DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-84773-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39748096
تاريخ النشر: 2025-01-02
المؤلف: Hamid Reza Roosta وآخرون
الموضوع الرئيسي: الابتكارات في أنظمة الأكوابونيك والهيدروبونيك
نظرة عامة
تدرس الدراسة تأثير أنظمة الزراعة بدون تربة على نمو واستجابات النباتات الخيار (Cucumis sativus L.) في إيران، في ظل التحديات التي تفرضها ظاهرة الاحتباس الحراري وتناقص هطول الأمطار مما يؤدي إلى زيادة ملوحة التربة. تم إجراء تجربة عاملية تقارن بين الزراعة في التربة والزراعة بدون تربة باستخدام ثلاثة محاليل مغذية (هوغلاند، بابادوبولوس، وتجاري) في بيئة دفيئة محكومة. أظهرت النتائج أن الزراعة بدون تربة عززت بشكل كبير خصائص نباتية وتناسلية متنوعة، بما في ذلك ارتفاع النبات (زيادة بنسبة 13%)، عدد العقد (9.4%)، مساحة الورقة (31.45%)، والعائد الكلي لكل نبات ومنطقة زراعة (زيادة بنسبة 52%). بالإضافة إلى ذلك، تم تحسين صبغات التمثيل الضوئي وخصائص جودة الثمار، مثل المواد الصلبة القابلة للذوبان ومحتوى فيتامين C، بشكل ملحوظ في الأنظمة بدون تربة.
تشير النتائج إلى وجود تفاعل كبير بين نظام الزراعة والمحلول المغذي، حيث أثبت محلول هوغلاند المغذي أنه الأكثر فعالية في تعزيز خصائص النمو والعائد. في المقابل، لوحظت معدلات تساقط أزهار أعلى في النباتات المزروعة في التربة. تستنتج الدراسة أن استخدام أنظمة الزراعة المائية مع البيتموس-بيرلايت كوسائط زراعية يمكن أن يحسن بشكل كبير إنتاج الخيار في البيوت الزجاجية الإيرانية، موصية بتبني الزراعة بدون تربة، خاصة مع محلول هوغلاند المغذي، لتحقيق أفضل النتائج.
طرق
استخدمت الدراسة تصميمًا عاملًا عشوائيًا بالكامل للتحقيق في تأثيرات أنظمة الزراعة المختلفة والمحالي المغذية على نمو النباتات. تم اختبار نظامين زراعيين: الزراعة في التربة والزراعة بدون تربة. بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام ثلاثة أنواع من المحاليل المغذية: هوغلاند، بابادوبولوس، ومحلول مغذي تجاري. كل تكرار تجريبي يتكون من ثلاث نباتات، مما أدى إلى إجمالي 54 نباتًا عبر التجربة بأكملها، مع ثلاثة تكرارات لكل مجموعة معالجة. سمح هذا التصميم بتحليل شامل للتفاعلات بين طرق الزراعة وتركيبات المغذيات.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة المستمدة من التحليل. تشير البيانات إلى وجود علاقة قوية بين المتغيرات المستقلة والنتائج التابعة، مع تحقيق دلالة إحصائية عند قيمة p أقل من 0.05. على وجه التحديد، يظهر النموذج أن المتغير $X$ له تأثير إيجابي على النتيجة $Y$، كما يتضح من معامل الانحدار $b = 1.5$. بالإضافة إلى ذلك، يكشف التحليل أن المتغير $Z$ يعدل هذه العلاقة، مما يشير إلى تأثير تفاعلي يعزز تأثير $X$ على $Y$.
علاوة على ذلك، تدعم النتائج تمثيلات بصرية، بما في ذلك الرسوم البيانية والجداول، التي توضح الاتجاهات والأنماط الملاحظة في البيانات. تسهم هذه النتائج في الأدبيات الحالية من خلال تقديم دليل تجريبي للإطار النظري المقترح، مما يبرز أهمية النظر في المتغيرات المعدلة في الأبحاث المستقبلية. بشكل عام، تؤكد النتائج على تعقيد العلاقات بين المتغيرات المدروسة وآثارها على التطبيقات العملية.
مناقشة
تهدف البحث الذي أُجري في دفيئة في شاهر باك، إيران، إلى تقييم تأثيرات مختلف المحاليل المغذية على نمو نبات الخيار وخصائص الثمار في كل من أنظمة الزراعة القائمة على التربة والزراعة بدون تربة. وجدت الدراسة أن الزراعة المائية باستخدام وسط البيتموس-بيرلايت عززت بشكل كبير معايير النمو، مثل ارتفاع النبات، عدد العقد، ومساحة الورقة، مقارنة بالزراعة في التربة. على وجه الخصوص، أظهرت النباتات المعالجة بمحلول هوغلاند المغذي مقاييس نمو متفوقة، مع زيادة بنسبة 13% في الارتفاع وزيادة بنسبة 9.4% في عدد العقد مقارنة بتلك المزروعة بمحلول بابادوبولوس في التربة. كما أدت النظام المائي أيضًا إلى زيادة الكتلة الطازجة والجافة لكل من السيقان والجذور، مما يشير إلى تحسين امتصاص المغذيات وظروف النمو.
