بررسی تأثیر بقایای گیاهی ماش، همزیستی قارچ میکوریز آربوسکولار و باکتری بیوفسفر بر عملکرد و ترکیب اسانس گیاه دارویی نعناع (Mentha spicata L)
محورهای موضوعی : فناوری های تولید پایدارعین اله حسامی 1 * , محسن جهان 2
1 - گروه علمی اگروتکنولوژی، واحد شوشتر، دانشگاه آزاد اسلامی، شوشتر، ایران
2 - گروه زراعت، دانشکده کشاورزی،دانشگاه فردوسی مشهد، ایران
کلید واژه: کشاورزی پایدار, منتون, کود زیستی, میکروارگانیسم مفید, ترکیب اسانس,
چکیده مقاله :
هدف: بقایای گیاهی به‌عنوان منابع ماده آلی، با بهبود ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی و زیستی خاک، متابولیسم گیاه را پشتیبانی می‌کنند. بنابراین، استفاده از کودهای آلی و زیستی در کشت نعناع (Mentha spp.) می‌تواند موجب بهبود عملکرد و کیفیت این گیاه شد. این پژوهش با هدف بررسی تأثیر این نهاده‌ها بر رشد و عملکرد نعناع به‌عنوان گامی در جهت کشت پایدار انجام شد.
مواد و روش ها: این تحقیق با هدف بررسی تأثیر تیمارهای مختلف آلی و زیستی شامل بقایای ماش، قارچ میکوریزای آربوسکولار، بیوفسفر بر برخی صفات کمی و کیفی نعناع در فصل زراعی 1403 در مرکز تحقیقات گیاهان گرمسیری و نیمه‌گرمسیری دانشکده کشاورزی شوشتر انجام شد. آزمایش به‌صورت اسپیلت پلات در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با ۱۲ تیمار و سه تکرار اجرا شد. فاکتور اول شامل بقایای گیاهی در سه سطح: بدون بقایا (شاهد)، 5 / 3 تن در هکتار، و 5 / 4 تن در هکتار بقایای گیاهی ماش بود. فاکتور دوم شامل چهار سطح عدم مصرف، مصرف قارچ میکوریز آربوسکولار، بیوفسفر، و مصرف توأم میکوریزا و بیوفسفر بود. نمونه‌برداری خاک از عمق صفر تا ۳۰ سانتی‌متر قبل از اعمال تیمارها جهت تجزیه فیزیکی و شیمیایی انجام شد. کشت در اوایل بهار در کرت‌هایی به ابعاد ۳ × ۶ متر انجام گرفت .
یافته ها: در این مطالعه تأثیر بقایای گیاهی، قارچ میکوریزای آربوسکولار و زیست‌کود بیوفسفر بر رشد گیاه، تولید بیوماس، محتوای کلروفیل، عملکرد اسانس و غلظت منتون بررسی شد. تجزیه واریانس نشان داد که اثرات اصلی و متقابل تیمارها بر ارتفاع بوته، وزن خشک و محتوای کلروفیل برگ از نظر آماری معنی‌دار نبود. با این حال، تیمار ترکیبی 5 / 3 تن در هکتار بقایای ماش به‌همراه میکوریزا و بدون بیوفسفر بیشترین ارتفاع بوته (۵۵ سانتی‌متر) و وزن خشک (۵۷۱۰ کیلوگرم در هکتار) را تولید کرد. همچنین، بالاترین عملکرد اسانس (۸۰۱۲ گرم در هکتار) در همین تیمار ثبت شد که نسبت به شاهد ۴۲ درصد افزایش داشت. در مقابل، کمترین مقادیر این صفات عمدتاً در تیمارهایی با ۴.۵ تن در هکتار بقایا و بیوفسفر بدون میکوریزا مشاهده شد. استفاده از بیوفسفر اثر معنی‌داری بر غلظت منتون داشت، به‌طوری‌که کاربرد آن، غلظت منتون را از ۱۳۴۵ به ۸۲۲ گرم در هکتار کاهش داد.
