В данном исследовании оценивалось влияние органического удобрения и применения биостимуляторов на фенхель в полевых условиях в Египте. Наивысшая урожайность была получена при внесении 60 L ha⁻1 компостного чая в сочетании с Azolla или Spirulina. Данная обработка повысила урожайность и качество эфирного масла фенхеля.
Исследовательская статья
Органическое удобрение и биостимуляторы улучшают рост, урожайность и производство эфирного масла фенхеля (Foeniculum vulgare): полевое исследование
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
Настоящее исследование проводилось в течение двух последовательных сезонов (2023/24 и 2024/25) на экспериментальной ферме horticultural research station в Эль-Кассасине, провинция Исмаилия, Египет, с целью оценки отклика растений фенхеля (Foeniculum vulgare Mill.) на органическое удобрение и применение биостимуляторов. Эксперимент был основан на методе расщепленных делянок, при котором трем уровням дозировки компостного чая (360, 480 и 600 L ha⁻1) были назначены основные делянки, а пять вариантов обработки биостимуляторами (контроль, экстракты Azolla, Spirulina, Nostoc и Chlorella) — подделянки, что в итоге дало 15 комбинаций обработок. Оценивались параметры вегетативного роста, компоненты урожайности, содержание эфирного масла (EO), а также выход масла с одного растения и с гектара. Более высокие уровни внесения компостного чая, особенно 60 L ha⁻1 (Ct3), в сочетании с биостимуляторами Azolla (F2) или Spirulina (F3), последовательно приводили к увеличению выхода масла с одного растения и с гектара, при этом комбинация Ct3 × F3 обеспечила максимальную урожайность (5.58 kg ha⁻1 в первом сезоне и 58.85 kg ha⁻1 во втором сезоне). Анализ главных компонентов подтвердил эти результаты, указав на то, что повышение урожайности было связано с согласованным увеличением показателей, относящихся к выработке масла, а не с одним единственным фактором. Эти результаты показывают, что применение Ct3 в сочетании с F2 или F3 было наиболее эффективным методом повышения выхода и качества масла в полевых условиях.
Введение
Фенхель (F. vulgare Mill.) — широко культивируемое лекарственное и ароматическое растение, ценное своими семенами и эфирным маслом, которые обладают фармакологическими, антибактериальными, противовоспалительными и антиоксидантными свойствами1,2,3,4,5. Растущий спрос на продукты из фенхеля в фармацевтической, нутрицевтической и пищевой промышленности заставляет совершенствовать системы производства для повышения урожайности и качества масла при одновременном снижении воздействия на окружающую среду.
Традиционное выращивание фенхеля в значительной степени опирается на минеральные удобрения для достижения высокой продуктивности. Однако чрезмерное использование синтетических добавок связывают с проблемами долгосрочной устойчивости, включая снижение микробной активности и деградацию почвы5. Эти проблемы вызвали интерес к стратегиям органического удобрения, в частности к внесению компостных добавок, которые улучшают структуру почвы, биологическую активность и доступность питательных веществ6.
Компостный чай, представляющий собой аэрированный водный экстракт зрелого компоста, стал перспективным органическим удобрением благодаря содержанию растворимых питательных веществ, органических кислот и полезных микроорганизмов7. Было показано, что внесение компостного чая через ирригационные системы способствует ускорению роста растений и улучшению усвоения питательных веществ, одновременно снижая зависимость от химических удобрений8. Параллельно с этим внимание в качестве биостимуляторов привлекли водные растения и микроводоросли, такие как Azolla, Spirulina, Nostoc и Chlorella, owing to их высокому содержанию аминокислот, фитогормонов, витаминов и минералов7,9,10. Сообщалось, что некорневая подкормка этими экстрактами улучшает рост, накопление биомассы и урожайность различных садовых культур8,1,12.
