Επίδραση της συνολικής ιοντικής συγκέντρωσης και της αναλογίας καλίου προς ασβέστιο στο θρεπτικό διάλυμα στην ανάπτυξη και παραγωγή σταμναγκαθιού σε σύστημα επίπλευσης και στη συγκέντρωση των θρεπτικών στοιχείων στους φυτικούς ιστούς

Abstract

Το σταμναγκάθι (Cichorium spinosum) είναι ένα πολυετές είδος, ιθαγενές περιοχών της Ελλάδας, Κύπρου, Μάλτας και Νοτιοανατολικής Τουρκίας. Το είδος αυτό αποτελεί ένα από τα τέσσερα είδη του γένους Cichorium που αυτοφύονται στην Ελλάδα και συνήθως συναντάται σε παραθαλάσσιες περιοχές. Το σταμναγκάθι είναι ένα λαχανευόμενο είδος που αποτελεί συστατικό της Μεσογειακής διατροφής. Αρκετές έρευνες έχουν αναδείξει το σταμναγκάθι ως εξαιρετική πηγή ασκορβικού οξέος, βιταμίνης Κ1, τοκοφερολών, ομέγα-3 και ομέγα-6 λιπαρών, φαινολικών οξέων, καροτενοειδών και στοιχείων όπως κάλιο, ασβέστιο, σίδηρο, ψευδάργυρο και μαγγάνιο. Η αναγνώριση του είδους αυτού ως λειτουργικό τρόφιμο έχει ωθήσει στην αύξηση της ζήτησης του από το καταναλωτικό κοινό, ιδιαίτερα σε πολλά μέρη της Ελλάδας, αλλά και ευρύτερα στη Μεσόγειο, σε χώρες όπως την Κύπρο, Μάλτα, Ιταλία, Τουρκία, και Λιβύη. Η αύξηση της ζήτησης του, σε συνδυασμό με την υψηλή του αξία στην αγορά ώθησε στη εμπορική του καλλιέργεια, με δυνατότητα περαιτέρω εκμετάλλευσης. Επομένως, είναι σημαντική η διερεύνηση μεθόδων καλλιέργειας που να επιτρέπουν την βελτίωση της απόδοσης της παραγωγής του σταμναγκαθιού. Στο πλαίσιο αυτό, η καλλιέργεια εκτός εδάφους σε υδροπονικό σύστημα επίπλευσης έχει σημειώσει ενθαρρυντικά αποτελέσματα σε αρκετά λαχανευόμενα είδη, συμπεριλαμβανομένου του σταμναγκαθιού. Στις καλλιέργειες εκτός εδάφους, η σύνθεση του θρεπτικού διαλύματος αποτελεί μια από τις σημαντικότερες παραμέτρους επιτυχίας τους. Ωστόσο, ελάχιστες μελέτες πραγματεύονται θέματα θρέψης του C. spinosum σε υδροπονικά συστήματα. Ο στόχος της παρούσας εργασίας είναι ο έλεγχος της επίδρασης της αναλογίας μακροκατιόντων, και συγκεκριμένα της αναλογίας μεταξύ καλίου και ασβεστίου, όπως και της συνολικής ιοντικής συγκέντρωσης του θρεπτικού διαλύματος στην ανάπτυξη και παραγωγή σταμναγκαθιού. Περαιτέρω, διερευνήθηκαν οι συγκεντρώσεις θρεπτικών στοιχείων και νιτρικών στους φυτικούς ιστούς του υπέργειου μέρους του φυτού, αφού αποτελούν ισχυρούς καθοριστικούς παράγοντες της διατροφικής ποιότητας και ασφάλειας φυλλωδών λαχανικών. Ως εκ τούτου, σχεδιάσθηκε πείραμα δύο παραγόντων, με τη παροχή θρεπτικού διαλύματος με διαφορετική ηλεκτρική αγωγιμότητα (2.4 και 3.6 dS m-1) μέσω της τροποποίησης των συγκεντρώσεων καλίου, ασβεστίου, μαγνησίου, θείου και αζώτου, σε συνδυασμό με διαφορετική αναλογία καλίου προς ασβέστιο (Κ:Ca, 50:40 και 40:50), σε φυτά σταμναγκαθιού τα οποία αναπτύχθηκαν σε υδροπονικό σύστημα επίπλευσης. Τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής υποδεικνύουν ότι η αλληλεπίδραση μεταξύ της ηλεκτρικής