نتیجه گیری: بر اساس نتایج این تحقیق، هرچند بسیاری از اثرات تیماری از نظر آماری معنی‌دار نبودند، اما روندهای مشاهده‌شده از نظر زیستی قابل توجه بودند. استفاده از بقایای گیاهی و میکروارگانیسم‌های مفیدی مانند بیوسولفور و قارچ‌های میکوریزای آربوسکولار، موجب بهبود نسبی صفات فیزیولوژیکی نظیر ارتفاع بوته و محتوای کلروفیل شد. این یافته‌ها نشان می‌دهد که کاربرد هوشمندانه نهاده‌های آلی و زیستی می‌تواند عملکرد کمی و کیفی گیاهان دارویی را به‌ویژه در شرایط اقلیمی گرم و خاک‌های کم‌بازده استان خوزستان بهینه سازد.
واژههاي کليدي: میکروارگانیسم‌های مفید، کود زیستی، ترکیب اسانس، کشاورزی پایدار
Objective: Plant residues, as organic matter sources, contribute to improving soil physical, chemical, and biological properties, thereby supporting plant metabolism. In medicinal plant production, avoiding chemical residues is crucial for preserving active compounds. Therefore, the use of organic and biofertilizers in mint (Mentha spp.) cultivation can improve yield and quality while reducing environmental risks. This study aims to evaluate their effects on the growth and performance of mint as a step toward sustainable cultivation.
Material and methods: This study was conducted to investigate the effects of different organic and biofertilizer treatments—including mung bean residues, arbuscular mycorrhizal fungi, and biosphere containing beneficial bacteria—on some quantitative and qualitative traits of spearmint (Mentha spicata L.) during the 2023–2024 cropping season at the Tropical and Subtropical Plants Research Center, Faculty of Agriculture, Shoushtar. The experiment was arranged as a split-plot based on a randomized complete block design with 12 treatments and three replications. The first factor was plant residues at three levels: no residue (control), 3.5 tons/ha, and 4.5 tons/ha of mung bean residue. The second factor included four levels of biofertilizer application: none, mycorrhiza, biosphere, and combined application. Soil samples were taken from 0–30 cm depth prior to the treatments for physical and chemical analysis. Planting was done in early spring in plots of 3 × 6 meters, and aerial parts were harvested at physiological maturity.
Results: This study investigated the effects of plant residues, arbuscular mycorrhizal fungi (AMF), and bio-phosphate (biofertilizer) on plant growth, biomass production, chlorophyll content, essential oil yield, and menthon concentration. Analysis of variance showed that none of the main or interaction effects significantly influenced plant height, shoot dry weight, or leaf chlorophyll content. Nevertheless, treatments with 3.5 t/ha of plant residues combined with AMF and without bio phosphate produced the highest plant height (55 cm) and shoot dry weight (5710 kg/ha). Similarly, the highest essential oil yield (8012 g/ha) was recorded under the same treatment, representing a 42% increase compared to the control. In contrast, the lowest values for these traits were generally associated with treatments involving 4.5 t/ha of residues and bio phosphate without AMF. Bio phosphate had a significant effect on menthon content, where its application reduced menthon concentration from 1345 to 822 g/ha. Although not always statistically significant, differences in chlorophyll and growth traits suggest biologically meaningful trends.
