Teilweiser Ersatz chemischer NPK-Düngemittel und deren Auswirkungen auf die Produktivität und Fruchtqualität von Eureka-Zitronenbäumen (Citrus limon L. Burm).

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 10506 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Das Hauptziel dieser Studie besteht darin, die Produktivität, die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Früchte und die Fruchtqualität von Eureka-Zitronenbäumen zu verbessern und gleichzeitig die Produktionskosten zu senken, indem die Verwendung verschiedener alternativer NPK-Quellen (langsam freisetzende und biologische) untersucht wird, um den Einsatz von zu reduzieren chemische NPK-Düngemittel. Es wurden zehn Behandlungen mit NPK-Düngemitteln durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die höchsten Ertragswerte (111,0 und 114,0 kg/Baum) mit 100 % chemischem NPK (Kontrolle) sowohl für die erste als auch für die zweite Saison gefunden wurden. Das Gewicht der Zitronenfrüchte lag bei allen untersuchten Behandlungen in der ersten und zweiten Saison zwischen 131,3 und 152,4 bzw. zwischen 131,4 und 153,5 g. Die höchsten Werte für Fruchtlänge und Fruchtdurchmesser wurden bei 100 % chemischem NPK (Kontrolle) für beide Saisons gefunden. Die höchsten Werte der Saftqualitätsparameter (TSS, Saftsäure, TSS/Säure-Verhältnis und Vitamin-C-Konzentration) reagierten positiv auf höhere chemische NPK-Behandlungsraten. Die höchsten Werte für TSS, Saftsäure, TSS/Säure-Verhältnis und Vitamin-C-Konzentration betrugen 9,45 %, 6,25 %, 1,524 bzw. 4,27 mg/100 g und wurden bei 100 % chemischem NPK (Kontrolle) für beide beiden Jahreszeiten gefunden. Mittlerweile wurde der niedrigste Wert des Gesamtzuckers bei 100 % chemischem NPK (Kontrolle) für beide beiden Saisons gefunden.

Eureka-Zitrone gilt als beliebte Zitronensorte und zeichnet sich durch gelbe Früchte und grüngelbes Fruchtfleisch aus. Es reagiert empfindlich auf niedrige Temperaturen. Ihr Baum erreicht eine Höhe von 20 Fuß. Ihre Früchte haben eine ovale Form und verfärben sich bei der Reifung grün bis gelb. Es enthält sauren Saft in seinem Fruchtfleisch, das in 8–10 Segmente unterteilt ist. Ihre Früchte enthalten: Schale (Exokarp), eine dicke Außenschale, Albedo (Mesokarp), einen schwammigen Teil, der reich an Pektin ist. Endo-Karpfen enthalten den Saft und enthalten organische Säure und Zucker mit Wasser und säuerlichem Geschmack. Einige Früchte haben kleine ovale weiße oder gelblich-weiße Samen1. Zitrone (Citrus limon L.) ist nach Orange und Mandarine die drittgrößte angebaute Zitrusart2,3. Es gehört zur Familie der Rutaceae4. Die gesamte Zitronenanbaufläche in der Stadt Najran beträgt etwa 9.000 Dunum und produziert etwa 20.599 Tonnen Früchte pro Jahr, mit einem Durchschnitt von etwa 2,29 Tonnen Früchten pro Dunum. Die Gesamtproduktion von Zitronenfrüchten im Land Saudi-Arabien beläuft sich laut3 auf etwa 51.000 Tonnen Früchte pro Jahr.

Die Früchte enthalten natürliche Aromen und Konservierungsstoffe, die verschiedenen Lebensmitteln sowie Salaten, Soßen und Backwaren zugesetzt werden. Zitronensaft wird als Erfrischungsgetränk und als Zusatz zu Nahrungsmitteln verwendet, um einen sauren Geschmack zu verleihen5. Zitronensaft ist eine wichtige Quelle für Vitamin C, das gut für die Immunität des menschlichen Körpers ist. Außerdem ist es reich an Flavonoiden, Antioxidantien, die bei der Entfernung freier Radikale hilfreich sind, die die Gewebezellen im Körper schädigen. Der Verzehr von Lebensmitteln, die Flavonoide enthalten, schützt vor Krebs und Herz-Kreislauf-Erkrankungen6.

