Διερεύνηση της ανάπτυξης, καθώς και ανατομικο-φυσιολογικών παραμέτρων ξηροφυτικών αρωματικών - φαρμακευτικών ειδών της μεσογειακής χλωρίδας, υπό την επίδραση υδατικής καταπόνησης και διαφορετικών ειδών υποστρώματος, σε αστικό φυτοδώμα

Abstract

Green roofs contribute to increasing biodiversity and habitats in urban areas, by cultivating native plants on them. This study investigated the growth and anatomic-physiological parameters of aromatic - medicinal species of the Mediterranean flora under the effect of water stress and different types of substrate, on a green roof. Rooted cuttings of the plant species Convolvulus cneorum L., Origanum dictamnus L., Sideritis athoa L., Atriplex halimus L., Asteriscus maritimus(L.) Greuter and Lomelosia cretica (L.) Greuter & Burdet, were planted in experimental modules with a green roof infrastructure (substrate moisture retention and protection of the insulation mat, drainage element, and filter sheet) on a fully exposed flat roof at the Agricultural University of Athens. Two types of substrate, 10 cm deep, were used, one with soil, i.e. grape marc compost: perlite: soil: pumice (3:3:2:2, v/v) and a lighter one, without soil, i.e. grape marc compost: perlite: pumice (3:3:4, v/v). Two irrigation frequencies were applied during the dry period (May-September), normal and sparse, when substrate moisture was 17-20% and 5-11%, respectively. Soil substrate favored most of the growth parameters of C. cneorum, fewer of the A. halimus, while in L. cretica, it favored only the final height. The frequency of sparse irrigation negatively influenced most of the growth parameters of O. dictamnus, A. halimus and L. cretica, while in S. athoa and A. maritimus only the number of shoots were negatively influenced by sparse irrigation. In all six plant species, stomatal resistance (rs) was increased in July and August one day before irrigation in sparsely irrigated plants indicating water stress. In autumn rs values were normal again, indicating the end of water stress. As a result of water stress, sparse irrigation increased the thickness of the leaf in all plant species, in O. dictamnus and A. maritimus, in combination with the soil substrate. Sparse irrigation reduced the maximum quantum yield of PSII (ΦPSIIο) before and after the application of irrigation in A. maritimus and L. cretica, while it increased ΦPSIIο after an irrigation event in A. halimus. Sparse irrigation reduced Chlολ of all plant species, other than S. athoa, while in C. cneorum, O. dictamnus and L. cretica this effect was evident only in the presence of soil on the substrate. Although one day before irrigation, the sparsely irrigated plants had the lower ΦPSIIο values, never they fell to critical levels, excluding irreversible damage to the photosynthetic apparatus, while one day after the irrigation event, ΦPSIIο values returned to the normal levels completely. Soil’s participation in the substrate favored water use efficiency (WUE) in C. cneorum, while in A. halimus and L. cretica WUE was favored by sparse irrigation’s frequency. Higher WUE values were observed in S. athoa grown on soilless substrate under sparse irrigation, whereas on soil substrate under normal irrigation the WUE values of S. athoa were similar to C. cneorum. At the same time, a greenhouse experiment was conducted where the effect of irrigation frequency was studied as well as the type of substrate on the growth and water use efficiency of C. cneorum, O. dictamnus and S. athoa, in order to compare the results with those of the green roof. Plantlets were planted in pots in May 2013 in a greenhouse of the Agricultural University of Athens. Two types of substrate with 10 cm depth were used, grape marc compost: perlite: soil: pumice (3:3:2:2, v/v) and grape marc compost: perlite: pumice (3:3:4, v/v), and two irrigation frequencies every 4 days (normal) and every 7 days (sparse). C. cneorum was the species that developed bigger height, higher overhead dry weight and the largest WUE. However, WUE prices of C. cneorum when cultured at the soilless substrate under sparse irrigation are comparable to WUE prices of O. dictamnus and S. athoa. The frequency of sparse irrigation adversely affected the above ground dry weight of all three plant species. Soil substrate favored the above ground dry weight and WUE of C. cneorum in both green roof and green house and of S. athoa the above ground dry weight in the green house. It seems that all three plant species develop the strategy of avoidance functioning as water savers, so as to produce sufficient dry weight and ultimately water use efficiency. In conclusion, the Mediterranean xerophytes aromatic - pharmaceutical species C. cneorum, O. dictamnus, S. athoa, A. halimus, A. maritimus and L. cretica, had satisfying growth while being cultivated under sparse irrigation and soilless substrate (light), developing water stress acclimatization strategies and protecting their physiological functions. By monitoring the plant's moisture requirements during flowering, adjusting the interval between sparse irrigation to O. dictamnus and A. maritimus, as well as by confronting the entomologist enemies of S. athoa with ecological methods, all six plant species are promising for use in Mediterranean, urban extensive green roofs.