Conclusion: Based on the results, although many treatment effects were not statistically significant, the observed trends were biologically meaningful. The use of plant residues and beneficial microorganisms such as Bio sulfur and arbuscular mycorrhizal fungi relatively improved physiological traits like plant height and chlorophyll content. Notably, Bio sulfur contributed to reducing a monotonous compound composition, thereby enhancing the essential oil quality. These findings suggest that the smart application of organic and biological inputs can optimize the quantitative and qualitative performance of medicinal plants, especially under the warm climate and low-fertility soils of Khuzestan
References
Adesemoye, A. O., Torbert, H. A., & Kloepper, J. W. (2009). Plant growth-promoting rhizobacteria allow reduced application rates of chemical fertilizers. Microbial Ecology, 58(4), 921–929. https://doi.org/10.1007/s00248-009-9531-y
Aira, M., Monroy, F., Domínguez, J., & Mato, S. (2005). How earthworm density affects microbial biomass and activity in pig manure. European Journal of Soil Biology, 41(1–2), 9–13. https://doi.org/10.1016/j.ejsobi.2005.03.001
Amirabadi, H., Ghorbani, R., & Sepehri, M. (2020). Symbiotic effects of mycorrhiza on medicinal plants: A case study on basil. Plant Nutrition and Microbiology, 12(3), 141–150.
Arancon, N. Q., Edwards, C. A., Bierman, P., Welch, C., & Metzger, J. D. (2006). Influences of vermicomposts on field strawberries: 1. Effects on growth and yields. Bioresource Technology, 97(6), 831–840. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2005.04.014
Ardakani, M. R., Malakouti, M. J., & Khavazi, K. (2021). Biological fertilization and plant-microbe interactions: An approach for sustainable agriculture. Journal of Sustainable Agriculture, 29(4), 210–225.
Atiyeh, R. M., Edwards, C. A., Subler, S., & Metzger, J. D. (2000). Earthworm-processed organic wastes as components of horticultural potting media for growing marigold and vegetable seedlings. Compost Science & Utilization, 8(3), 215–223. https://doi.org/10.1080/1065657X.2000.10701778
Azcon-Aguilar, C., & Barea, J. M. (1997). Arbuscular mycorrhizas and biological control of soil-borne plant pathogens – An overview of the mechanisms involved. Mycorrhiza, 6, 457–464. https://doi.org/10.1007/s005720050141
Azizi, M., Amiri, M., & Zanganeh, H. (2019). Effects of organic amendments on leaf chlorophyll and yield performance of medicinal plants. Journal of Plant Nutrition, 42(15), 1780–1792.
Bhardwaj, D., Ansari, M. W., Sahoo, R. K., & Tuteja, N. (2014). Biofertilizers function as key player in sustainable agriculture by improving soil fertility, plant tolerance and crop productivity. Microbial Cell Factories, 13(1), 66. https://doi.org/10.1186/1475-2859-13-66
Canellas, L. P., Olivares, F. L., Aguiar, N. O., Jones, D. L., Nebbioso, A., Mazzei, P., & Piccolo, A. (2015). Humic and fulvic acids as biostimulants in horticulture. Scientia Horticulturae, 196, 15–27. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2015.09.013
Chizzola, R., Hochsteiner, W., Hajek, S., & Hackl, G. (2018). Composition of essential oils of peppermint and spearmint and antimicrobial activity against selected pathogens. Journal of Essential Oil Research, 30(2), 110–116.
https://doi.org/10.1080/10412905.2017.1361120 Clevenger, J. F. (1928). Apparatus for the determination of volatile oil. Journal of the American Pharmaceutical Association, 17(4), 345–349.
Edwards, C. A., & Arancon, N. Q. (2004). Interactions among organic matter, earthworms, and microorganisms in promoting plant growth. In Earthworm Ecology (2nd ed.). CRC Press.
Gianinazzi, S., Gollotte, A., Binet, M. N., van Tuinen, D., Redecker, D., & Wipf, D. (2010). Agroecology: The key role of arbuscular mycorrhizas in ecosystem services. Mycorrhiza, 20, 519–530. https://doi.org/10.1007/s00572-010-0333-3
Gupta, M. L., Prasad, A., Ram, M., & Kumar, S. (2002). Effect of the vesicular-arbuscular mycorrhizal (VAM) fungus Glomus fasciculatum on the essential oil yield related characters and nutrient acquisition in the crops of different cultivars of menthol mint (Mentha arvensis) under field conditions. Bioresource Technology, 85(3), 267–271.