Несмотря на растущее количество данных, подтверждающих индивидуальную эффективность компостного чая и биостимуляторов, их совместное применение в полевых условиях изучено недостаточно, особенно для лекарственных культур, таких как фенхель. Большинство предыдущих исследований были сосредоточены на применении одного из этих средств или проводились в контролируемых условиях, что оставляет неопределенность в отношении их синергического воздействия на вегетативный рост, компоненты урожайности и выработку эфирных масел в системах коммерческого выращивания.
Чтобы восполнить этот пробел, в настоящем исследовании оценивалось комбинированное воздействие четырех различных экстрактов биостимуляторов и трех уровней применения компостного чая на рост, урожайность и выработку эфирного масла фенхеля в условиях открытого грунта при капельном орошении. Данная работа представляет четко определенный полевой подход к интеграции почвенного внесения компостного чая с листовыми биостимуляторами и дает представление о стратегиях устойчивого управления питанием, применимых в засушливых и полузасушливых регионах.
Протокол
В данном исследовании использовались только растительные материалы; эксперименты с участием людей или животных не проводились. Таким образом, этическое одобрение не потребовалось. Инструменты исследования, используемые в данном протоколе, перечислены в Таблице материалов.
1. Экспериментальный участок
Эксперимент проводили в сезоны 2023/24 и 2024/25 на экспериментальной ферме станции садовых исследований Эль-Кассасин, провинция Исмаилия, Египет (30°53′ N, 31°56′ E), с целью оценки реакции растений фенхеля (F. vulgare Mill.) на внесение органических удобрений и применение биостимуляторов. Климатические условия в период вегетации (ноябрь–апрель) регистрировались метеостанцией Исмаилии. Средние минимальная и максимальная температуры воздуха составляли 12–18 °C и 22–30 °C соответственно, а относительная влажность воздуха варьировала в пределах 50%–65%. В течение периодов проведения эксперимента экстремальных погодных явлений зафиксировано не было (Рисунок 1).
Рисунок 1: Схематическое представление дизайна эксперимента методом разделенных участков, показывающее уровни внесения компостного чая на основных участках и варианты обработки биостимуляторами на подучастках в трех повторностях. Ct.1, Ct.2 и Ct.3 соответствуют 360, 480 и 600 литрам на гектар (ha) при внесении в почву, где F.1, F.2, F.3, F.4 и F.5 обозначают некорневое опрыскивание в концентрации 2 cm3/L воды для экстрактов контрольной группы, Azolla, Spirulina, Nostoc и Chlorella соответственно. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
2. Растительный материал
Семена фенхеля были получены из Отдела исследований лекарственных и ароматических растений Исследовательского института садоводства Центра сельскохозяйственных исследований в Докки, Гиза, Египет. Семена высевали в питомники в первую неделю ноября, после приживаления сеянцы прореживали до одного растения на одну лунку.
3. Отбор и анализ проб почвы
Перед подготовкой почвы были отобраны смешанные пробы почвы (глубина 0–30 см), которые подвергли воздушному высушиванию, просеяли через сито с ячейками 2 mm и проанализировали на физико-химические свойства с использованием стандартных протоколов13,14 (Таблица 1).
| Распределение частиц по размеру (%) | Гранулометрический состав | *О.В. (%) | |||||||
| Крупнозернистый песок | Мелкий песок | Ил | Глина | Сэнди | 0.48 | ||||
| 80.65 | 14.06 | 3.8 | 1.49 | ||||||
| pH | ЭП дС/м | % SP | Катионы (мэкв/л) | Анионы (мэкв/л) | |||||
| Ca++ | Mg++ | Na+ | К+ | ГК О (гидрокарбонат)3- | Cl- | СО4 | |||
| 8 | 0.79 | 28 | 4 | 2.68 | 1.79 | 0.61 | 1.4 | 4.38 | 2.98 |
| *О.В.(%): органическое вещество | |||||||||
Таблица 1: Физические и химические свойства экспериментальной почвы. Характеристики включают гранулометрический состав, текстурный класс, содержание органического вещества, pH, электропроводность, процент насыщения, а также основные катионы и анионы.
