W niniejszym badaniu oceniono wpływ nawożenia organicznego i zastosowania biostymulatorów na koper włoski w warunkach polowych w Egipcie. Najwyższe plony uzyskano przy zastosowaniu 600 L ha⁻1 herbatki kompostowej w połączeniu z Azolla lub Spirulina. Zabieg ten zwiększył plon oraz jakość olejku eterycznego z kopru włoskiego.
Artykuł badawczy
Nawożenie organiczne i biostymulatory poprawiają wzrost, plon i produkcję olejków eterycznych w koprze (Foeniculum vulgare): badanie polowe
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Niniejsze badanie przeprowadzono w ciągu dwóch kolejnych sezonów (2023/24 i 2024/25) na Farmie Eksperymentalnej Stacji Badań Hortikulturowych w El-Qassassin, w gubernatorstwie Ismailia w Egipcie, w celu oceny odpowiedzi roślin kopru włoskiego (Foeniculum vulgare Mill.) na nawożenie organiczne i zastosowanie biostymulatorów. Eksperyment przeprowadzono w układzie pól podzielonych (split-plot), w którym trzy poziomy herbatki kompostowej (360, 480 i 600 L ha⁻1) przypisano do głównych pól, natomiast pięć wariantów biostymulacyjnych (kontrola, ekstrakty z Azolla, Spirulina, Nostoc i Chlorella) przydzielono do poddziałek, co dało łącznie 15 kombinacji zabiegów. Oceńiono parametry wzrostu wegetatywnego, składniki plonu, zawartość olejku eterycznego (EO) oraz plon olejku z rośliny i z hektara. Wyższe poziomy herbatki kompostowej, w szczególności 600 L ha⁻1 (Ct3), w połączeniu z biostymulatorami Azolla (F2) lub Spirulina (F3), konsekwentnie prowadziły do zwiększenia plonu olejku z rośliny i z hektara, przy czym kombinacja Ct3 × F3 osiągnęła maksymalne plony (55,58 kg ha⁻1 w pierwszym sezonie i 58,85 kg ha⁻1 w drugim sezonie). Analiza głównych składowych potwierdziła te wyniki, wskazując, że poprawa plonu była związana ze skoordynowanym wzrostem cech związanych z olejkiem, a nie z pojedynczym czynnikiem wpływającym. Wyniki te wskazują, że Ct3 w połączeniu z F2 lub F3 był najskuteczniejszym zabiegiem w celu poprawy plonu i jakości olejku w warunkach polowych.
Wprowadzenie
Koper włoski (F. vulgare Mill.) jest szeroko uprawianą rośliną leczniczą i aromatyczną, cenioną za nasiona oraz olejek eteryczny, które wykazują właściwości farmakologiczne, przeciwbakteryjne, przeciwzapalne i przeciwutleniające1,2,3,4,5. Rosnący popyt na produkty pochodne kopru włoskiego w przemyśle farmaceutycznym, nutraceutycznym i spożywczym wywiera presję na systemy produkcyjne w celu zwiększenia plonowania i jakości olejku przy jednoczesnym minimalizowaniu wpływu na środowisko.
Konwencjonalna uprawa kopru włoskiego w dużym stopniu opiera się na nawozach mineralnych w celu osiągnięcia wysokiej wydajności. Jednak nadmierne stosowanie syntetycznych środków wejściowych wiąże się z problemami dotyczącymi długoterminowej zrównoważoności, w tym z ograniczoną aktywnością mikrobiologiczną i degradacją gleby5. Wyzwania te napędzają zainteresowanie strategiami nawożenia organicznego, w szczególności poprawkami na bazie kompostu, które poprawiają strukturę gleby, aktywność biologiczną i dostępność składników odżywczych6.
Herbata kompostowa, napowietrzony wodny ekstrakt z dojrzałego kompostu, okazała się obiecującym organicznym środkiem poprawiającym właściwości gleby ze względu na zawartość rozpuszczalnych składników odżywczych, kwasów organicznych i korzystnych mikroorganizmów7. Wykazano, że stosowanie herbaty kompostowej za pomocą systemów nawadniających stymuluje wzrost roślin i pobieranie składników odżywczych, jednocześnie zmniejszając zależność od nawozów chemicznych8. Równolegle rośliny wodne i mikroalgi, takie jak Azolla, Spirulina, Nostoc i Chlorella, przyciągnęły uwagę jako biostymulanty ze względu na wysoką zawartość aminokwasów, fitohormonów, witamin i minerałów7,9,10. Zgłoszono, że dolistna aplikacja tych ekstraktów poprawia wzrost, akumulację biomasy i plon w różnych uprawach ogrodniczych8,11,12.
