Μελέτη της επίδρασης της σύνθεσης του θρεπτικού διαλύματος και των υδραυλικών ιδιοτήτων του υποστρώματος στην παραγωγή και την ποιότητα του ασκόλυμπρου (Scolymus hispanicus L.) σε υδροπονική καλλιέργεια: -: -

Abstract

Soilless cultivation of wild edible green species is a modern and economically attractive activity, given their high nutritional, culinary and gastronomic value which raises an increasingly high consumer demand. However, optimal management of the composition of the nutrient solution is a prerequisite to ensure high yield of these alternative crops. Consequently, the objective of this study is to evaluate the effect of a) N/K ratio and the electrical conductivity of the nutrient solution, b) salinity level (NaCl) of the nutrient solution and c) substrate type and the container geometry, and d) total-N level and nitrogen source on the uptake concentrations and nutrient profile, plant physiology, and agronomic characteristics of the wild edible green Golden Thystle (Scolymus hispanicus L) native in Crete (Greece).The first experiment examines the effect of two N/K ratio levels and two electrical conductivities of the nutrient solution in hydroponic cultivation of Scolymus hispanicus L. Analysis of the results indicate no significant impact between the two levels of nutrient solution electrical conductivity in fresh weight (g), rosette diameter and number of leaves, however, higher N/K ratio significantly increased tuberous root fresh weight (g) as well as the number and leaves fresh weight (g) and no interaction between the two factors of electrical conductivity and N/K ratio. Additionally, no treatment affected leaf relative chlorophyll density (SPAD) and plant relative chlorophyll fluorescence Fv/Fm (Maximum Quantum Yield Efficiency of Photosystem II).Another study evaluates the effect four salinity (NaCl) levels on yield and quality characteristics of S. hispanicus L. Treatments were obtained by establishing four NaCl concentrations (0.5, 5.0, 10.0, and 15.0 mM) in a standard nutrient solution, resulting in initial solution electrical conductivities (EC) of 2.2, 2.8, 3.2, and 3.8 dS m − 1, respectively. By the end of the experiment, 120 days after transplanting (DAT) drainage EC reached 2.65, 3.33, 3.96, and 4.51 dS m − 1, respectively. At the first harvest, 90 DAT, the increase of the NaCl concentration had no significant impact on the number of leaves per plant, leaf fresh and dry weight [g plant−1], and root dry weight [g plant−1]. At the second harvest (120 DAT), 15.0 mM NaCl significantly decreased root and leaf fresh and dry weight without affecting the number of leaves per plant compared to 0.5 and 5.0 mM NaCl, while 10 mM NaCl had no impact on any of these parameters. The concentrations of K+, Ca2+, Mg2+, and P in the leaves were not influenced by the tested salinity levels, while those of organic-N and NO3−-N were significantly reduced by 10 and 15 mM NaCl, 90 DAT. Furthermore, 10 and 15 mM NaCl significantly increased the Cl− and Na+ concentrations in leaves, but not in the roots. In the root tissues, only the K concentration was reduced by salinity while P increased at the highest salinity level (15 mM NaCl). Based on these results, we conclude that S. hispanicus L. is resilient to moderate salinity levels and can be considered a promising candidate plant for introduction to soilless cropping systems. Soilless cultivation is an expanding greenhouse cropping system with the potential to maintain and increase food security in challenging environments and under the eminent climate crisis, and to diversify our diet with crops that could not be sustainably cultivated