Επίδραση λίπανσης και ελλειμματικής άρδευσης σε ποσοτικά και ποιοτικά χαρακτηριστικά κάνναβης (Cannabis sativa L., cannabaceae) για φαρμακευτική χρήση: -: -

Abstract

In addition to higher dynamic performance, an important characteristic of an industrial crop adapted to modern production systems is the efficiency of available resources. The more efficient use of a crop's resources, the higher its yield and the lower its environmental impact. Hemp (Cannabis sativa sp. sativa) is often described as a high-yield crop that requires minimal inputs. However, experimental data show that it responds positively to nitrogen and water, meaning it can benefit from appropriate levels of these resources. Given the growing demand and economic interest in cultivation, there is a need to intensify research on cultivation practices. This study focused on determining the optimal cultivation practices to maximize the quantity and quality of raw materials. The effect of main cultivation practices on hemp varieties registered in the Community Varietal List (THC≤0.3%) following the principles of organic farming was evaluated. Field experiments were carried out in the organic field of the Agricultural Laboratory of the Agricultural University of Athens for the growing seasons 2019, 2020, and 2021. Three levels of fertilization were evaluated (M: control, 7N: 70 kg N, 40 kg P2O5, 70 kg K2O per ha, 14N: 140 kg N, 80 kg P2O5, 140 kg K2O per ha), three irrigation treatments (IRR100: full irrigation, IRR75: mild water stress, IRR50: severe water stress) in five hemp cultivars (Fedora 17, Ferimon, Futura 75, Santhica 27, Uso 31). Agronomic traits, vegetation indices, and crop yields in biomass, seed, and cannabinoids were recorded, while seed density and water productivity indices were calculated. Field experiments showed that the maximum amount of nitrogen fertilization (14N) and full irrigation (IRR100) contributed to plants with maximum growth, vigor, biomass, and seed yields. This positive effect was also well-depicted in the water use efficiency (WUE) and seed density (SDI) indices. Regarding cannabinoid production, the maximum amount of added fertilizer led to an increase in CBD, CBDA, and CBD Total concentrations in the inflorescences, while the effect of irrigation varied across the growing seasons. During the first growing season, the irrigation effect on the cannabinoid content did not follow any trend, while in the second the intense water stress increased their content. In addition, the results of the present study highlighted the variety Futura 75 followed by Fedora 17 as the most suitable for biomass production noting the highest water productivity. Greater contents of CBD, CBD Total, and CBDA concentrations were recorded in the Futura 75 and Ferimon inflorescences. Concerning seed production, Fedora 17 and Uso 31 were the most productive. Among the cultivars, the French variety Fedora 17 combined high biomass and seed yield, which makes it suitable for dual-purpose cultivation. The results of the present study demonstrate the importance of proper cultivation practices to achieve maximum biomass, seed, and cannabinoid yields. At the same time, they promote the cultivation of industrial hemp in Greece and contribute valuable data on its cultivation for countries in the Mediterranean basin. Moreover, additional field trials were established given the strong weed presence and the low competitive ability of the hemp crop against weeds, especially during its first growth. The purpose was to examine the need for weed management in hemp cultivation and to evaluate the impact of nitrogen fertilization on crop growth, yield, and weed populations. In addition, the mechanical and chemical weed management practices effect on hemp was evaluated. Field experiments were set up at the Agricultural University of Athens during the growing seasons of 2019 and 2020. Three weed management treatments (W: the presence of weeds, WF: hand-weeding, HT: pre-emergence herbicide) and three fertilization interventions (M: control, 7N: 70 kg N, 40 kg P2O5, 70 kg K2O per ha, 14N: 140 kg N, 80 kg P2O5, 140 kg K2O per ha) were evaluated in two hemp cultivars (Fedora 17, Uso 31). Agronomic traits and seed yield of hemp were measured, as well as the composition and growth of weed flora and indices of crop and weed competition. The present complementary study confirmed the positive effect of fertilization on plant height and dry biomass of hemp, while no effect was recorded on yield and yield components. The density and biomass of nitrophilous weeds were enhanced by fertilization, negatively affecting hemp growth. Overall, the results demonstrated that the crop was ineffective at suppressing weeds during its early growth stages. Among the cultivars, Fedora 17 exhibited significantly higher competitive ability against weeds compared to Uso 31. Our findings also revealed that herbicide application reduced annual and perennial weed biomass by 38% and 13%, respectively, while causing a reduction in growth and yield of Uso 31 in seed. Hand-weeding was the most effective weed management practice over pre-emergence herbicide.