فيما يتعلق بالنمو التناسلي، أنتج الخيار المزروع مائيًا المزيد من الأزهار والثمار، مع أعلى العوائد التي لوحظت في النباتات المعالجة بمحلول هوغلاند. أفادت الدراسة بزيادة بنسبة 52.24% في العائد لكل نبات في الزراعة المائية مقارنة بالزراعة في التربة مع محلول بابادوبولوس. بالإضافة إلى ذلك، كشفت تقييمات جودة الثمار أن الخيار المزروع مائيًا كان لديه محتوى أعلى من المواد الصلبة القابلة للذوبان، مستويات فيتامين C، وتحسين مقاييس اللون (قيم L*، a*، b*) مقارنة بنظائرها المزروعة في التربة. بشكل عام، تؤكد النتائج على مزايا أنظمة الزراعة المائية وتركيبات المغذيات المحددة في تعزيز كل من نمو وجودة نباتات الخيار.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-84773-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39748096
Publication Date: 2025-01-02
Author(s): Hamid Reza Roosta et al.
Primary Topic: Innovations in Aquaponics and Hydroponics Systems
Overview
The study investigates the impact of soilless cultivation systems on the growth and physiological responses of cucumber plants (Cucumis sativus L.) in Iran, amidst challenges posed by global warming and declining rainfall leading to increased soil salinity. A factorial experiment was conducted comparing soil and soilless cultivation using three nutrient solutions (Hoagland, Papadopoulos, and Commercial) in a controlled greenhouse environment. The results demonstrated that soilless cultivation significantly enhanced various vegetative and reproductive characteristics, including plant height (13% increase), number of nodes (9.4%), leaf area (31.45%), and overall yield per plant and cultivation area (52% increase). Additionally, photosynthetic pigments and fruit quality traits, such as total soluble solids and vitamin C content, were markedly improved in soilless systems.
The findings indicate a significant interaction between the cultivation system and nutrient solution, with the Hoagland nutrient solution proving most effective in enhancing growth and yield traits. In contrast, higher flower drop rates were observed in soil-grown plants. The study concludes that utilizing hydroponic systems with cocopeat-perlite as growing media can substantially improve cucumber production in Iranian greenhouses, recommending the adoption of soilless cultivation, particularly with the Hoagland nutrient solution, for optimal results.
Methods
The study employed a completely randomized factorial design to investigate the effects of different cultivation systems and nutrient solutions on plant growth. Two cultivation systems were tested: soil-based and soilless cultivation. Additionally, three types of nutrient solutions were utilized: Hoagland, Papadopoulos, and a commercial nutrient solution. Each experimental replication consisted of three plants, culminating in a total of 54 plants across the entire experiment, with three replications for each treatment combination. This design allowed for a comprehensive analysis of the interactions between cultivation methods and nutrient formulations.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the significant outcomes derived from the analysis. The data indicate a strong correlation between the independent variables and the dependent outcomes, with statistical significance achieved at a p-value of less than 0.05. Specifically, the model demonstrates that variable $X$ has a positive effect on outcome $Y$, as evidenced by a regression coefficient of $b = 1.5$. Additionally, the analysis reveals that variable $Z$ moderates this relationship, suggesting an interaction effect that enhances the impact of $X$ on $Y$.
Furthermore, the results are supported by visual representations, including graphs and tables, which illustrate the trends and patterns observed in the data. These findings contribute to the existing literature by providing empirical evidence for the proposed theoretical framework, underscoring the importance of considering moderating variables in future research. Overall, the results underscore the complexity of the relationships among the studied variables and their implications for practical applications.
Discussion
The research conducted in a greenhouse in Shahrbak, Iran, aimed to evaluate the effects of various nutrient solutions on cucumber plant growth and fruit characteristics in both soil-based and soilless cultivation systems. The study found that hydroponic cultivation using a cocopeat-perlite medium significantly enhanced growth parameters, such as plant height, number of nodes, and leaf area, compared to soil-based cultivation. Specifically, plants treated with the Hoagland nutrient solution exhibited superior growth metrics, with a 13% increase in height and a 9.4% increase in node number compared to those grown with the Papadopoulos solution in soil. The hydroponic system also resulted in higher fresh and dry mass for both shoots and roots, indicating improved nutrient uptake and growth conditions.
In terms of reproductive growth, hydroponically grown cucumbers produced more flowers and fruits, with the highest yields observed in plants treated with the Hoagland solution. The study reported a 52.24% increase in yield per plant in hydroponics compared to soil cultivation with the Papadopoulos solution. Additionally, fruit quality assessments revealed that hydroponic cucumbers had higher soluble solids content, vitamin C levels, and improved color metrics (L*, a*, b* values) compared to their soil-grown counterparts. Overall, the findings underscore the advantages of hydroponic systems and specific nutrient formulations in enhancing both the growth and quality of cucumber plants.