in open fields. The replacement of soil with blends of organic and inorganic substrates has provided solutions but has also created challenges and opportunities, such as the need to match crop irrigation with their hydraulic properties and the specific requirements of each crop species. In this context, here we investigate the effects of the container type (growbag or pot) and the growing media used to cultivate Golden Thistle (Scolymus hispanicus L.) on crop performance and physiological parameters that may be6affected by water and air availability in the root zone. The tested growing media were perlite and coir dust at ratios 4:0, 3:1, 2:2, 1:3, and 0:4, denoted as 4P0C, 3P1C, 2P2C, 1P3C, and 0P4C, respectively. To characterize substrates in terms of their hydraulic properties, the hydraulic conductivity (K), easily available water (EAW), and actual water content (AWC) in the substrate profile at container capacity were determined using HYPROP2. The cultivation of S. hispanicus L. on the blends 4C0P and 3C1P increased total plant fresh weight of both leaves and roots (FWL and FWR, respectively) compared to cultivation on sole perlite, while the use of the shorter (growbag) container increased the FWL:FWR ratio and, concomitantly, decreased in the higher container (pot). Results show that the EAW significantly increases when the fraction of coir dust increases in the mixture, while K and AWC decrease considerably when the container height increases from 5 to 25 cm. These results show that in substrate-grown crops, both the substrate and the container geometry have a crucial impact on water flux and water availability, and thus their proper manipulation can greatly contribute to maintenance of optimal water and air status in the root zone of the plants. In conclusion, accurate estimation of the moisture retention curve (MRC) of substrates used in soilless culture is essential to design proper irrigation schedules tailored to crop water and aeration needs. Furthermore, the current study provides valuable information about the agronomic responses of tuberous species such as S. hispanicus L. to the hydraulic characteristics and the container geometry of growing media used in soilless culture systems. In the final experiment, the effect of NH4+:NO3- ratio and nitrogen level on uptake concentrations, water absorption, yield parameters and nutrient profile of Scolymus hispanicus L was evaluated. Concomitantly, four nutrient solution treatments were applied by combining two levels of total-N supply (7,2 mM N or 14,2 mM N) with two NH4+-N : total-N supply ratios (0.10 and 0.20 mmol mmol-1, respectively) in a 2 factorial design. A total-N supply of 14,2 mM in the influent nutrient solution combined with an NH4-N : total-N ratio of 0.1, significantly increased the cumulative water uptake, number of leaves, and shoot fresh and dry weight, compared with 7.2 mM N (by 22.25%, 34.80%, 58.58%, 32.18%, respectively), as well as compared with the same N level (14.2 mM N) with an NH4-N : total-N ratio of 0.2 (by 21.20%, 23.80%, 22.44%, 16.24%, respectively). The combination of high total-N and high NH4-N/total-N ratio maintained the root zone pH more closely to the target range (5.5-6.5) but decreased stomatal conductance and increased the incidence of rot in tuberous root, thereby decreasing marketable yield. The tissue nutrient levels were only marginally influenced by the differences in N source and supply level, except for N which reflected the differences in total N supply. A N supply level of about 14.2 mM of which only 1.40 mM ammonium content proved to be the best strategy for high marketable production in soilless S. hispanicus L. crops.