Μια βιομηχανική καλλιέργεια προσαρμοσμένη στα σύγχρονα συστήματα παραγωγής, είναι σημαντικό να παρουσιάζει υψηλό δυναμικό απόδοσης χρησιμοποιώντας αποτελεσματικά τους διαθέσιμους πόρους. Όσο υψηλότερη είναι η αποδοτικότητα χρήσης των πόρων μιας καλλιέργειας, τόσο μεγαλύτερη είναι η απόδοση της και τόσο μικρότερος είναι ο αντίκτυπος στο περιβάλλον. Το βιομηχανικό φυτό της κάνναβης (Cannabis sativa sp. sativa) παρότι έχει χαρακτηριστεί ως μια υψηλοαποδοτική καλλιέργεια, που απαιτεί χαμηλές εισροές, τα πειραματικά δεδομένα αποδεικνύουν τη θετική της απόκριση τόσο στο άζωτο, όσο και στο νερό. Δεδομένης της αυξανόμενης ζήτησης και του οικονομικού ενδιαφέροντος για την καλλιέργεια, δημιουργείται μια ανάγκη εντατικοποίησης της έρευνας γύρω από τις καλλιεργητικές πρακτικές. Βασικός στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν η μελέτη των βέλτιστων καλλιεργητικών πρακτικών, που θα εξασφαλίσουν τις υψηλότερες ποσοτικά και ποιοτικά πρώτες ύλες. Πιο συγκεκριμένα, αξιολογήθηκε η επίδραση των κυριότερων καλλιεργητικών πρακτικών σε ποικιλίες κάνναβης, εγγεγραμμένες στον Κοινοτικό Κατάλογο Ποικιλιών (THC≤0.3%) ακολουθώντας τις αρχές της βιολογικής γεωργίας. Για την εκπόνηση της μελέτης, πραγματοποιήθηκαν πειράματα αγρού στον βιολογικό αγρό του Εργαστηρίου Γεωργίας του Γεωπονικού Πανεπιστημίου Αθηνών για τις καλλιεργητικές χρονιές 2019, 2020 και 2021. Αξιολογήθηκαν τρία επίπεδα λίπανσης (Μ: μάρτυρας, 7Ν: 70 kg N, 40 kg P2O5, 70 kg K2O ανά εκτάριο, 14Ν: 140 kg N, 80 kg P2O5, 140 kg K2O ανά εκτάριο), τρεις επεμβάσεις άρδευσης (IRR100: πλήρης άρδευση, 1RR75: ήπια υδατική καταπόνηση, IRR50: έντονη υδατική καταπόνηση) σε πέντε ποικιλίες κάνναβης (Fedora 17, Ferimon, Futura 75, Santhica 27, Uso 31). Καταγράφηκαν αγρονομικά χαρακτηριστικά, δείκτες βλάστησης, καθώς και οι αποδόσεις των φυτών σε βιομάζα, σπόρο και κανναβινοειδή, ενώ υπολογίστηκαν οι δείκτες πυκνότητας σπόρου και αποτελεσματικότητας χρήσης νερού. Τα πειράματα αγρού έδειξαν ότι η προσθήκη της μέγιστης ποσότητας αζωτούχου λίπανσης (14Ν) και η πλήρης άρδευση (IRR100) συνέβαλλαν στον σχηματισμό φυτών με την μέγιστη ανάπτυξη, ευρωστία, απόδοση σε βιομάζα και σπόρο. Η θετική αυτή επίδραση καταγράφηκε και στους δείκτες αποτελεσματικότητας χρήσης νερού (WUE) και πυκνότητας σπόρου (SDI). Αναφορικά με την παραγωγή κανναβινοειδών, η μέγιστη ποσότητα προστιθέμενου λιπάσματος συνέβαλλε στην αύξηση της περιεκτικότητας των ταξιανθιών σε CBD, CBDA και CBD Total, ενώ η επίδραση της άρδευσης εμφάνισε παραλλακτικότητα μεταξύ των καλλιεργητικών χρόνων. Κατά την πρώτη καλλιεργητική χρονιά, η επίδραση της άρδευσης στην περιεκτικότητα σε κανναβινοειδή δεν ακολούθησε κάποια τάση, ενώ την δεύτερη η έντονη υδατική καταπόνηση αύξησε την περιεκτικότητά τους. Επιπλέον, τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης ανέδειξαν την ποικιλία Futura 75 ακολουθούμενη από την Fedora 17 ως τις καταλληλότερες για την παραγωγή βιομάζας σημειώνοντας και την