Stickstoff (N) ist als Mineraldünger für Zitrusfrüchte sehr wichtig und beeinflusst das Wachstum, den Ertrag und die Qualität der Früchte. Kalium ist bei physiologischen Funktionen wie der Translokation von Zuckern, der Proteinsynthese sowie der Zellteilung und dem Zellwachstum wirksam. Es ist sehr nützlich für das Fruchtwachstum und verbessert die Größe, den Geschmack und die Farbe der Früchte. Phosphor wird für die Photosynthese, Synthese und den Kohlenhydratabbau sowie die Energieübertragung innerhalb der Pflanze benötigt. Heutzutage sind chemische Düngemittel für die Ernährung von Obstkulturen wichtig, aber ihre übermäßige Verwendung hat negative Auswirkungen auf Boden, Wasser und Atmosphäre, was wiederum die Gesundheit von Tier und Mensch beeinträchtigt. Es hatte auch Auswirkungen auf die Bodenfruchtbarkeit, die Wasserqualität, den Ertrag und die Produktqualität7,8,9.

Daher wurden für eine nachhaltige Produktion organischer Dünger und Biodünger eingesetzt, die die physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften des Bodens verbessern. Viele Forscher untersuchten die bedeutende Rolle von organischen Düngemitteln und Biodüngern bei der Verbesserung der Boden- und Pflanzeneigenschaften für Nutzpflanzen wie Süßorangen10,11; auf Zitrone12,13,14.

Bodenmikroben sind für verschiedene Ökosystemprozesse wie den Nährstoffkreislauf und die Zersetzung organischer Stoffe sowie für die Verbesserung der Pflanzengesundheit und des Pflanzenwachstums notwendig15,16,17,18,19.

Vor diesem Hintergrund bestand das Ziel dieser Studie darin, die Möglichkeit zu prüfen, die hohen Kosten chemischer Düngemittel (NPK), die sich direkt auf die menschliche Gesundheit auswirken, durch den Einsatz kostengünstigerer, aber auch umweltfreundlicher Alternativen wie (chemische) zu senken , langsame Freisetzung und Bio) und ihre Wirkung auf die Produktivität und Fruchtqualität von Eureka-Zitronenbäumen (Citrus limon L. Burm).

Die vorliegende Untersuchung wurde während der beiden aufeinanderfolgenden Saisons 2021 und 2022 in einem privaten Obstgarten in der Region Nagran, Saudi-Arabien (Breitengrad 17° 36′ N und 44° 26′ E) an 21 Jahre alten Eureka-Zitronenbäumen durchgeführt. Dreißig gesunde, fruchtbare Eureka-Zitronenbäume mit Knospen auf saurem Orangenwurzelstock (Citrus aurantium L.) wurden sorgfältig ausgewählt und für die Durchführung dieser Studie eingesetzt. Die ausgewählten Bäume waren in ihrer Wuchskraft so einheitlich wie möglich, frei von Krankheiten, wuchsen auf tonigem Lehmboden und wurden im Abstand von 4 × 5 m (210 Bäume/Feddan) unter einem Tropfbewässerungssystem gepflanzt. Zitrusfrüchte wurden mit Genehmigung der Vorschriften der Nagran-Universität gesammelt. Pflanzenmaterialien entsprechen den örtlichen und nationalen Vorschriften. Die Durchschnittstemperatur beträgt 24,6 ± 5,3 °C und die relative Luftfeuchtigkeit 73,2 ± 6,7 %.

Die Bodentextur in diesem Versuch war ton-lehmig strukturiert. Darüber hinaus ist die mechanische und chemische Analyse des Versuchsbodens in Tabelle 1 dargestellt. Die Ergebnisse der Boden- und Hofdüngeranalyse gemäß20 sind in Tabelle 1 aufgeführt. Alle ausgewählten Bäume erhielten die empfohlenen landwirtschaftlichen Praktiken mit Ausnahme der Düngung. Dreißig Bäume wurden in einem randomisierten vollständigen Blockdesign angeordnet, wobei jede Behandlung dreimal wiederholt wurde, mit drei Bäumen pro Wiederholung.