4. Схема эксперимента
Эксперимент был проведен по методу расщепленного рандомизированного полного блока с тремя повторностями. Уровни концентрации компостного чая назначались основным делянкам, а варианты применения биостимуляторов — подделянкам (Рисунок 2). Площадь каждой делянки составляла 8,4 m2, на которой было высажено 24 растения, расположенных в три ряда (длиной 4 m), с расстоянием 70 cm между рядами и 50 cm между растениями внутри рядов.
Капельный полив осуществляли с помощью эмиттеров, подававших 4 L h⁻1 на один холмик в течение 1 h каждые два дня. Чтобы предотвратить взаимное влияние вариантов опыта, одна гряда между делянками оставалась незасаженной в качестве буферной зоны.
Все участки при подготовке почвы за две недели до посадки получили 24 t ha⁻1 компоста. Минеральные удобрения вносились в дозе 50% от рекомендуемой нормы (RD): 360 kg ha⁻1 сульфата аммония (20,6% N), 240 kg ha⁻1 суперфосфата кальция (15,5% P₂O₅) и 120 kg ha⁻1 сульфата калия (48% K₂O). Азотные и калийные удобрения вносились тремя равными дозами с интервалом в 15 дней, в то время как фосфорное удобрение вносилось однократно в качестве основной дозы. На протяжении всего периода вегетации соблюдались стандартные агротехнические приемы.
Рисунок 2: Выход масла на гектар (kg ha⁻¹) и его относительное увеличение по сравнению с контрольным вариантом (T1: Ct1 × F1) в течение первого (S1) и второго (S2) сезонов. Ct1 соответствует самому низкому уровню компостного чая (360 L ha⁻¹), а F1 — необработанному контролю. Варианты обработки определены следующим образом: 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) и T15 (Ct3 × F5). Планки погрешностей представляют стандартную ошибку среднего (SEM). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
5. Обработка компостным чаем
Зрелый компост на растительной основе подвергали аэробной экстракции в пресной воде в течение 24–48 ч. Полученный компостный чай имел электропроводность 1,2–1,6 dS m⁻1 и слабощелочное значение pH (7,5–8,0). Компостный чай вносили способом капельного орошения в дозах 360, 480 или 600 L ha⁻1 в течение 16-недельного периода, начиная через один месяц после посева.
6. Приготовление и применение биостимулятора
Свежая биомасса Azolla caroliniana, Spirulina platensis, Nostoc muscorum и Chlorella vulgaris была гомогенизирована в дистиллированной воде в соотношении 1:10 (м/об), отфильтрована и разведена до конечной концентрации 2 cm3 L⁻1 (приблизительно 1200 L ha⁻1). Экстракты готовили непосредственно перед применением и наносили путем некорневой подкормки трижды за вегетационный период (30, 60 и 90 дней после посадки), используя ручной распылитель до полного увлажнения поверхности.
7. Зарегистрированные данные
Параметры вегетативного роста
Шесть случайно выбранных растений из каждой экспериментальной единицы были собраны через 65 дней после посадки. Высота растений (cm) измерялась от основания до верхушки главного стебля. Регистрировали общую сырую массу надземной части (g) и сухую массу (g), при этом сухую массу определяли после высушивания образцов в сушильном шкафу при 70 °C в течение 48 h до достижения постоянного веса. Количество ветвей на одном растении рассчитывали как среднее значение по всем отобранным растениям.
Экстракция эфирного масла (ЭМ)
Эфирное масло экстрагировали из 40 g собранных плодов методом гидроперегонки в течение 3 h согласно методу, описанному Миллером15. Полученное масло оставляли в покое до полного разделения фаз16.
Определение содержания и выхода эфирного масла
Содержание эфирного масла (% масс.) рассчитывали следующим образом:
Где:
WEO = масса экстрагированного эфирного масла (g)
Wsample = сухая масса образца растения, подвергнутого гидродистилляции (g)
Выход эфирного масла с одного растения рассчитывали следующим образом:
Где:
DWplant = сухая масса всей травы на одно растение (g)
EO content = процентное содержание эфирного масла в пересчете на сухую массу (% w/w)
Примечание: Плотность эфирного масла была принята приблизительно за 1 g cm⁻3, что позволило перевести граммы в кубические сантиметры.