Τα φυτοδώματα, μέσω της καλλιέργειας ιθαγενών φυτών, συνεισφέρουν στην αύξηση της βιοποικιλότητας και των οικοτόπων σε αστικές περιοχές. Στην παρούσα μελέτη διερευνήθηκε η ανάπτυξη, καθώς και ανατομικο-φυσιολογικές παράμετροι ξηροφυτικών, αρωματικών - φαρμακευτικών ειδών της Μεσογειακής χλωρίδας, υπό την επίδραση υδατικής καταπόνησης και διαφορετικών ειδών υποστρώματος, σε αστικό φυτοδώμα. Έρριζα μοσχεύματα των φυτικών ειδών Convolvulus cneorum L., Origanum dictamnus L., Sideritis athoa L., Atriplex halimus L., Asteriscus maritimus (L.) Greuter και Lomelosia cretica (L.) Greuter & Burdet, φυτεύτηκαν σε πειραματικά τεμάχια, με υποδομή φυτοδώματος (στρώμα συγκράτησης του νερού και προστασίας της μόνωσης, αποστραγγιστικό στοιχείο και διηθητικό φύλλο), σε ένα πλήρως εκτεθειμένο δώμα του Γεωπονικού Πανεπιστημίου Αθηνών. Χρησιμοποιήθηκαν δύο υποστρώματα ανάπτυξης, ήτοι κομπόστα στέμφυλων (ΚΣ): περλίτης (Π): έδαφος (Ε): ελαφρόπετρα (ΕΛ) (3:3:2:2, v/v) ή ΚΣ:Π:ΕΛ, 3:3:4, v/v, με βάθος 10 cm. Κατά τη θερινή περίοδο (Μάιο – Σεπτέμβριο), των ετών 2011, 2012, 2013 και 2014, εφαρμόστηκαν δύο συχνότητες άρδευσης, κανονική και αραιή, όταν η υγρασία του υποστρώματος ήταν 17 - 20% και 5 - 11% v/v, αντίστοιχα. Το εδαφικό υπόστρωμα ευνόησε τις περισσότερες παραμέτρους ανάπτυξης του C. cneorum, λιγότερες του A. halimus, ενώ στο L. cretica, ευνόησε μόνο το τελικό ύψος των φυτών. Η συχνότητα της αραιής άρδευσης επέδρασε αρνητικά στις περισσότερες παραμέτρους ανάπτυξης του O. dictamnus, του A. halimus και του L. cretica, ενώ στο S. athoa και στο A. maritimus επηρέασε αρνητικά μόνο τον αριθμό των πλαγίων βλαστών. Η στοματική αντίσταση (rs) και των έξι φυτικών ειδών ήταν αυξημένη τους μήνες Ιούλιο και Αύγουστο μία μέρα πριν την άρδευση στα φυτά που αρδεύονταν αραιά υποδεικνύοντας υδατική καταπόνηση. Oι τιμές της rs επανέρχονταν το φθινόπωρο στις χαμηλές τους τιμές υποδεικνύοντας το τέλος της υδατικής καταπόνησης. Η συχνότητα της αραιής άρδευσης αύξησε το πάχος του ελάσματος όλων των φυτικών ειδών ως αποτέλεσμα υδατικής καταπόνησης. Στο O. dictamnus και στο A. maritimus αυτό έγινε σε συνδυασμό με το εδαφικό υπόστρωμα. Η συχνότητα της αραιής άρδευσης μείωσε την τιμή της μέγιστης φωτοχημικής απόδοσης του φωτοσυστήματος ΙΙ (ΦPSIIο), μετρούμενη πριν και μετά από εφαρμογή άρδευσης, στο A. maritimus και στο L. cretica, ενώ την αύξησε μετά από εφαρμογή άρδευσης στο A. halimus. Επίσης μείωσε την τιμή της συγκέντρωσης χλωροφυλλών (Chlολ) όλων των φυτικών ειδών, εκτός του S. athoa. Στο C. cneorum, στο O.dictamnus και στο L. cretica η επίδραση αυτή φάνηκε μόνο υπό την παρουσία εδάφους στο υπόστρωμα. Παρότι μια μέρα πριν από άρδευση τα αραιώς αρδευόμενα φυτά είχαν τις μικρότερες τιμές ΦPSIIο, ποτέ αυτές δεν έπεσαν σε κρίσιμα επίπεδα, αποκλείοντας