Dementsprechend waren die untersuchten NPK-Quellen und Biodünger im Boden folgende Düngebehandlungen:

Ohne Bio-NPK

Mit-Bio NPK

T1: Kontrolle (100 % chemisches NPK)

T6: Kontrolle (100 % chemisches NPK)

T2: 75 % chemisches NPK + 25 % natürliche Quellen

T7: 75 % chemisches NPK + 25 % natürliche Quellen

T3: 50 % chemisches NPK + 50 % natürliche Quellen

T8: 50 % chemisches NPK + 50 % natürliche Quellen

T4: 25 % chemisches NPK + 75 % natürliche Quellen

T9: 25 % chemisches NPK + 75 % natürliche Quellen

T5: 100 % natürliche Quellen

T10: 100 % natürliche Quellen

Menge und Anwendungsmethode chemischer NPK-Düngemittel.

In dieser Studie wurden vier Konzentrationen chemischer Düngemittel (NPK) eingesetzt. Die erste Rate betrug 100 % NPK (jeweils 1000:250:500 g/Baum/Jahr) und wurde als 4,85 kg/Baum Ammoniumsulfat (20,6 % N), 1,60 kg/Baum Superphosphat (15,5 % P2O5) und 1,00 kg/Baum angewendet kg/Baum Kaliumsulfat (48 % K2O). Die zweite Rate betrug 75 % NPK (750, 187,5 bzw. 375 g pro Baum). Die dritte Rate betrug 50 % NPK (jeweils 500, 125 und 250 g pro Baum). Die vierte Rate betrug 25 % NPK (250, 62,5 bzw. 1255 g pro Baum). Stickstoffdünger wurde in drei Dosen zugegeben: im März, am 1. Juni und Ende August. Kalium hingegen wurde in zwei Gaben ausgebracht, am ersten März und Ende August mit Stickstoffdüngung.

Menge und Anwendungsmethode der natürlichen alternativen NPK-Düngungsmischung (organisches N und NPK-Rohmineral-Gesteinsmaterialien).

Andere untersuchte alternative NPK-Düngemittelquellen waren jedoch: 1 – granulierter organischer N-Dünger mit 18–20 % tatsächlichem N, 2 – zwei natürliche steinige Rohmaterialien, erstens als P-Dünger mit 18–20 % tatsächlichem P2O5* und zweitens als K-Dünger von 10–12 % tatsächlichem K2O. Wurden in vier Raten verwendet (die erste Rate betrug 100 % der alternativen NPK (jeweils 10:1,250:4,17 kg/Baum/Jahr). Die zweite Rate betrug 75 % der alternativen NPK (jeweils 7,5, 0,937 und 3,13 g pro Baum). ). Die dritte Rate betrug 50 % der alternativen NPK (5, 0,625 bzw. 2,08 kg pro Baum). Die vierte Rate betrug 25 % der alternativen NPK (2,5, 0,312 bzw. 1,04 kg pro Baum). Wurden im Boden ausgebracht (15 cm Tiefe) in einer Gabe Anfang Dezember.

Menge und Anwendungsmethode von bioorganischen Düngemitteln:

In dieser Studie wurde eine Mischung aus drei Arten von Biodüngern (jeweils gleiche Mengen) untersucht. Diese Typen sind nämlich:

Phosphor: ein handelsüblicher Phosphor-Biodünger, der einige aktive Pilzstämme (Arbuskalare Mykorrhiza) enthält.

Nitrobein: Ein handelsüblicher Stickstoff-Biodünger enthält spezielle Bakterien (Azotobacter choroccocum).

Kalium: Ein handelsüblicher Kalium-Biodünger enthält spezielle Bakterien (Bacillus pasteurii).

Jeder der drei oben genannten Biodünger wurde Anfang Dezember in einer Dosis in einer Menge von 50 ml pro Baum in die Erde (15 cm tief) auf den befeuchteten Boden ausgebracht. Diese Behandlungen wurden dreimal wiederholt.

Zur Erntezeit (erste Dezemberwoche in beiden Jahreszeiten); Der Fruchtertrag jedes Baumes wurde als Gewicht (kg) erfasst.

In der ersten Dezemberwoche beider Jahreszeiten, der Erntezeit, wurden von jedem Baum oder jeder Replikation zehn Früchte nach dem Zufallsprinzip ausgewählt und ins Labor gebracht, um ihre physikalischen und chemischen Fruchteigenschaften abzuschätzen. Das Fruchtgewicht (g) wurde berechnet, indem das Durchschnittsgewicht von 10 Früchten von jedem Baum/Replikat aufgezeichnet wurde. Die durchschnittliche Fruchtlänge (L) und der Fruchtdurchmesser (D) wurden mit einem Handmessschieber gemessen. Das Fruchtvolumen (cm3) wurde berechnet, indem die Frucht in Wasser getaucht und das entnommene Wasser gewogen wurde. Außerdem wurde das Gewicht der Schale (g) und des Fleisches (g) mit einer elektrischen Digitalwaage (Modell Vibra-Range 0–12.000 g ± 0,01 g, Japan) geschätzt. Ein Drucktester von Magness und Taylor maß die Fruchtfestigkeit (Ib/in.2) mit einem 7/18-Zoll. Kolben.