Выход эфирного масла на гектар рассчитывали следующим образом:
Где:
EO yieldplant - 1= выход эфирного масла с одного растения (cm3)
Nplants = количество растений на гектар
1000 = коэффициент пересчета из cm3 в L
Примечание: Все расчеты выхода масла основывались на сухом веществе, чтобы избежать вариабельности, связанной с влажностью растений.
Показатель выхода
Количество зонтиков на одно растение регистрировали на стадии созревания плодов путем подсчета всех зонтиков на каждом растении.
8. Статистический анализ
Для каждого признака и сезона наблюдения на уровне повторов были проверены на нормальность распределения с помощью критерия Шапиро–Уилка. Поскольку значимых отклонений от нормальности не наблюдалось (p > 0.05), был применен параметрический анализ. Данные анализировали с помощью дисперсионного анализа (ANOVA) для схемы с расщепленным участком в программе Statistix 8.1 (Analytical Software, 2008), а средние значения по вариантам сравнивали с использованием критерия наименьшей значимой разности (LSD)17.
Анализ главных компонентов (PCA) был проведен как многомерный инструмент для обобщения взаимосвязей между измеренными признаками. Собственные значения использовались для определения относительного вклада каждого компонента, а визуализация с помощью биплота — для сравнения вариантов обработки и ассоциаций признаков18.
Результаты
Тесты Шапиро–Уилка показали, что распределения всех измеренных переменных существенно не отклонялись от нормального в оба сезона (p > 0.05). Дисперсионный анализ выявил, что взаимодействие между уровнем компостного чая (Ct) и обработкой листьев биостимулятором (F) оказывало значительное влияние на показатели вегетативного роста, количество зонтиков и показатели содержания масла (процент масла, выход масла с одного растения и выход масла с гектара) в оба вегетационных периода.
Отклик урожайности относительно контрольной обработки
В первый сезон (Рисунок 2) выход масла с гектара (Oy ha⁻1) прогрессивно увеличивался с повышением уровня компостного чая. Все варианты с применением Ct3 (600 L ha⁻1) обеспечили более высокий выход масла, чем в контрольном варианте (T1: Ct1 × F1, 360 L ha⁻1 без некорневой подкормки). Самый высокий выход масла (55,58 kg ha⁻1) был получен при сочетании Ct3 со Spirulina в концентрации 2 cm3 L⁻1 (T13), что существенно превышало показатели контроля и всех вариантов Ct1, выходя за пределы значения НСР (2,93 kg ha⁻1). По сравнению с контролем в этом варианте наблюдалось заметное увеличение выхода масла с гектара (Рисунок 3).
Рисунок 3: Биплот анализа главных компонентов для пятнадцати взаимодействующих вариантов обработки на основе четырех вегетативных признаков, количества зонтиков на растение и трех признаков, связанных с маслом, с использованием первой и второй компонент; каждая точка представляет вариант обработки. Положение внутри графика показывает степень сходства или различия между вариантами обработки в соответствии с входными факторами (8 характеристик роста и масла); чем ближе расположены точки, тем более схожи варианты, и чем дальше они друг от друга, тем более они отличаются. PH: высота растения (cm), NB: количество ветвей на растение, HFW: общая сырая масса травы (g), HDW: общая сухая масса травы (g), O%: содержание эфирного масла, Oy/p: выход масла на растение (cm3), Oy/ha: выход масла на гектар (L) и NU: количество зонтиков на растение; 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) и T15 (Ct3 × F5). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Аналогичные тенденции наблюдались для выхода масла с одного растения и количества зонтиков, что указывает на то, что варианты обработки, обеспечивающие более высокий выход масла с гектара, также были связаны с более высокой репродуктивной способностью и накоплением биомассы. Эти взаимосвязи представлены как статистические ассоциации между измеренными признаками без вывода о причинно-следственных механизмах.