Η υδροπονική καλλιέργεια άγριων λαχανευόμενων ειδών αποτελεί μια μοντέρνα και οικονομικά ελκυστική δραστηριότητα, δεδομένης της υψηλής θρεπτικής και γαστρονομικής και πολιτισμικής τους αξίας. Ωστόσο, απαραίτητη προϋπόθεση είναι η βέλτιστη διαχείριση της σύνθεσης του θρεπτικού διαλύματος για τη διασφάλιση της υψηλής απόδοσης αυτών των εναλλακτικών καλλιεργειών. Στόχος της παρούσας ερευνητικής μελέτης είναι η αξιολόγηση α) της επίδραση της σχέσης Ν/Κ και της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του θρεπτικού διαλύματος, β) της επίδρασης της αλατότητας (NaCl) του θρεπτικού διαλύματος και γ) της επίδρασης του υποστρώματος και του υποδοχέα υποστρώματος, δ) της επίδρασης της αναλογίας NH4+-Ν / ολικό Ν και του επιπέδου του ολικού Ν στις συγκεντρώσεις απορρόφησης και την συγκέντρωση των θρεπτικών στοιχείων στους φυτικούς ιστούς, τις φυσιολογικές παραμέτρους, και τα αγρονομικά χαρακτηριστικά της παραγωγής του άγριου λαχανευόμενου φυτού ασκόλυμπρου (Scolymus hispanicus L). Στην πρώτη εργασία εφαρμόστηκαν 4 θρεπτικά διαλύματα αποτελούμενα από δύο επίπεδα σχέσης Ν/Κ σε δύο ηλεκτρικές αγωγιμότητες σε υδροπονική καλλιέργεια του ασκόλυμπρου με υπόστρωμα υδροπονικού περλίτη. Από την ανάλυση των αποτελεσμάτων του πειράματος θρέψης προέκυψε ότι δεν υπήρξαν σημαντικές διαφορές μεταξύ των δύο επιπέδων αγωγιμότητας του θρεπτικού διαλύματος στο νωπό βάρος (g), την διάμετρο και τον αριθμό των φύλλων, ενώ αντίθετα η υψηλότερη σχέση Ν/Κ, αύξησε σημαντικά το νωπό βάρος της σαρκώδους ρίζας (g) καθώς και του αριθμού και του νωπού βάρους των φύλλων (g) χωρίς την ύπαρξη αλληλεπίδρασης μεταξύ των δύο παραγόντων ηλεκτρικής αγωγιμότητας και σχέσης Ν/Κ. Οι επεμβάσεις του πειράματος δεν επηρέασαν την σχετική πυκνότητα (SPAD) και τον σχετικό φθορισμό Fv/Fm (φωτοσυνθετική ικανότητα) της χλωροφύλλης των φύλλων των φυτών. Σε άλλο πείραμα, εξετάστηκε η επίδραση τεσσάρων επιπέδων αλατότητας στην ανάπτυξη και τα ποιοτικά χαρακτηριστικά του ασκόλυμπρου. Οι επεμβάσεις αλατότητας εφαρμόστηκαν με την παροχή θρεπτικών διαλυμάτων με τέσσερις διαφορετικές συγκεντρώσεις NaCl (0,5, 5,0, 10,0 και 15,0 mM) σε αυτά, οι οποίες οδήγησαν σε τιμές ηλεκτρικής αγωγιμότητας (EC) ίσες με 2,2, 2,8, 3,2 και 3,8 dS m-1, αντίστοιχα. Μέχρι το τέλος του πειράματος και πλησιάζοντας στο στάδιο εμπορικής συγκομιδής, 120 ημέρες μετά τη μεταφύτευση (HMM), η EC του διαλύματος απορροής έφτασε τα 2,65, 3,33, 3,96, και 4,51 dS m-1, αντίστοιχα. Κατά την πρώτη συγκομιδή, 90 HMM, η αύξηση της συγκέντρωσης NaCl στο θρεπτικό διάλυμα δεν είχε σημαντική επίδραση στον αριθμό των φύλλων, το νωπό και ξηρό βάρος των φύλλων [g φυτό-1] και το ξηρό βάρος της ρίζας [g φυτό-1]. Ωστόσο, κατά την δεύτερη συγκομιδή (120 HMM), το επίπεδο αλατότητας 15,0 mM NaCl μείωσε σημαντικά το νωπό και ξηρό βάρος της ρίζας και των φύλλων χωρίς όμως να επηρεάζει αρνητικά τον αριθμό των φύλλων ανά φυτό σε σύγκριση με τις μεταχειρίσεις αλατότητας 0,5 και 5,0 mM NaCl, ενώ η επέμβαση αλατότητας 10,0 mM NaCl δεν είχε καμία επίδραση σε καμία από τις ποσοτικές παραμέτρους. Οι συγκεντρώσεις των K+, Ca2+, Mg2+ και P στα φύλλα δεν επηρεάστηκαν από τα επίπεδα αλατότητας που εφαρμόστηκαν, ενώ το ολικό-N και το NO3--N μειώθηκαν σημαντικά στις επεμβάσεις αλατότητας των 10,0 και 15,0 mM NaCl, 90 HMM. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα του πειράματος αλατότητας, συμπεραίνεται ότι ο ασκόλυμπρος είναι ένα ανεκτικό φυτό σε μέτρια επίπεδα αλατότητας. Στα συστήματα εκτός εδάφους καλλιέργειας, η αντικατάσταση του εδάφους με μείγματα οργανικών και ανόργανων υποστρωμάτων έχει δώσει λύσεις, αλλά έχει δημιουργήσει και προκλήσεις, όπως η ανάγκη4προσαρμογής της άρδευσης σύμφωνα με τις υδραυλικές ιδιότητες του κάθε υποστρώματος καθώς και σύμφωνα με τις ιδιαίτερες απαιτήσεις κάθε ξεχωριστού είδους καλλιέργειας. Σε αυτό το πλαίσιο, διερευνήθηκε η επίδραση του φυτοδοχείου (σάκος ή γλάστρα) και των υποστρωμάτων στην απόδοση και τις φυσιολογικές παραμέτρους του ασκόλυμπρου (Scolymus hispanicus L.) σε υδροπονική καλλιέργεια. Τα υποστρώματα που μελετήθηκαν ήταν ο περλίτης και ο κοκοφοίνικας σε αναλογίες 4:0, 3:1, 2:2, 1:3 και 0:4, οι οποίες στη συνέχεια αναφέρονται ως 4Π0Κ, 3Π1Κ, 2Π2Κ, 1Π3Κ και 0Π4Κ, αντίστοιχα. Για τον χαρακτηρισμό των υποστρωμάτων ως προς τις υδραυλικές τους ιδιότητες, προσδιορίστηκαν η υδραυλική αγωγιμότητα (K), το εύκολα διαθέσιμο νερό (EAW) και η υδατοχωρητικότητα του φυτοδοχείου (AWC) για το καθένα από αυτά, χρησιμοποιώντας τον αναλυτή υδραυλικών χαρακτηριστικών εδάφους HYPROP2. Τα μείγματα υποστρωμάτων 4Κ0Π και 3Κ1Π αύξησαν σημαντικά το συνολικό νωπό βάρος του φυτού τόσο των φύλλων όσο και των εδώδιμων ριζοκόνδυλων σε σύγκριση με την καλλιέργεια σε περλίτη, ενώ σημαντική φάνηκε η επίδραση της γεωμετρίας του φυτοδοχείου στην αναλογία μεταξύ της ανάπτυξης του υπέργειου και υπόγειου τμήματος του φυτού (FWL:FWR). Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το εύκολα διαθέσιμο νερό αυξάνεται σημαντικά όταν το κλάσμα του κοκοφοίνικα αυξάνεται στο μείγμα, ενώ η υδραυλική αγωγιμότητα και η υδατοχωρητικότητα του φυτοδοχείου μειώνονται σημαντικά όταν το ύψος του υποδοχέα αυξάνεται από 5 σε 25 cm. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι σε καλλιέργεια υποστρωμάτων, τόσο το υπόστρωμα όσο και η γεωμετρία του φυτοδοχείου έχουν καθοριστική επίδραση στην υδραυλική αγωγιμότητα και τη διαθεσιμότητα του νερού, και έτσι ο σωστός χειρισμός τους μπορεί να συμβάλει σημαντικά στη διατήρηση της βέλτιστης ισορροπίας νερού και αέρα στη ζώνη της ρίζας των φυτών. Τέλος, μελετήθηκε η επίδραση της αναλογίας NH4+:NO3- και του επιπέδου αζώτου στις συγκεντρώσεις απορρόφησης θρεπτικών στοιχείων, την απορρόφηση νερού, τα ποσοτικά χαρακτηριστικά και την θρέψη του άγριου λαχανευόμενου είδους Scolymus hispanicus L. Κατά την εμπορική ωριμότητα, η αύξηση της συγκέντρωσης του αζώτου από 7,2 έως 14,2 mM στο θρεπτικό διάλυμα αύξησε σημαντικά τον αριθμό των φύλλων, όπως και το νωπό και ξηρό βάρος του υπέργειου τμήματος (26%, 34,5% και 29,90%, αντίστοιχα). Αντίστοιχα, ο συνδυασμός υψηλής συγκέντρωσης ολικού-Ν (14,2 mM) με χαμηλή αναλογία NH4-N/ολικού Ν (10%) αύξησε τη βλαστική ανάπτυξη (νωπό βάρος και αριθμό φύλλων) ενώ ο συνδυασμός υψηλής τροφοδοσίας ολικού-Ν και υψηλής αναλογίας ΝΗ4-Ν/ολικό Ν μείωσε τη στοματική αγωγιμότητα των φύλλων και το pH του διαλύματος απορροής. Επιπλέον, παρόλο που η μεταχείριση υψηλού επιπέδου ολικού-Ν και υψηλής αναλογίας ΝΗ4-Ν/ολικό Ν μείωσε την απορρόφηση νερού από το φυτό, δεν επέφερε καμία σημαντική επίδραση στην εδώδιμη κονδυλώδη ρίζα του φυτού (νωπό βάρος ρίζας) ή στη φωτοσυνθετική ικανότητα (SPAD και Fv/Fm) των φύλλων. Παράλληλα, παρατηρήθηκε μειωμένη απορρόφηση νερού ως αποτέλεσμα της μειωμένης στοματικής αγωγιμότητας στην μεταχείριση υψηλού επιπέδου ολικού-Ν (14,2 mM) και της υψηλής αναλογίας NH4+-N/ΝΟ3--N (20%) του θρεπτικού διαλύματος η οποία αντίστοιχα είχε ως αποτέλεσμα τις μειωμένες συγκεντρώσεις απορρόφησης ολικού-N, K+, P και Mg2+ κατά την περίοδο καλλιέργειας 30 - 60 ημερών μετά τη μεταφύτευση. Συμπερασματικά, το αυξημένο επίπεδο τροφοδοσίας αζώτου στο θρεπτικό διάλυμα προάγει ποσοτικά την ανάπτυξη του ασκόλυμπρου, όμως η αναλογία NH4-N/ολικό-N δεν θα πρέπει να υπερβαίνει το 10%, ώστε να αποφεύγεται η μείωση της στοματικής αγωγιμότητας και επομένως η μείωση της βλαστικής ανάπτυξης του φυτού.