Der Gesamtprozentsatz an löslichen Feststoffen (TSS %) wurde mit einem Handrefraktometer (ATAGO Co., LTD., Tokio, Japan) an der frisch geschnittenen Zitronenfrucht gemessen und das Ergebnis als Prozentsatz (%) ausgedrückt. Der Gesamtzucker und der reduzierende Zucker wurden kalorimetrisch unter Verwendung der kolorimetrischen Nelson-Arsenat-Molybdat-Methode21 geschätzt. Nicht reduzierende Zucker wurden anhand der Differenz zwischen Gesamtzucker und reduzierendem Zucker gemessen. Der Prozentsatz der titrierbaren Säure im Fruchtsaft wurde mithilfe einer AOAC-Methode22 bestimmt, wobei er in g Zitronensäure/100 ml Fruchtsaft ausgedrückt wurde. Das TSS/Säure-Verhältnis wurde berechnet, indem der TSS-Wert durch den Wert der titrierbaren Säure dividiert wurde. Der Gehalt an Ascorbinsäure (Vitamin C) im Saft wurde durch Titration mit 2,6-Dichlorphenol-Indophenol23 geschätzt und in mg/100 mg Saft berechnet.

Alle in dieser Studie verwendeten Methoden wurden gemäß den Richtlinienvorschriften der Universitäten Benha und Nagran durchgeführt.

Alle in den beiden Studiensaisons gewonnenen Daten wurden mithilfe der Varianzanalysemethode nach24 statistisch ausgewertet. Mittelwerte wurden jedoch durch den Duncan-Mehrbereichstest ermittelt25. Da Großbuchstaben zur Unterscheidung von Mittelwerten innerhalb jeder Spalte oder Zeile verwendet wurden, die den spezifischen Effekt der angewendeten Konzentration eines untersuchten Faktors (NPK) und einiger hinzugefügter Biodünger im Boden darstellten, wurden die Kleinbuchstaben jedoch für die Wechselwirkung ihrer Kombinationen verwendet.

Abbildung 1 zeigt den Zitronenertrag, der durch verschiedene NPK-Quellen als Ersatz für chemisches NPK beeinflusst wird. Es zeigte sich, dass die Zugabe von Bio-NPK in beiden Jahreszeiten einen positiven Einfluss auf den Ertrag pro Baum hatte (kg). Die Erhöhung der Einsatzmengen chemischer NPK führte auch zu durchweg deutlichen Steigerungen der ermittelten Ertragswerte pro Baum. Infolgedessen wurden in beiden Studiensaisons die höchsten Werte erzielt, wenn die höchsten Werte an chemischer NPK (100 und 75 %) mit Bio-NPK kombiniert wurden.2.5. Es konnte festgestellt werden, dass die höchsten Ertragswerte (111,0 und 114,0 kg/Baum) mit 100 % chemischem NPK (Kontrolle) sowohl für die erste als auch für die zweite Saison erzielt wurden. Die niedrigsten Ertragswerte (89,75 und 90,34 kg/Baum) wurden hingegen bei 100 % natürlichen Quellen sowohl für die erste als auch für die zweite Saison ermittelt.

Einfluss verschiedener NPK-Quellen auf den Ertrag von Eureka-Zitronenbäumen während der Versuchssaison 2021 und 2022.