Во второй сезон вариант Ct3 × F3 (T13) снова обеспечил самый высокий выход масла с гектара (58.85 kg ha⁻1), значительно превысив показатели контроля и большинства вариантов Ct2 (LSD = 3.17 kg ha⁻1). Ранжирование вариантов относительно контроля в значительной степени совпадало между сезонами, что указывает на воспроизводимость эффектов обработки в протестированных условиях окружающей среды.
Метод главных компонент (МГК)
Метод главных компонентов был применен в качестве инструмента эксплораторного анализа для обобщения многомерных взаимосвязей между восемью измеряемыми признаками в 15 вариантах обработки. Первые две главные компоненты объяснили 98,4% общей дисперсии, при этом на долю PC₁ пришлось 96,5%, а на долю PC₂ — 1,9% (Таблица 2; Рисунок 4). Доминирование PC₁ отражает сильную ковариацию между признаками, связанными с ростом и урожайностью в наборе данных, а не отдельные лежащие в их основе биологические процессы.
| Параметр | ПК1 | ПК2 | ПК3 | ПК4 |
| НУ | 0.3516 | 0.3064 | -0.3732 | 0.772 |
| 0% | 0.349 | -0.6068 | -0.1873 | -0.0634 |
| Ой/п | 0.3591 | -0.11 | -0.0028 | -0.0974 |
| Ой/ха | 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 |
| Собственное значение | 7.7201 | 0.1518 | 0.0721 | 0.0346 |
| % дисперсии | 96.5 | 1.9 | 0.9 | 0.43 |
| Кумулятивный (%) | 96.5 | 98.4 | 99.3 | 99.73 |
| PH: высота растений (см), NB: количество ветвей на растение, HFW: общая сырая масса зеленой массы (г), HDW: общая сухая масса зеленой массы (г), O%: содержание эфирного масла, Oy/p: выход масла на одно растение (см³), Oy/ha: выход масла на гектар (л) и NU: количество зонтиков на растение | ||||
Таблица 2: Собственные значения, собственные векторы, процент дисперсии и кумулятивная дисперсия четырех первых главных компонентов на основе восьми признаков роста и содержания масла для 15 комбинаций вариантов обработки. Сокращения признаков следующие: PH (высота растения, cm), NB (количество ветвей на растение), HFW (сырая масса надземной части, g), HDW (сухая масса надземной части, g), O% (содержание эфирного масла), Oy/p (выход масла с одного растения, cm3), Oy/ha (выход масла с гектара, L) и NU (количество зонтиков на растение).
Рисунок 4: График нагрузок собственных векторов для 8 изученных признаков при 15 взаимодействующих вариантах обработки: столбцы PC₁ соответствуют левой оси; PC₂, PC₃, PC₄ обозначены различными формами точек и цветами на правой оси. PH: высота растения (cm), NB: количество ветвей на растение, HFW: общая сырая масса травы (g), HDW: общая сухая масса травы (g), O%: содержание эфирного масла, Oy/p: выход масла на растение (cm3), Oy/ha: выход масла на гектар (L) и NU: количество зонтиков на растение. Планки погрешностей представляют собой стандартные ошибки среднего (SEM). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Все признаки продемонстрировали сильные и схожие положительные нагрузки на PC₁, включая количество зонтиков, процент содержания масла, выход масла с одного растения, выход масла с гектара, высоту растения, количество ветвей, сырую массу травы и сухую массу травы (Таблица 2; Рисунок 5). Соответственно, PC₁ можно интерпретировать как общий градиент продуктивности, обобщающий вариации признаков биомассы и выхода масла в различных вариантах обработки. PC₂ объяснял лишь небольшую часть дисперсии и вносил ограниченный дополнительный вклад в дифференциацию вариантов обработки.