Mimo rosnącej liczby dowodów potwierdzających indywidualne korzyści płynące z zastosowania herbatki kompostowej i biostymulatorów, ich wspólne stosowanie w warunkach polowych pozostaje niewystarczająco zbadane, szczególnie w przypadku roślin leczniczych, takich jak koperek włoski. Większość wcześniejszych badań koncentrowała się na pojedynczych środkach lub kontrolowanych warunkach środowiskowych, co pozostawia niepewność co do ich interakcyjnego wpływu na wzrost wegetatywny, komponenty plonu oraz produkcję olejków eterycznych w komercyjnych systemach uprawy.
Aby wypełnić tę lukę, w niniejszym badaniu oceniono połączony wpływ czterech różnych ekstraktów biostymulujących oraz trzech poziomów aplikacji herbatki kompostowej na wzrost, plon i produkcję olejku eterycznego koperku w warunkach polowych z nawadnianiem kropelkowym. Badanie to dostarcza jasno zdefiniowanego podejścia polowego do integrowania doglebowej aplikacji herbatki kompostowej z biostymulatorami dolistnymi i oferuje spostrzeżenia dotyczące zrównoważonych strategii zarządzania składnikami odżywczymi, które można zastosować w regionach suchych i półsuchych.
Protokół
W niniejszym badaniu wykorzystano wyłącznie materiał roślinny i nie przeprowadzono doświadczeń z udziałem ludzi ani zwierząt. W związku z tym nie wymagano zgody komisji etycznej. Narzędzia badawcze wykorzystane w tym protokole są wymienione w Tabeli materiałów.
1. Stanowisko doświadczalne
Doświadczenie przeprowadzono w sezonach 2023/24 i 2024/25 na farmie doświadczalnej Stacji Badawczej Ogrodnictwa w El-Qassassin, w gubernatorstwie Ismailia w Egipcie (30°53′ N, 31°56′ E), w celu oceny reakcji roślin kopru włoskiego (F. vulgare Mill.) na nawożenie organiczne oraz zastosowanie biostymulatorów. Warunki klimatyczne w okresie wzrostu (listopad–kwiecień) były rejestrowane przez Stację Meteorologiczną w Ismailii. Średnie temperatury minimalne i maksymalne powietrza wahały się odpowiednio od 12–18 °C oraz 22–30 °C, natomiast wilgotność względna wynosiła od 50%–65%. W okresach badawczych nie odnotowano ekstremalnych zjawisk pogodowych (Rysunek 1).
Rycina 1: Schematyczna reprezentacja układu doświadczalnego typu split-plot, pokazująca poziomy herbatki kompostowej przypisane do głównych poletek oraz zabiegi biostymulacyjne zastosowane w subpoletkach w obrębie trzech powtórzeń. Ct.1, Ct.2 i Ct.3 odpowiadają dawkom 360, 480 i 600 litrów na hektar (ha) w aplikacji do gleby, gdzie F.1, F.2, F.3, F.4 i F.5 w oprysku dolistnym reprezentują odpowiednio 2 cm3/L wody dla ekstraktów: kontrolnego, z Azolla, Spiruliny, Nostoc i Chlorella. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
2. Materiał roślinny
Nasiona kopru włoskiego pozyskano z Departamentu Badań nad Roślinami Leczniczymi i Aromatycznymi w Instytucie Badawczym Ogrodnictwa przy Centrum Badań Rolniczych w Dokki, Giza, Egipt. Nasiona wysiano w grządkach szkółkarskich w pierwszym tygodniu listopada, a po ukorzenieniu siewki przerywano do jednej rośliny na kępę.
3. Pobieranie i analiza próbek gleby
Przed przygotowaniem gleby pobrano zbiorcze próbki gleby (z głębokości 0–30 cm), które następnie wysuszono na powietrzu, przesiano przez sito o oczkach 2 mm i poddano analizie właściwości fizycznych i chemicznych zgodnie ze standardowymi protokołami13,14 (Tabela 1).
| Rozkład wielkości cząstek (%) | Klasa teksturalna | *O.M. (%) | |||||||
| Piasek gruboziarnisty | Piasek drobny | Muł | Glina | Sandy | 0.48 | ||||
| 80.65 | 14.06 | 3.8 | 1.49 | ||||||
| pH | EC dS/m | SP % | Kationy (meq/l) | Aniony (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.(%): materia organiczna | |||||||||
Tabela 1: Właściwości fizyczne i chemiczne badanej gleby.Parametry obejmują rozkład wielkości cząstek, klasę teksturalną, zawartość materii organicznej, pH, przewodność elektryczną, procent nasycenia oraz główne kationy i aniony.