Hasani, M., Baghbani, F., & Pouryousef, M. (2019). Effects of compost application on chlorophyll content and growth parameters of basil (Ocimum basilicum). Iranian Journal of Medicinal and Aromatic Plants, 35(2), 210–219.
Hasani, M., Rejali, F., & Fallahi, J. (2019). Effect of mycorrhiza on nutrient uptake and growth of basil under water deficit. Iranian Journal of Soil Research, 33(1), 55–65.
Hussain, A. I., Anwar, F., Nigam, P. S., Ashraf, M., & Gilani, A. H. (2010). Seasonal variation in content, chemical composition and antimicrobial and cytotoxic activities of essential oils from four Mentha species. Journal of the Science of Food and Agriculture, 90(11), 1827–1836. https://doi.org/10.1002/jsfa.4034
Ilic, Z., Milenković, L., Tmušić, N., Stanojević, Lj., & Cvetković, D. (2022). Essential oil content, composition and antioxidant activity of lemon balm, mint and sweet basil from Serbia. LWT - Food Science and Technology, 154, 112795.
Kabta, M., Sharma, A., & Singh, D. (2018). Effect of arbuscular mycorrhizal fungi on biomass production in basil (Ocimum basilicum L.). Journal of Applied Microbial Research, 15(2), 88–94.
Kapta, R., Sharma, A., & Choudhary, D. K. (2012). Effect of VAM fungi on essential oil content in Mentha arvensis. Journal of Medicinal Plants Research, 6(18), 3489–3494.
Kasrati, A., Alaoui Jamali, C., Spooner-Hart, R., Legendre, L., Leach, D., & Abbad, A. (2017). Chemical characterization and biological activities of essential oil obtained from mint Timija cultivated under mineral and biological fertilizers. Journal of Analytical Methods in Chemistry, 2017, 6354532.
Khalid, A., Asghar, H. N., Akhtar, M. J., & Zahir, Z. A. (2020). Biofertilizers: a green technology to improve productivity of medicinal plants. Plant and Soil, 451, 1–23. https://doi.org/10.1007/s11104-019-04349-3
Mahmoudi, A., Rahimi, M., & Naderi, A. (2024). Influence of mung bean residues on chlorophyll content and growth indices of subsequent crops in crop rotation systems. Plant and Soil Science Journal, 48(3), 133–142.
Norinia, M., Karimi, B., & Soleimani, R. (2022). Effects of soybean residues and organic fertilizers on growth and physiological traits of medicinal plants. Journal of Agroecology, 14(1), 89–101.
Ribeiro Bizzo, H., Santos, V. C., Pinto, M. A. S., & Deschamps, C. (2012). Essential oil content (%) and essential oil yield (L/ha) of mint genotypes at two harvests time.
Sharma, S. B., Sayyed, R. Z., Trivedi, M. H., & Gobi, T. A. (2019). Phosphate solubilizing microbes: sustainable approach for managing phosphorus deficiency in agricultural soils. Springer Nature.
Smith, S. E., & Read, D. J. (2008). Mycorrhizal Symbiosis (3rd ed.). Academic Press.
Steel, R. G. D., Torrie, J. H., & Dickey, D. A. (1997). Principles and Procedures of Statistics: A Biometrical Approach. 3rd Edition, McGraw-Hill.
Vessey, J. K. (2003). Plant growth promoting rhizobacteria as biofertilizers. Plant and Soil, 255(2), 571–586. https://doi.org/10.1023/A:1026037216893
Zheljazkov, V. D., & Jeliazkova, E. A. (1996). Effect of nitrogen fertilization on peppermint and Scotch spearmint. HortScience, 31(5), 789–792.