μη αντιστρεπτές βλάβες στο φωτοσύστημα II, ενώ μία μέρα μετά από άρδευση οι τιμές της ΦPSIIο επανέρχονταν πλήρως σε φυσιολογικές τιμές. Η συμμετοχή του εδάφους στο υπόστρωμα ευνόησε την αποδοτικότητα χρήσης νερού (WUE) του C. cneorum ενώ στα είδη A. halimus και L. cretica η WUE ευνοήθηκε από τη συχνότητα της αραιής άρδευσης. Μεγαλύτερες τιμές WUE επέδειξε το S. athoa καλλιεργούμενο σε μη εδαφικό υπόστρωμα υπό αραιή άρδευση, ενώ σε εδαφικό υπόστρωμα υπό κανονική άρδευση οι τιμές WUE του S. athoa ήταν όμοιες με του C. cneorum. Παράλληλα, διεξήχθη θερμοκηπιακό πείραμα όπου μελετήθηκε η επίδραση της συχνότητας άρδευσης καθώς και του είδους του υποστρώματος, στην ανάπτυξη και στην αποδοτικότητα χρήσης του νερού (WUE), των φυτικών ειδών C. cneorum, O. dictamnus και S. athoa, έτσι ώστε τα αποτελέσματα να συγκριθούν με τα αντίστοιχα του φυτοδώματος. Έρριζα μοσχεύματα φυτεύτηκαν σε γλάστρες τον Μάιο του 2013, σε θερμοκήπιο του Γεωπονικού Πανεπιστημίου Αθηνών σε δύο υποστρώματα ανάπτυξης, βάθους 10 cm, ήτοι Κομπόστα Στέμφυλων (ΚΣ): Περλίτης (Π): Έδαφος (Ε): Ελαφρόπετρα (ΕΛ) (3:3:2:2, v/v) ή όπως το ανωτέρω αλλά με αντικατάσταση του εδάφους από ελαφρόπετρα (ήτοι ΚΣ:Π:ΕΛ, 3:3:4, v/v). Εφαρμόστηκαν δύο συχνότητες άρδευσης, κάθε 4 ημέρες (κανονική) και κάθε 7 ημέρες (αραιή). Το C. cneorum ήταν το φυτό που ανέπτυξε μεγαλύτερο ύψος, μεγαλύτερο ξηρό βάρος του υπέργειου μέρους του φυτού και μεγαλύτερη WUE. Εντούτοις, οι τιμές της WUE που επέδειξε σε μη εδαφικό υπόστρωμα υπό αραιή άρδευση, είναι συγκρίσιμες με του O. dictamnus και του S. athoa. Η συχνότητα της αραιής άρδευσης επέδρασε αρνητικά στο ξηρό βάρος του υπέργειου μέρους και των τριών φυτικών ειδών. Το εδαφικό υπόστρωμα ευνόησε το ξ.β. και την WUE του C. cneorum και στο φυτοδώμα και στο θερμοκήπιο και του S. athoa το ξ.β. και την WUE στο θερμοκήπιο. Και τα τρία φυτικά είδη φαίνεται πως κατά την υδατική καταπόνηση, ακολουθούν τη στρατηγική της αποφυγής με οικονομία νερού, ώστε να αποδίδουν ικανοποιητικά σε ξηρό βάρος και τελικά να έχουν και ικανοποιητική αποδοτικότητα χρήσης του νερού. Εν κατακλείδι, τα Μεσογειακά ξηροφυτικά, αρωματικά - φαρμακευτικά είδη C. cneorum, O.dictamnus, S. athoa, A. halimus, A. maritimus και L. cretica, παρουσίασαν ικανοποιητική ανάπτυξη ενώ καλλιεργήθηκαν υπό αραιή άρδευση και σε μη εδαφικό υπόστρωμα (ελαφρύ), αναπτύσσοντας στρατηγικές εγκλιματισμού και προστατεύοντας τις φυσιολογικές τους λειτουργίες. Με παρακολούθηση των απαιτήσεων υγρασίας των φυτών κατά την ανθοφορία, αναπροσαρμόζοντας το διάστημα μεταξύ αραιών αρδεύσεων στο Ο. dictamnus και στο A. maritimus, καθώς και με αντιμετώπιση των εντομολογικών εχθρών του S. athoa με οικολογικά σκευάσματα και τα έξι, αποτελούν φυτικά είδη πολλά υποσχόμενα για χρήση σε εκτατικού τύπου φυτοδώματα.