4. Układ eksperymentalny
Eksperyment przeprowadzono według schematu układu bloków randomizowanych z rozdzielonymi polemi (split-plot) w trzech powtórzeniach. Poziomy herbatki kompostowej przypisano do pól głównych, a zabiegi biostymulatorami do pól pomocniczych (Rysunek 2). Każda działka miała powierzchnię 8,4 m2 i zawierała 24 rośliny rozmieszczone w trzech rzędach (o długości 4 m), z zachowaniem odstępu 70 cm między rzędami i 50 cm między roślinami w rzędach.
Nawadnianie kropelkowe realizowano za pomocą emiterów dostarczających 4 L h⁻1 na roślinę przez 1 h co dwa dni. Aby zapobiec interferencji między wariantami, jedna grządka pomiędzy kwaterami pozostała nieobsadzona jako strefa buforowa.
Wszystkie pole doświadczalne otrzymały 24 t ha⁻1 kompostu podczas przygotowania gleby na dwa tygodnie przed sadzeniem. Nawozy mineralne stosowano w dawce 50% dawki zalecanej (RD): 360 kg ha⁻1 siarczanu amonu (20,6% N), 240 kg ha⁻1 superfosforatu wapnia (15,5% P₂O₅) oraz 120 kg ha⁻1 siarczanu potasu (48% K₂O). Nawozy azotowe i potasowe aplikowano w trzech równych dawkach w odstępach 15-dniowych, natomiast nawóz fosforowy podano w jednej dawce podstawowej. Przez cały okres wegetacji stosowano standardowe praktyki agrotechniczne.
Rysunek 2: Plon oleju z hektara (kg ha⁻1) oraz jego wzglization wzrost w porównaniu do wariantu kontrolnego (T1: Ct1 × F1) w pierwszym (S1) i drugim (S2) sezonie. Ct1 oznacza najniższy poziom naparu z kompostu (360 L ha⁻1), a F1 oznacza kontrolę bez oprysku. Warianty zdefiniowano następująco: 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) i T15 (Ct3 × F5). Słupki błędów reprezentują błąd standardowy średniej (SEM). Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.
5. Zabiegi z użyciem herbatki kompostowej
Dojrzały kompost roślinny poddano ekstrakcji tlenowej w wodzie słodkiej przez 24–48 h. Otrzymana herbatka kompostowa miała przewodność elektryczną na poziomie 1,2–1,6 dS m⁻1 i lekko zasadowe pH (7,5–8,0). Herbatkę kompostową aplikowano poprzez nawadnianie kropelkowe w dawkach 360, 480 lub 600 L ha⁻1 w okresie 16 tygodni, rozpoczynając miesiąc po siewie.
6. Przygotowanie i zastosowanie biostymulatora
Świeża biomasa Azolla caroliniana, Spirulina platensis, Nostoc muscorum oraz Chlorella vulgaris została zhomogenizowana w wodzie destylowanej w stosunku 1:10 (w/v), przefiltrowana i rozcieńczona do końcowego stężenia 2 cm3 L⁻1 (około 1200 L ha⁻1). Ekstrakty przygotowywano bezpośrednio przed zastosowaniem i aplikowano w formie oprysków dolistnych trzykrotnie w ciągu sezonu wegetacyjnego (30, 60 i 90 dni po posadzeniu), używając opryskiwacza ręcznego aż do spływania cieczy z liści.
7. Rejestrowane dane
Parametry wzrostu wegetatywnego
Sześć losowo wybranych roślin z każdej jednostki doświadczalnej odbrano 65 dni po posadzeniu. Wysokość rośliny (cm) mierzono od podstawy do wierzchołka głównej łodygi. Odnotowano całkowitą świeżą masę zielną (g) oraz masę suchą (g), przy czym masę suchą określano po suszeniu próbek w suszarce w temperaturze 70 °C przez 48 h do uzyskania stałej masy. Liczbę rozgałęzień na roślinę obliczono jako średnią wartość dla pobranych próbek roślin.
Ekstrakcja olejku eterycznego (EO)
Olejek eteryczny wyekstrahowano z 40 g zebranych owoców metodą hydrodestylacji przez 3 h, zgodnie z metodą opisaną przez Millera15. Wyekstrahowany olejek pozostawiono w spokoju w celu zapewnienia całkowitego rozdzielenia faz16.