Рисунок 5: График значений PCA, иллюстрирующий распределение 15 вариантов обработки на основе измеренных признаков. Варианты обработки определены следующим образом: 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) и T15 (Ct3 × F5). Планки погрешностей представляют собой стандартную ошибку среднего (SEM). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Показатели PCA и сравнение с контролем
Варианты обработки с высокими положительными значениями PC₁ (в частности T13, T12, T15 и T14) также продемонстрировали наибольший процентный прирост относительно контроля (T1) по большинству признаков (Рисунок 5 и Рисунок 6). Например, при T13 наблюдалось увеличение количества зонтиков на 94.44% и выхода масла с гектара на 98.18% по сравнению с контролем.
Рисунок 6: Относительное процентное увеличение измеряемых признаков по сравнению с контрольной группой (T1: Ct1 × F1). Варианты обработки определены следующим образом: 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) и T15 (Ct3 × F5). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Образцы с промежуточными значениями PC₁ (например, T8 и T10) продемонстрировали умеренное улучшение по сравнению с контролем, в то время как варианты с отрицательными значениями PC₁, включая контроль и другие комбинации Ct1, показали минимальные относительные изменения. Эти закономерности указывают на то, что значения PC₁ тесно коррелируют с ответами на лечение с поправкой на базовый уровень, что подтверждает результаты однофакторного ANOVA. Тем не менее, PCA использовался строго для редукции данных и визуализации многомерных паттернов и не заменяет инференциационный статистический анализ.
Связи признаков на биоплоте PCA
Биплот PCA (Рисунок 4>) иллюстрирует тесную связь между выходом масла на одно растение, выходом масла на гектар и сухой массой травы, что отражает сильные корреляции между этими переменными. Высота растений, сырая масса травы и количество зонтиков также продемонстрировали схожую ориентацию векторов, что указывает на скоординированную изменчивость этих признаков в данном наборе данных. Количество ветвей показало частичное отделение от других компонентов урожайности, что говорит о более слабых взаимосвязях в данных экспериментальных условиях. Эти зависимости описывают только наблюдаемые корреляции и не подразумевают наличие механизмов связи.
Варианты обработки (T12–T15), получавшие компостный чай в дозе 600 L ha⁻1 в сочетании с листовыми биостимуляторами, продемонстрировали более высокие многомерные показатели по параметрам роста и содержания масла. Напротив, варианты обработки (T7–T11) характеризовались сравнительно более низкими значениями для большинства оцениваемых параметров. Варианты обработки, расположенные в противоположном направлении от большинства векторов, такие как Ct1 (360 L ha⁻1) без листового опрыскивания или в сочетании с Nostoc, были связаны с более низкими значениями большинства измеряемых признаков.
В целом, PCA позволил получить краткую многомерную сводку, которая дополняет ANOVA, наглядно демонстрируя, как воздействия отличались от контрольной группы по нескольким признакам одновременно. Согласованность между паттернами PCA и результатами одномерного анализа с поправкой на исходный уровень подтверждает устойчивость эффектов воздействия, не выходя за рамки интерпретации измеренных переменных.
ДОСТУПНОСТЬ ДАННЫХ:
Исходные данные для этой рукописи доступны в дополнительных файлах.
Дополнительная таблица 1: Необработанные экспериментальные данные для результатов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.
Обсуждение
Настоящее исследование демонстрирует, что повышение уровней компостного чая значительно улучшило рост фенхеля, его репродуктивные признаки и продуктивность эфирных масел в течение двух вегетационных периодов, особенно в сочетании с определенными некорневыми биостимуляторами.
Более высокие концентрации компостного чая (Ct3) привели к увеличению количества зонтиков и выхода масла, что согласуется с предыдущими данными о том, что органические жидкие подкормки повышают жизнеспособность растений и доступность питательных веществ, тем самым улучшая репродуктивные показатели6,1. Аналогичные улучшения урожайности и содержания эфирных масел были зарегистрированы у фенхеля и других видов семейства Apiaceae после применения экстрактов компоста или биоудобрений; это позволяет предположить, что данные реакции отражают общее улучшение условий роста растений, а не специфические эффекты для конкретной культуры8,19.
