruwe gegevens voor dit manuscript zijn beschikbaar in de aanvullende bestanden.
Aanvullende tabel 1: Ruwe experimentele gegevens voor de resultaten. Klik hier om dit bestand te downloaden.
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 nutriëntenbeschikbaarheid verbeteren, waardoor de reproductieve prestaties toenemen6,11. Vergelijkbare verbeteringen in opbrengst en essentieel oliegehalte zijn gerapporteerd bij venkel en andere Apiaceae-soorten na toepassing van compostextracten of biofertilizers, wat suggereert dat deze reacties een weerspiegeling zijn van algemene verbeteringen in de groeiomstandigheden van de plant in plaats van gewasspecifieke effecten8,19.
De verbeterde prestaties die werden waargenomen bij gecombineerde toepassingen van compostthee en Azolla (F2) of Spirulina (F3) zijn consistent met eerdere studies waarin werd gerapporteerd dat extracten van algen en cyanobacteriën de biomassa-accumulatie, bloei en de productie van secundaire metabolieten bevorderen11,20. De sterkere respons die in de huidige studie werd waargenomen, in het bijzonder voor de olieopbrengst per hectare, kan worden toegeschreven aan de gecombineerde strategie van bodem- en bladtoepassing in plaats van aan het gebruik van individuele inputs.
De gelijktijdige toenames in olieopbrengst, het aantal schermen en de vegetatieve groei wijzen erop dat de verhoging van de opbrengst het resultaat was van gecoördineerde verbeteringen van meerdere kenmerken in plaats van een enkele factor. Dit patroon komt overeen met eerder onderzoek dat suggereert dat organische amendementen de fotosynthetische capaciteit, wortelactiviteit en nutriëntengebruiksefficiëntie kunnen verbeteren, waardoor zowel de biomassaccumulatie als de reproductieve ontwikkeling worden ondersteund6,8.
Hoewel fysiologische en biochemische parameters zoals nutriëntenopnamesnelheden, endogene hormoonspiegels en microbiële activiteit niet in deze studie zijn gemeten, bieden eerdere onderzoeken aannemelijke verklaringen voor de waargenomen responsen. Compostthee staat erom bekend gemakkelijk beschikbare nutriënten en biologisch actieve verbindingen te leveren, terwijl biostimulanten op basis van algen en cyanobacteriën worden geassocieerd met een verhoogde metabole activiteit en stresstolerantie11,19. Deze interpretaties zijn gebaseerd op bestaande literatuur en vormen geen directe metingen uit de huidige studie.
De PCA-resultaten geven aan dat de olieopbrengst per hectare en per plant de belangrijkste bijdragers waren aan het onderscheid tussen de behandelingen, wat de bevindingen uit de univariate analyse ondersteunt. Behandelingen waarbij 600 L ha⁻1 compostthee werd gecombineerd met bladbiostimulanten namen consequent gunstige posities in langs de primaire productiviteitsas. Vergelijkbare PCA-toepassingen in agronomische studies hebben aangetoond dat opbrengstgerelateerde kenmerken vaak sterk laden op de eerste hoofdcomponent, wat geïntegreerde plantreacties weerspiegelt in plaats van onafhankelijke effecten20.
PCA werd in deze studie gebruikt als verkennend instrument om associaties tussen gemeten variabelen te beschrijven en niet om causaliteit af te leiden. De overeenstemming tussen de PCA-scores en de relatieve verbeteringen ten opzichte van de controlegroep versterkt het vertrouwen in de waargenomen behandelingseffecten, terwijl men binnen de grenzen van de gemeten gegevens blijft.
De bevindingen wijzen erop dat de combinatie van compostthee met geselecteerde bladbiostimulanten een effectieve agronomische benadering kan zijn om de groei van venkel en de productie van essentiële olie onder veldomstandigheden te verbeteren. Het gebrek aan directe metingen van microbiële activiteit, hormonale regulatie en nutriëntendynamiek beperkt echter de mechanistische interpretatie. Toekomstige studies die fysiologische, biochemische en bodembiologische analyses integreren, zouden een uitgebreider inzicht bieden in de processen die ten grondslag liggen aan deze reacties.
Over het algemeen draagt deze studie bij aan het begrip van hoe compostthee en biostimulanten samenwerken om de groei en olieopbrengst van venkel te beïnvloeden, door univariaate statistische analyse te integreren met multivariate patroonanalyse en de bevindingen te plaatsen binnen de bredere literatuur.
Conclusie
Toepassing van compostthee bij 600 L ha⁻1 gedurende 16 weken, gecombineerd met een bladspraying van Spirulina-extract bij 2 cm3 L⁻1, resulteerde in de hoogste venkelopbrengst en essentiële olieproductie onder de omstandigheden van deze studie. Azolla-extract vertoonde vergelijkbare effecten en kan dienen als alternatieve biostimulant. Toekomstig onderzoek dient het potentieel te evalueren om de input van minerale meststoffen te verminderen, terwijl een basisdosering van compost van 24 t ha⁻1 wordt gehandhaafd. Standaardisatie van de eigenschappen van compostthee, waaronder pH, elektrische geleidbaarheid en nutriëntensamenstelling, wordt aanbevolen om consistentie tussen toepassingen te waarborgen. Monitoring van de vegetatieve groei, het gehalte aan essentiële olie en de opbrengst, ondersteund door multivariate analyse zoals PCA, kan de evaluatie van behandelingsresponsen onder veldomstandigheden verbeteren.
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.
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.