Oznaczanie zawartości i wydajności olejku eterycznego
Zawartość olejku eterycznego (% w/w) obliczono według wzoru:
Gdzie:
WEO = masa wyekstrahowanego olejku eterycznego (g)
Wsample = sucha masa próbki roślinnej poddanej hydrodestylacji (g)
Wydajność olejku eterycznego z jednej rośliny obliczono według wzoru:
Gdzie:
DWplant = sucha masa całego ziela na roślinę (g)
EO content = zawartość olejku eterycznego w przeliczeniu na suchą masę (% w/w)
Uwaga: Przyjęto, że gęstość olejku eterycznego wynosi około 1 g cm⁻3, co pozwoliło na przeliczenie gramów na centymetry sześcienne.
Wydajność olejku eterycznego z hektara została obliczona następująco:
Gdzie:
EO yieldplant - 1= wydajność olejku eterycznego z rośliny (cm3)
Nplants = liczba roślin na hektar
1000 = współczynnik przeliczeniowy z cm3 na L
Uwaga: Wszystkie obliczenia wydajności oleju oparto na suchej masie, aby uniknąć zmienności związanej z zawartością wilgoci w roślinach.
Wydajność*
Liczbę baldachów na roślinę odnotowano w stadium dojrzewania owoców, przeliczając wszystkie baldachy na każdej roślinie.
8. Analiza statystyczna
Dla każdej cechy i sezonu sprawdzono normalność rozkładu obserwacji na poziomie powtórzeń za pomocą testu Shapiro-Wilka. Ponieważ nie zaobserwowano istotnych odchyleń od normalności (p > 0,05), zastosowano analizę parametryczną. Dane analizowano za pomocą analizy wariancji (ANOVA) dla układu dzielonych poletek w programie Statistix 8.1 (Analytical Software, 2008), a średnie dla poszczególnych wariantów porównano za pomocą testu najmniejszej istotnej różnicy (LSD)17.
Analizę głównych składowych (PCA) przeprowadzono jako narzędzie wielowymiarowe w celu podsumowania zależności między zmierzonymi cechami. Wartości własne wykorzystano do określenia względnego wkładu każdej składowej, a wizualizację za pomocą wykresu biplot zastosowano do porównania wariantów oraz powiązań między cechami18.
Wyniki
Testy Shapiro–Wilka wykazały, że rozkłady wszystkich mierzonych zmiennych nie odbiegały istotnie od rozkładu normalnego w żadnym z sezonów (p > 0,05). Analiza wariancji ujawniła, że interakcja między poziomem herbatki kompostowej (Ct) a traktowaniem biostymulatorem liściowym (F) istotnie wpływała na cechy wzrostu wegetatywnego, liczbę baldachów oraz cechy związane z olejkiem (procentową zawartość olejku, wydajność olejku z rośliny oraz wydajność olejku z hektara) w obu sezonach wegetacyjnych.
Wydajność w stosunku do grupy kontrolnej
W pierwszym sezonie (Rysunek 2) plon oleju z hektara (Oy ha⁻1) wzrastał stopniowo wraz ze zwiększeniem poziomu herbatki kompostowej. Wszystkie warianty Ct3 (600 L ha⁻1) pozwoliły uzyskać wyższe plony oleju niż w wariancie kontrolnym (T1: Ct1 × F1, 360 L ha⁻1 bez oprysku dolistnego). Najwyższy plon oleju (55,58 kg ha⁻1) uzyskano dla Ct3 w połączeniu ze Spirulina w stężeniu 2 cm3 L⁻1 (T13), co znacząco przekroczyło wartość kontrolną oraz wszystkie warianty Ct1, wykraczając poza wartość LSD (2,93 kg ha⁻1). W porównaniu z kontrolą, wariant ten wykazał wyraźny wzrost plonu oleju z hektara (Rysunek 3).
Rysunek 3Wykres biplot analizy głównych składowych dla piętnastu wchodzących w interakcję zabiegów, opracowany na podstawie czterech cech wegetatywnych, liczby baldachów na roślinę oraz trzech cech związanych z olejem, z wykorzystaniem pierwszej i drugiej składowej; każdy punkt reprezentuje pojedynczy zabieg. Położenie wewnątrz wykresu wskazuje stopień podobieństwa lub różnicy między wariantami w zależności od czynników wejściowych (8 cech wzrostu i właściwości oleju); im bliższe są one względem siebie, tym bardziej podobne, a im dalej od siebie, tym bardziej odmienne. PH: wysokość rośliny (cm), NB: liczba pędów/roślinę, HFW: całkowita świeża masa nadziemna (g), HDW: całkowita sucha masa nadziemna (g), O%: zawartość olejku eterycznego, Oy/p: wydajność olejku z rośliny (cm)3), Oy/ha: plon oleju z hektara (L) oraz NU: liczba baldachów na roślinę 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) oraz T15 (Ct3 × F5). Aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury, kliknij tutaj.