Повышение показателей, наблюдаемое при комбинированном применении компостного чая и Azolla (F2) или Spirulina (F3), согласуется с результатами предыдущих исследований, в которых сообщалось, что экстракты водорослей и цианобактерий стимулируют накопление биомассы, цветение и выработку вторичных метаболитов1,20. Более выраженный отклик, зафиксированный в настоящем исследовании, особенно в отношении выхода масла с гектара, может быть обусловлен стратегией совместного внесения препаратов в почву и по листу, а не использованием отдельных компонентов.
Одновременное увеличение выхода масла, количества зонтиков и вегетативного роста указывает на то, что повышение урожайности стало результатом скоординированного улучшения нескольких признаков, а не воздействия одного фактора. Эта закономерность согласуется с предыдущими исследованиями, свидетельствующими о том, что органические добавки могут повышать фотосинтетическую способность, активность корней и эффективность использования питательных веществ, поддерживая тем самым как накопление биомассы, так и репродуктивное развитие6,8.
Хотя в данном исследовании не измерялись такие физиологические и биохимические параметры, как скорость поглощения питательных веществ, уровни эндогенных гормонов и микробная активность, предыдущие исследования дают правдоподобные объяснения наблюдаемым реакциям. Известно, что компостный чай обеспечивает поступление легкодоступных питательных веществ и биологически активных соединений, в то время как биостимуляторы на основе водорослей и цианобактерий связывают с повышенной метаболической активностью и стрессоустойчивостью1,19. Эти интерпретации основаны на существующей литературе и не являются результатом прямых измерений в настоящем исследовании.
Результаты PCA указывают на то, что выход масла на гектар и на одно растение были основными факторами дифференциации вариантов обработки, что подтверждает выводы однофакторного анализа. Варианты обработки с внесением 60 L ha⁻1 компостного чая в сочетании с листовыми биостимуляторами стабильно занимали выгодные позиции вдоль оси первичной продуктивности. Аналогичное применение PCA в агрономических исследованиях показало, что признаки, связанные с урожайностью, часто имеют высокую нагрузку на первую главную компоненту, что отражает комплексные реакции растений, а не независимые эффекты20.
Метод главных компонент (PCA) использовался в данном исследовании в качестве инструмента эксплораторного анализа для описания взаимосвязей между измеренными переменными, а не для установления причинно-следственных связей. Согласованность между значениями главных компонент и относительным улучшением показателей по сравнению с контрольной группой повышает достоверность наблюдаемых эффектов терапии, оставаясь при этом в рамках измеренных данных.
Результаты указывают на то, что сочетание компостного чая с определенными листовыми биостимуляторами может быть эффективным агрономическим подходом для стимуляции роста фенхеля и увеличения выработки эфирного масла в полевых условиях. Однако отсутствие прямых измерений микробиологической активности, гормональной регуляции и динамики питательных веществ ограничивает механистическую интерпретацию. Будущие исследования, включающие физиологический, биохимический и почвенно-биологический анализы, позволят более всесторонне понять процессы, лежащие в основе этих реакций.
В целом, данное исследование способствует пониманию того, как компостный чай и биостимуляторы взаимодействуют, влияя на рост фенхеля и выход эфирного масла, путем интеграции одномерного статистического анализа с многомерным анализом закономерностей и сопоставления полученных результатов с более широким пластом научной литературы.
Заключение
Применение компостного чая в дозе 60 L ha⁻1 в течение 16 недель в сочетании с внекорневой подкормкой экстрактом Spirulina в концентрации 2 cm3 L⁻1 привело к самым высоким показателям урожайности фенхеля и выхода эфирного масла в условиях данного исследования. Экстракт Azolla продемонстрировал сопоставимый эффект и может служить альтернативным биостимулятором. В будущих исследованиях следует оценить возможность снижения норм внесения минеральных удобрений при сохранении базовой нормы внесения компоста 24 t ha⁻1. Для обеспечения стабильности результатов рекомендуется стандартизировать свойства компостного чая, включая pH, электропроводность и питательный состав. Мониторинг вегетативного роста, содержания эфирного масла и урожайности с применением многомерного анализа, такого как PCA, может улучшить оценку отклика растений на обработки в полевых условиях.