αγωγιμότητας και της αναλογίας καλίου προς ασβεστίου δεν είχαν στατιστικά σημαντική επίδραση στις υπό έλεγχο παραμέτρους ανάπτυξης (νωπό βάρος, ξηρό βάρος, αριθμός φύλλων, και φυλλική επιφάνεια). Όμοιο αποτέλεσμα παρατηρήθηκε κατά των έλεγχο των κύριων επιδράσεων. Επιπλέον, η αλληλεπίδραση των δύο εξεταζόμενων παραγόντων στη συγκέντρωση στην καλίου, ασβεστίου, μαγνησίου, φωσφόρου, σιδήρου, μαγγανίου, ψευδαργύρου, χαλκού, νατρίου, βορίου και ολικού αζώτου στο φυτικό ιστό του υπέργειου μέρους ήταν στατιστικά μη-σημαντική. Αξίζει να σημειωθεί ότι η υψηλότερη συγκέντρωση ασβεστίου παρατηρήθηκε στα φυτά που αναπτύχθηκαν σε θρεπτικό διάλυμα με αναλογία K:Ca 40:50. Επιπλέον, παρατηρήθηκε στατιστικά σημαντική διαφορά στη συγκέντρωση καλίου, με υψηλότερη συγκέντρωση στα φυτά που καλλιεργήθηκαν σε θρεπτικά διαλύματα υψηλής ηλεκτρικής αγωγιμότητας (3.6 dS m-1). Ιδιαιτέρως ενδιαφέρον είναι το γεγονός της αύξησης της συγκέντρωσης μαγγανίου και ψευδαργύρου, με την μείωση της EC του θρεπτικού διαλύματος, παρόλο που οι συγκεντρώσεις τους στα θρεπτικά διαλύματα ήταν όμοιες. Αυτό θα μπορούσε να συσχετιστεί με τη αλληλεπίδραση του μαγγανίου με το ασβέστιο και το μαγνήσιο και την ανταγωνιστική αλληλεπίδραση μεταξύ ασβεστίου και ψευδαργύρου. Τέλος, παρατηρήθηκε επίδραση του παράγοντα EC στη συγκέντρωση νιτρικών, με αυτή να είναι σημαντικά υψηλότερη σε φύλλα φυτών που αναπτύχθηκαν σε θρεπτικά διαλύματα με υψηλή EC (3.6 dS m-1), πιθανώς λόγω του υψηλότερου ολικού N στις επεμβάσεις αυτές. Συμπερασματικά, σύμφωνα με τα προαναφερθέντα ευρήματα δεν παρατηρούνται σημαντικές διαφορές στις παραμέτρους ανάπτυξης του C. spinosum, υποδηλώνοντας ότι η χρήση θρεπτικών διαλυμάτων με πλεονάζουσα συγκέντρωση καλίου, ασβεστίου, μαγνησίου και αζώτου, ή και διαφορετική αναλογία K:Ca δεν επηρεάζει την απόδοση των φυτών σταμναγκαθιού. Επιπλέον, όσον αφορά τις συγκεντρώσεις στοιχείων στους φυτικούς ιστούς, οι μόνες σημαντικές διαφορές παρατηρήθηκαν σε φυτά που αναπτύχθηκαν σε θρεπτικά διαλύματα με διαφορετική αναλογία K:Ca, στις συγκεντρώσεις ασβεστίου στους ιστούς, και με διαφορετικές ιοντικές συγκεντρώσεις, στις συγκεντρώσεις μαγγανίου και ψευδαργύρου. Τέλος, ιδιαιτέρως ενδιαφέρουσα είναι η συσχέτιση της συγκέντρωση ολικού Ν με τη συγκέντρωση νιτρικών στα φύλλα του σταμναγκαθιού. Τα αποτελέσματα αποδεικνύουν ότι το σταμναγκάθι αποτελεί ένα ευπροσάρμοστο φυτικό είδος, το οποίο μπορεί να καλλιεργηθεί επιτυχώς σε υδροπονικό σύστημα επίπλευσης, σε ένα εύρος τιμών ηλεκτρικής αγωγιμότητας (2.4 και 3.6 dS m-1) και σε οποιαδήποτε από τις δύο υπό έλεγχο αναλογίες καλίου προς ασβέστιο (K:Ca), χωρίς όμως να υπονομεύεται η ποιότητα και η απόδοση του σταμναγκαθιού. Έτσι, η εφαρμογή οποιουδήποτε θρεπτικού διαλύματος γίνεται με γνώμονα το διαθέσιμο αρδευτικό νερό, το κόστος των λιπασμάτων, όπως και τον οικότυπο σταμναγκαθιού.