Podobne trendy zaobserwowano w przypadku wydajności oleju z rośliny oraz liczby baldachów, co wskazuje na to, że zabiegi zapewniające wyższą wydajność oleju z hektara wiązały się również z większym potencjałem rozrodczym i akumulacją biomasy. Relacje te przedstawiono jako powiązania statystyczne między mierzonymi cechami, bez wyciągania wniosków na temat mechanizmów przyczynowo-skutkowych.
W drugim sezonie wariant Ct3 × F3 (T13) ponownie przyniósł najwyższą wydajność oleju z hektara (58,85 kg ha⁻1), znacząco przewyższając kontrolę oraz większość zabiegów Ct2 (LSD = 3,17 kg ha⁻1). Ranking zabiegów w stosunku do kontroli był w dużej mierze spójny w obu sezonach, co wskazuje na powtarzalność efektów zabiegów w badanych warunkach środowiskowych.
Analiza głównych składowych (PCA)
Analizę głównych składowych zastosowano jako narzędzie eksploracyjne do podsumowania zależności wielowymiarowych pomiędzy ośmioma pomierzonymi cechami w 15 wariantach doświadczalnych. Dwie pierwsze główne składowe wyjaśniły 98,4% całkowitej wariancji, przy czym PC₁ odpowiadała za 96,5%, a PC₂ za 1,9% (Tabela 2; Rysunek 4). Dominacja PC₁ odzwierciedla silną kowariancję cech związanych ze wzrostem i plonowaniem w zbiorze danych, a nie odrębne, podstawowe procesy biologiczne.
| Parametr | Komputer osobisty1 | PC2 | PC3 | Komputer osobisty4 |
| Jednostka Nukleotydowa | 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 |
| Wartość własna | 7.7201 | 0.1518 | 0.0721 | 0.0346 |
| % wariancji | 96.5 | 1.9 | 0.9 | 0.43 |
| Skumulowane (%) | 96.5 | 98.4 | 99.3 | 99.73 |
| PH: wysokość rośliny (cm), NB: liczba pędów na roślinę, HFW: całkowita świeża masa zielna (g), HDW: całkowita sucha masa zielna (g), O%: zawartość olejku eterycznego, Oy/p: wydajność olejku na roślinę (cm³), Oy/ha: wydajność olejku z hektara (L) oraz NU: liczba baldachów na roślinę | ||||
Tabela 2: Wartości własne, wektory własne, procent wariancji i wariancja skumulowana pierwszych czterech głównych składowych na podstawie ośmiu cech związanych z wzrostem i zawartością oleju w 15 kombinacjach zabiegów. Skróty cech są następujące: PH (wysokość rośliny, cm), NB (liczba pędów na roślinę), HFW (świeża masa części nadziemnej, g), HDW (sucha masa części nadziemnej, g), O% (zawartość olejku eterycznego), Oy/p (wydajność oleju z rośliny, cm3), Oy/ha (wydajność oleju z hektara, L) oraz NU (liczba baldachów na roślinę).
Rysunek 4: Wykres obciążeń wektora własnego dla 8 badanych cech poddanych 15 interakcyjnym zabiegom: słupki PC₁ odnoszą się do lewej osi; PC₂, PC₃, PC₄ są przedstawione za pomocą różnych kształtów punktów i kolorów na prawej osi. PH: wysokość rośliny (cm), NB: liczba pędów/roślina, HFW: całkowita świeża masa zielna (g), HDW: całkowita sucha masa zielna (g), O%: zawartość olejku eterycznego, Oy/p: wydajność olejku na roślinę (cm3), Oy/ha: wydajność olejku z hektara (L) oraz NU: liczba baldachów/roślina. Słupki błędów reprezentują standardowe błędy średniej (SEM). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
Wszystkie cechy wykazały silne i podobne dodatnie ładunki na PC₁, w tym liczba baldachów, zawartość oleju, wydajność oleju z rośliny, wydajność oleju z hektara, wysokość rośliny, liczba gałęzi, świeża masa zielnej części rośliny oraz sucha masa zielnej części rośliny (Tabela 2; Rysunek 5). W związku z tym PC₁ można interpretować jako ogólny gradient produktywności podsumowujący zmienność cech biomasy i wydajności oleju w poszczególnych wariantach. PC₂ wyjaśnił jedynie niewielką część wariancji i wniósł ograniczoną dodatkową dyskryminację między wariantami.