Раскрытие информации
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Благодарности
Авторы выражают благодарность Деканату последипломного образования и научных исследований Университета Таифа за финансирование данной работы.
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Семена фенхеля (Foeniculum vulgare Mill.) | Отдел исследований лекарственных и ароматических растений, Научно-исследовательский институт садоводства, ARC, Египет | Данные отсутствуют | Семена, использованные для полевого эксперимента |
| Компост на растительной основе | Местный коммерческий поставщик / источник на экспериментальной ферме | Нет данных | Используется для приготовления компостного чая и внесения основных почвенных поправок |
| Компостный чай | Подготовлено в соответствии с экспериментальным протоколом | Нет данных | Аэрированный водный экстракт зрелого компоста |
| Azolla caroliniana биомасса | Научно-исследовательский институт воды и окружающей среды, Центр сельскохозяйственных исследований, Гиза, Египет | Нет данных | Используется для приготовления экстракта из листьев |
| Spirulina platensis биомасса | Научно-исследовательский институт воды и окружающей среды, Центр сельскохозяйственных исследований, Гиза, Египет | Данные отсутствуют | Используется для приготовления экстракта из листьев |
| Nostoc muscorum биомасса | Научно-исследовательский институт водных ресурсов и окружающей среды, Центр сельскохозяйственных исследований, Гиза, Египет | Нет данных | Используется для приготовления экстракта из листьев |
| Chlorella vulgaris биомасса | Научно-исследовательский институт воды и окружающей среды, Центр сельскохозяйственных исследований, Гиза, Египет | Данные отсутствуют | Используется для приготовления экстракта из листьев |
| Дистиллированная вода | Научно-исследовательский институт воды и окружающей среды, Центр сельскохозяйственных исследований, Гиза, Египет | Поскольку исходный текст не был предоставлен, пожалуйста, введите текст, который необходимо перевести. | Используется для приготовления экстракта |
| Сульфат аммония (20,6% N) | Министерство сельского хозяйства и мелиорации земель Египта | Данные отсутствуют | Источник минеральных удобрений |
| Суперфосфат кальция (15,5% P2О5) | Министерство сельского хозяйства и мелиорации земель Египта | Данные отсутствуют | Источник минеральных удобрений |
| Сульфат калия (48% K2О) | Министерство сельского хозяйства и мелиорации земель Египта | Текст отсутствует. | Источник минеральных удобрений |
| Эмиттеры капельного орошения (4 л/ч)-1) | Отдел исследований лекарственных и ароматических растений, Научно-исследовательский институт садоводства, ARC, Египет | Нет данных | Система ирригации |
| Ручной распылитель | Отдел исследований лекарственных и ароматических растений, Научно-исследовательский институт садоводства, ARC, Египет | Нет данных | Используется для некорневой подкормки |
| Сушильный шкаф | Отдел исследований лекарственных и ароматических растений, Научно-исследовательский институт садоводства, Сельскохозяйственный исследовательский центр (ARC), Египет | Н/П | Температура в печи поддерживается на уровне 70 °C |
| Аппарат для гидродистилляции | Отдел исследований лекарственных и ароматических растений, Научно-исследовательский институт садоводства, Сельскохозяйственный исследовательский центр (ARC), Египет | Данные отсутствуют | Используется для экстракции эфирных масел |
| Аналитические весы | Отдел исследований лекарственных и ароматических растений, Научно-исследовательский институт садоводства, Центр сельскохозяйственных исследований (ARC), Египет | Данные отсутствуют | Используется для взвешивания образцов |
| сито с размером ячеек 2 мм | Отдел исследований лекарственных и ароматических растений, Научно-исследовательский институт садоводства, ARC, Египет | Поскольку исходный текст не был предоставлен, пожалуйста, введите контент, который необходимо перевести. | Используется для подготовки почвы |
| программное обеспечение Statistix 8.1 | Аналитическое программное обеспечение | Версия 8.1 | Используется для дисперсионного анализа (ANOVA) и статистической обработки данных |
Ссылки
- 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.