υψηλότερη αποτελεσματικότητα χρήσης νερού. Μεγαλύτερες περιεκτικότητες των CBD, CBD Total και CBDA σημειώθηκαν στις ταξιανθίες των ποικιλιών Futura 75 και Ferimon. Οι Fedora 17 και Uso 31 ήταν οι πιο υψηλοαποδοτικές ως προς την παραγωγή σπόρου. Μεταξύ των μελετώμενων ποικιλιών, η γαλλική ποικιλία Fedora 17 συνδύασε ταυτόχρονα υψηλή απόδοση σε βιομάζα και σπόρο, γεγονός που την καθιστά κατάλληλη για καλλιέργεια διπλού σκοπού. Συνολικά, τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης καταδεικνύουν την σημαντικότητα των κατάλληλων καλλιεργητικών πρακτικών για την επίτευξη των μέγιστων αποδόσεων βιομάζας, σπόρου και κανναβινοειδών. Ταυτόχρονα ενθαρρύνουν την επιλογή της καλλιέργειας βιομηχανικής κάνναβης στην ελληνική πραγματικότητα και εμπλουτίζουν τα καλλιεργητικά δεδομένα για την καλλιέργεια στις χώρες της λεκάνης της Μεσογείου. Επιπλέον, δεδομένης της έντονης παρουσίας των ζιζανίων και της χαμηλής ανταγωνιστικής ικανότητας της καλλιέργειας κατά την πρώτη ανάπτυξή της, εγκαταστάθηκαν επιπρόσθετα πειράματα αγρού. Σκοπός ήταν η διερεύνηση της αναγκαιότητας διαχείρισης ζιζανίων στην καλλιέργεια της κάνναβης και η επίδραση της αζωτούχου λίπανσης στην ανάπτυξη, τις αποδόσεις της καλλιέργειας, αλλά και την ζιζανιοχλωρίδα της. Επιπρόσθετα, αξιολογήθηκε η επίδραση μηχανικής και χημικής πρακτικής διαχείρισης ζιζανίων στην κάνναβη. Εγκαταστάθηκαν πειράματα αγρού στις εγκαταστάσεις του Γεωπονικού Πανεπιστημίου Αθηνών κατά τις καλλιεργητικές χρονιές 2019 και 2020. Αξιολογήθηκαν τρεις επεμβάσεις διαχείρισης ζιζανίων (W: παρουσία ζιζανίων, WF: βοτάνισμα, HT: προφυτρωτικό ζιζανιοκτόνο) και τρεις επεμβάσεις λίπανσης (Μ: μάρτυρας, 7Ν: 70 kg N, 40 kg P2O5, 70 kg K2O ανά εκτάριο, 14Ν: 140 kg N, 80 kg P2O5, 140 kg K2O ανά εκτάριο) σε δύο ποικιλίες κάνναβης (Fedora 17, Uso 31). Μετρήθηκαν τα αγρονομικά χαρακτηριστικά και η απόδοση της κάνναβης σε σπόρο, όπως επίσης η σύνθεση και αύξηση της ζιζανιοχλωρίδας και οι δείκτες ανταγωνισμού καλλιέργειας και ζιζανίων. Η παρούσα συμπληρωματική μελέτη επιβεβαίωσε την θετική επίδραση της λίπανσης στο ύψος των φυτών και στην ξηρή βιομάζα της κάνναβης, ενώ δεν καταγράφηκε καμία επίδραση στα συστατικά της απόδοσης σε σπόρο. Επιπλέον, η πυκνότητα και η βιομάζα των αζωτόφιλων ζιζανίων ενισχύθηκαν από τη λίπανση επηρεάζοντας αρνητικά την ανάπτυξη της κάνναβης. Συνολικά, τα αποτελέσματα κατέδειξαν την ανεπάρκεια της καλλιέργειας να καταστείλει αποτελεσματικά τα ζιζάνια κατά τα πρώτα στάδια ανάπτυξης της. Μεταξύ των ποικιλιών, η Fedora 17 εμφάνισε σημαντικά υψηλότερη ανταγωνιστική ικανότητα έναντι των ζιζανίων σε σύγκριση με την Uso 31. Τα ευρήματά μας αποκάλυψαν επίσης ότι η εφαρμογή ζιζανιοκτόνου μείωσε τη βιομάζα των ετήσιων και πολυετών ζιζανίων κατά 38% και 13% αντίστοιχα, ενώ προκάλεσε μείωση της ανάπτυξης και της απόδοσης της Uso 31 σε σπόρο. Το βοτάνισμα αποτέλεσε την αποτελεσματικότερη πρακτική διαχείρισης ζιζανίων έναντι του προφυτρωτικού ζιζανιοκτόνου.