Rysunek 5: Wykres wyników PCA ilustrujący rozkład 15 kombinacji zabiegowych na podstawie mierzonych cech. Zabiegi zdefiniowano następująco: 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) oraz T15 (Ct3 × F5). Słupki błędów reprezentują błędy standardowe średniej (SEM). Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.
Wyniki PCA i porównanie z grupą kontrolną
Warianty z wysokimi dodatnimi wartościami PC₁ (w szczególności T13, T12, T15 i T14) wykazały również największe procentowe wzrosty w stosunku do kontroli (T1) w większości badanych cech (Rysunek 5 i Rysunek 6). Na przykład w przypadku T13 odnotowano wzrost o 94,44% w liczbie baldachów oraz o 98,18% w plonie oleju z hektara w porównaniu z kontrolą.
Rycina 6: Względne wzrosty procentowe mierzonych cech w porównaniu do zabiegu kontrolnego (T1: Ct1 × F1). Zabiegi zdefiniowano następująco: 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) oraz T15 (Ct3 × F5). Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Zabiegi z pośrednimi wynikami PC₁ (np. T8 i T10) wykazały umiarkowaną poprawę w stosunku do grupy kontrolnej, natomiast zabiegi z ujemnymi wynikami PC₁, w tym grupa kontrolna i inne kombinacje Ct1, wykazały minimalne zmiany względne. Wzorce te wskazują, że wyniki PC₁ były ściśle powiązane z odpowiedziami na zabiegi skorygowanymi o wartość bazową, co potwierdza wyniki jednoczynnikowej analizy wariancji (ANOVA). Niemniej jednak PCA została wykorzystana wyłącznie do redukcji danych i wizualizacji wzorców wielowymiarowych i nie zastępuje inferencyjnych testów statystycznych.
Powiązania cech na biwykresie PCA
Wykres biplot PCA (Rysunek 4) obrazuje bliskie powiązania między wydajnością oleju z rośliny, wydajnością oleju z hektara a suchą masą ziół, co odzwierciedla silne korelacje między tymi zmiennymi. Wysokość roślin, świeża masa ziół oraz liczba baldachów również wykazały podobne orientacje wektorów, co wskazuje na skoordynowaną zmienność tych cech w zbiorze danych. Liczba gałęzi wykazała częściową separację od pozostałych komponentów plonu, co sugeruje słabsze powiązania w obecnych warunkach eksperymentalnych. Relacje te opisują jedynie zaobserwowane korelacje i nie implikują powiązań mechanistycznych.
Warianty (T12–T15), w których zastosowano herbatkę kompostową w dawce 600 L ha⁻1 w połączeniu z biostymulatorami dolistnymi, wykazały wyższą wydajność w analizie wielowymiarowej w zakresie cech wzrostu i zawartości oleju. W przeciwieństwie do nich, warianty (T7–T11) wykazały porównawczo niższe wartości dla większości ocenianych parametrów. Warianty usytuowane w kierunku przeciwnym do większości wektorów, takie jak Ct1 (360 L ha⁻1) bez oprysku dolistnego lub w połączeniu z Nostoc, wiązały się z niższymi wartościami dla większości mierzonych cech.
Podsumowując, analiza PCA dostarczyła zwięzłego wielowymiarowego zestawienia, które uzupełnia analizę ANOVA, ilustrując różnice między grupami traktowanymi a grupą kontrolną w obrębie wielu cech jednocześnie. Spójność między wzorcami PCA a jednowymiarowymi wynikami skorygowanymi o wartość bazową potwierdza trwałość efektów traktowania bez rozszerzania interpretacji poza zmierzone zmienne.
DOSTĘPNOŚĆ DANYCH:
Surowe dane do niniejszego manuskryptu znajdują się w plikach uzupełniających.
Tabela uzupełniająca 1: Surowe dane eksperymentalne dla uzyskanych wyników. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.
Dyskusja
Niniejsza praca wykazuje, że zwiększenie poziomu herbatki kompostowej znacząco poprawiło wzrost kopru włoskiego, jego cechy reprodukcyjne oraz wydajność olejku eterycznego w ciągu dwóch sezonów wegetacyjnych, szczególnie w połączeniu z określonymi biostymulatorami dolistnymi.