Spiny chicory (Cichorium spinosum), or more widely known as stamnagkathi in Grecce, is a perennial species, native to regions of Greece, Cyprus, Malta and Southeastern Turkey. In Greece it is one of the four species of the genus Cichorium that grow naturally in Greece and is usually found in coastal areas. Stamnagathi is a leafy vegetable, that is a component of the Mediterranean diet. Several studies have shown that stamnagathi is an excellent source of ascorbic acid, vitamin K1, tocopherols, omega-3 and omega-6 fatty acids, phenolic acids, carotenoids and elements such as potassium, calcium, iron, zinc. The recognition of this species as a functional food has led to an increase of its demand, especially in many parts of Greece, but also more widely in the Mediterranean basin, in countries such as Cyprus, Malta, Italy, Turkey, and Libya. The increased demand, combined with its high market value has pushed for its commercial cultivation, with the possibility of further exploitation. Therefore, it is important to investigate cultivation methods that can improve the production efficiency, yield and quality. In this context, Soil-less culture, or hydroponics, and especially the use of techniques such as the floating system has had encouraging results in the commercial cultivation of several wild species, including stamnagkathi. In soil-less culture, the composition of the nutrient solution is one of the most important parameters, directly influencing their efficiency and success. However, few studies address the nutrition of C. spinosum in hydroponic systems. The aim of this work is to assess the effect of the ratio of macrocations, and, particularly, the ratio between potassium and calcium, as well as the total ionic concentration of the nutrient solution, in the growth and production of stamnagkathi. Furthermore, the concentrations of nutrients and nitrates in the plant tissues of the leaves of the plant were investigated, as they are strong determinants of nutritional quality and safety of leafy vegetables. Therefore, a two-factor experiment was designed, by providing a nutrient solution with different electrical conductivity levels (2.4 and 3.6 dS m-1) by modifying the concentrations of potassium, calcium, magnesium, sulphur, and nitrogen, in combination with different ratio of potassium to calcium (K: Ca, 50:40 and 40: 50), in stamnagkathi plants grown in a hydroponic flotation system. The results of the present dissertation indicate that the interaction between electrical conductivity and the potassium to calcium ratio did not have a statistically significant effect on the controlled growth parameters (fresh weight, dry weight, number of leaves, and leaf area). The effect was observed when monitoring the main effects. In addition, the interaction of the two effects at the concentration of potassium, calcium, magnesium, phosphorus, iron, manganese, zinc, copper, sodium, boron and total nitrogen in the aboveground plant tissue was statistically insignificant. It is worth noting that the highest concentration of calcium was observed in plants grown in nutrient solution with a ratio of K: Ca 40:50, and a statistically significant difference was observed in potassium concentration was observed, with the highest concentration being in plants grown in high EC (3.6 dS m-1). Of particular interest is the fact that the concentration of manganese and zinc increased, with the decrease of the EC of the nutrient solution, although their concentrations in the nutrient solutions were similar. This could be attributed to the synergistic interaction of potassium and calcium with manganese and the competitive interaction between calcium and zinc. Finally, an effect of EC on nitrate concentration was observed, with it being significantly higher in plant leaves grown in nutrient solutions with high EC (3.6 dS m-1), probably due to the higher total N in these interventions. In conclusion, according to the abovementioned findings, no significant differences are observed in the growth parameters of C. spinosum, indicating that the use of nutrient solutions with excess concentration of potassium, calcium, magnesium and nitrogen, or a different ratio of K: Ca does not affect the yield of stamnagkathi plants. Additionally, and regarding the concentrations of elements in plant tissues, the only significant differences were observed in plants grown in nutrient solutions with different K: Ca ratio, in tissue calcium concentrations, and with different ionic concentrations, in manganese and zinc concentrations. Finally, of particular interest is the correlation between the concentration of total N and the concentration of nitrates in the leaves of the stamnagkathi. The results show that stamnagathi is a versatile plant that can be successfully grown in a floating hydroponics system, using a nutrient solution with an EC value ranging 2.4 and 3.6 dS m-1 and in either of the two potassium to calcium ratios (K: Ca, 50:40 and 40:50), without compromising quality and yield. Thus, the application of the nutrient solution is based on the quality of the irrigation water, the cost of fertilizers, as well as the ecotype of stamnagkathi.