Wyższe poziomy herbaty kompostowej (Ct3) zwiększyły liczbę baldachów oraz wydajność oleju, co jest zgodne z wcześniejszymi odkryciami, według których organiczne nawozy płynne zwiększają wigor roślin i dostępność składników odżywczych, poprawiając tym samym wydajność reprodukcyjną6,11. Podobne poprawy plonu i zawartości olejku eterycznego zgłoszono w przypadku kopru oraz innych gatunków z rodziny Apiaceae po zastosowaniu ekstraktów z kompostu lub bionawozów, co sugeruje, że reakcje te odzwierciedlają ogólną poprawę warunków wzrostu roślin, a nie efekty specyficzne dla danej uprawy8,19.
Zwiększona wydajność zaobserwowana przy łącznych aplikacjach herbatki kompostowej i Azolla (F2) lub Spirulina (F3) jest zgodna z wcześniejszymi badaniami wykazującymi, że ekstrakty z alg i cyjanobakterii stymulują akumulację biomasy, kwitnienie oraz produkcję metabolitów wtórnych11,20. Silniejsza odpowiedź zaobserwowana w niniejszym badaniu, szczególnie w odniesieniu do plonu oleju z hektara, może wynikać z zastosowania strategii łączonej aplikacji doglebowej i dolistnej, a nie z samego użycia poszczególnych środków.
Równoczesny wzrost plonu oleju, liczby baldachów oraz wzrostu wegetatywnego wskazuje, że zwiększenie plonu było wynikiem skoordynowanej poprawy wielu cech, a nie pojedynczego czynnika. Wzorzec ten jest zgodny z wcześniejszymi badaniami sugerującymi, że organiczne ulepszacze mogą zwiększać potencjał fotosyntetyczny, aktywność korzeni oraz efektywność wykorzystania składników pokarmowych, wspierając tym samym zarówno akumulację biomasy, jak i rozwój reprodukcyjny6,8.
Chociaż w niniejszym badaniu nie mierzono parametrów fizjologicznych i biochemicznych, takich jak tempo poboru składników odżywczych, endogenne poziomy hormonów i aktywność mikrobiologiczna, wcześniejsze badania dostarczają prawdopodobnych wyjaśnień dla zaobserwowanych reakcji. Znane jest, że herbata kompostowa dostarcza łatwo przyswajalnych składników odżywczych i biologicznie czynnych związków, natomiast biostymulatory na bazie alg i cyjanobakterii wiąże się ze zwiększoną aktywnością metaboliczną i tolerancją na stres11,19. Interpretacje te opierają się na istniejącej literaturze i nie stanowią bezpośrednich pomiarów z niniejszego badania.
Wyniki PCA wskazują, że plon oleju z hektara oraz z rośliny były głównymi czynnikami różnicującymi warianty doświadczalne, co potwierdza wnioski z analizy jednowymiarowej. Warianty, w których zastosowano 600 L ha⁻1 herbatki kompostowej w połączeniu z biostymulatorami dolistnymi, konsekwentnie zajmowały korzystne pozycje wzdłuż osi głównej produktywności. Podobne zastosowania PCA w badaniach agronomicznych wykazały, że cechy związane z plonowaniem często wykazują silne obciążenie w obrębie pierwszej głównej składowej, co odzwierciedla zintegrowane odpowiedzi roślin, a nie niezależne efekty20.
W niniejszym badaniu PCA została wykorzystana jako narzędzie eksploracyjne do opisania powiązań między zmierzoną zmiennymi, a nie do wyciągania wniosków o przyczynowości. Zgodność między wynikami PCA a względną poprawą w stosunku do grupy kontrolnej zwiększa pewność co do zaobserwowanych efektów terapeutycznych, pozostając w granicach zmierzonych danych.
Wyniki wskazują, że łączenie herbatki kompostowej z wybranymi biostymulatorami dolistnymi może być skutecznym podejściem agronomicznym w celu zwiększenia wzrostu kopru włoskiego i produkcji olejku eterycznego w warunkach polowych. Jednakże brak bezpośrednich pomiarów aktywności mikrobiologicznej, regulacji hormonalnej i dynamiki składników odżywczych ogranicza interpretację mechanistyczną. Przyszłe badania obejmujące analizy fizjologiczne, biochemiczne i biologiczne gleby pozwoliłyby na pełniejsze zrozumienie procesów leżących u podstaw tych reakcji.
Ogólnie rzecz biorąc, niniejsze badanie przyczynia się do zrozumienia, w jaki sposób herbatka kompostowa i biostymulatory oddziałują na siebie, wpływając na wzrost koperku i wydajność olejków, poprzez zintegrowanie jednowymiarowej analizy statystycznej z wielowymiarową analizą wzorców oraz osadzenie wyników w szerszej literaturze przedmiotu.
Wnioski
Zastosowanie herbatki kompostowej w dawce 600 L ha⁻1 przez 16 tygodni, w połączeniu z dolistnym aplikowaniem ekstraktu ze Spirulina w stężeniu 2 cm3 L⁻1, doprowadziło do uzyskania najwyższego plonu kopru oraz największej produkcji olejku eterycznego w warunkach niniejszego badania. Ekstrakt z Azolla wykazał porównywalne efekty i może służyć jako alternatywny biostymulator. Przyszłe badania powinny ocenić możliwość ograniczenia nakładów nawozów mineralnych przy zachowaniu bazowej dawki kompostu na poziomie 24 t ha⁻1. W celu zapewnienia spójności aplikacji zaleca się standaryzację właściwości herbatki kompostowej, w tym pH, przewodności elektrycznej oraz składu składników odżywczych. Monitorowanie wzrostu wegetatywnego, zawartości olejku eterycznego i plonu, wsparte analizą wielowymiarową, taką jak PCA, może usprawnić ocenę odpowiedzi na zabiegi w warunkach polowych.
Oświadczenia
Autorzy deklarują brak konfliktów interesów.
Podziękowania
Autorzy pragną podziękować Dziekanatowi Studiów Podyplomowych i Badań Naukowych Uniwersytetu w Taif za sfinansowanie tej pracy.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Nasiona kopru włoskiego (Foeniculum vulgare Mill.) | Medicinal and Aromatic Plants Research Department, Horticulture Research Institute, ARC, Egypt | N/D | Nasiona użyte do eksperymentu polowego |
| Kompost roślinny | Lokalny dostawca komercyjny / źródło z farmy eksperymentalnej | N/D | Używany do przygotowania herbatki kompostowej i podstawowej poprawy właściwości gleby |
| Herbatka kompostowa | Przygotowana zgodnie z protokołem eksperymentalnym | N/D | Napowietrzony wodny ekstrakt z dojrzałego kompostu |
| Biomasa Azolla caroliniana | Water and Environment Research Institute, Agricultural Research Center, Giza, Egypt | N/D | Używana do przygotowania ekstraktu dolistnego |
| Biomasa Spirulina platensis | Water and Environment Research Institute, Agricultural Research Center, Giza, Egypt | N/D | Używana do przygotowania ekstraktu dolistnego |
| Biomasa Nostoc muscorum | Water and Environment Research Institute, Agricultural Research Center, Giza, Egypt | N/D | Używana do przygotowania ekstraktu dolistnego |
| Biomasa Chlorella vulgaris | Water and Environment Research Institute, Agricultural Research Center, Giza, Egypt | N/D | Używana do przygotowania ekstraktu dolistnego |
| Woda destylowana | Water and Environment Research Institute, Agricultural Research Center, Giza, Egypt | N/D | Używana do przygotowania ekstraktów |
| Siarczan amonu (20,6% N) | Ministry of Agriculture and Land Reclamation, Egypt | N/D | Źródło nawozu mineralnego |
| Superfosforan wapnia (15,5% P2O5) | Ministry of Agriculture and Land Reclamation, Egypt | N/D | Źródło nawozu mineralnego |
| Siarczan potasu (48% K2O) | Ministry of Agriculture and Land Reclamation, Egypt | N/D | Źródło nawozu mineralnego |
| Emitery nawadniania kropelkowego (4 L h-1) | Medicinal and Aromatic Plants Research Department, Horticulture Research Institute, ARC, Egypt | N/D | System nawadniania |
| Ręczny opryskiwacz | Medicinal and Aromatic Plants Research Department, Horticulture Research Institute, ARC, Egypt | N/D | Używany do aplikacji dolistnej |
| Suszarka | Medicinal and Aromatic Plants Research Department, Horticulture Research Institute, ARC, Egypt | N/D | Suszarka utrzymywana w temperaturze 70 °C |
| Aparat do hydrodestylacji | Medicinal and Aromatic Plants Research Department, Horticulture Research Institute, ARC, Egypt | N/D | Używany do ekstrakcji olejku eterycznego |
| Waga analityczna | Medicinal and Aromatic Plants Research Department, Horticulture Research Institute, ARC, Egypt | N/D | Używana do ważenia próbek |
| Sito 2 mm | Medicinal and Aromatic Plants Research Department, Horticulture Research Institute, ARC, Egypt | N/D | Używane do przygotowania gleby |
| Oprogramowanie Statistix 8.1 | Analytical Software | Wersja 8.1 | Używane do ANOVA i analizy statystycznej |
Bibliografia
- 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.