Das Fruchtgewicht (g) und die Fruchtgröße (cm3) von Eureka-Zitronenbäumen wurden gemäß den in den Abbildungen dargestellten Daten in den Saisons 2021 und 2022 durch unterschiedliche Gehalte an NPK-Mineralien und deren Kombinationen mit Bio-NPK oder ohne Bio-NPK beeinflusst. 2 und 3. Die Ergebnisse zeigen, dass das Fruchtgewicht 152,4, 148,0, 144,7, 142,4 und 131,3 g für 100 % chemisches NPK (Kontrolle), 75 % chemisches NPK + 25 % natürliche Quellen, 50 % chemisches NPK (Kontrolle) und 50 betrug % chemische NPK + 25 % natürliche Quellen, 50 % chemische NPK (Kontrolle), 25 % chemische NPK + 75 % natürliche Quellen bzw. 100 % natürliche Quellen für die erste Saison. Außerdem betrugen sie 153,5, 148,9, 145,5, 142,8 und 131,4 g für 100 % chemisches NPK (Kontrolle), 75 % chemisches NPK + 25 % natürliche Quellen, 50 % chemisches NPK (Kontrolle), 50 % chemisches NPK + 25 % natürliche Quellen , 50 % chemisches NPK (Kontrolle), 25 % chemisches NPK + 75 % natürliche Quellen bzw. 100 % natürliche Quellen für die zweite Staffel.

Einfluss verschiedener NPK-Quellen auf das Fruchtgewicht von Eureka-Zitronenbäumen während der Versuchssaison 2021 und 2022.

Einfluss verschiedener NPK-Quellen auf die Fruchtgröße von Eureka-Zitronenbäumen während der Versuchsperioden 2021 und 2022.

Hinsichtlich der Wirkung verschiedener NPK-Quellen zeigten die in beiden Jahreszeiten erhobenen Daten, dass im Vergleich zu anderen Behandlungen alle NPK-Werte und -Quellen bei allen untersuchten Parametern signifikant anstiegen. Dies galt in beiden Staffeln. Darüber hinaus waren in Bezug auf Fruchtgewicht und -größe die wirksamsten Werte signifikant mit den höchsten Werten (100 % chemischer NPK) verbunden. Die in den Abbildungen dargestellten Daten. 2 und 3 zeigten, dass die Reaktionsrate auf Bio-NPK bei den verschiedenen NPK-Quellen relativ ausgeprägt war. Die höchsten Konzentrationen der Mineralien NPK (100 und 75 %) führten in Kombination mit Bio-NPK zu einer leichten Zunahme des Fruchtgewichts und der Fruchtgröße. Die höchsten Werte der Fruchtgröße (170,5 und 171,1 cm3) wurden mit 100 % chemischem NPK (Kontrolle) sowohl für die erste als auch für die zweite Saison gefunden. Die niedrigsten Ertragswerte (152,1 und 152,4 cm3) wurden hingegen bei 100 % natürlichen Quellen sowohl für die erste als auch für die zweite Saison ermittelt.

Die Abbildungen 4, 5 und 6 zeigen die Länge und den Fruchtdurchmesser von Eureka-Zitronenfrüchten, den untersuchten beiden Fruchtdimensionen hinsichtlich ihrer Reaktion auf die unterschiedlichen Nährstoffverbindungen. Die Ergebnisse zeigen offensichtlich, dass beide Parameter auf alle Behandlungen signifikant ansprachen. Allerdings war die Antwortrate bei der früheren Fruchtdimension (Länge) relativ höher als bei der anderen (Durchmesser). Darüber hinaus war die erste Behandlung (100 % chemisches NPK + Bio-NPK) die bessere und führte deutlich zu der größten Länge und dem größten Durchmesser. Statistisch gesehen folgt die 2. Behandlung (100 % chemisches NPK + Bio-NPK). Dieser Trend galt sowohl für die Länge als auch für den Fruchtdurchmesser in beiden Versuchssaisons. Die Ergebnisse zeigen, dass die Variabilität des Fruchtformindex (Länge:Durchmesser) der Eureka-Zitronenfrüchte als Reaktion auf die verschiedenen getesteten Behandlungen relativ gering war, um statistisch berücksichtigt zu werden. Hier kann festgestellt werden, dass Früchte, die mit Düngemitteln, sei es separat oder in Kombination mit Bio-NPK, behandelt wurden, in beiden Versuchssaisonen tendenziell eine leicht längliche Form aufwiesen. Die höchsten Werte für Fruchtlänge und Fruchtdurchmesser (79,47 und 70,11 cm) wurden mit 100 % chemischem NPK (Kontrolle) für die erste Saison gefunden. Die niedrigsten Werte für Fruchtlänge und Fruchtdurchmesser (76,96 und 65,56 cm) wurden hingegen bei 100 % natürlichen Quellen für die erste Saison gefunden. Auch die höchsten Werte für Fruchtlänge und Fruchtdurchmesser (79,56 und 70,50 cm) wurden mit 100 % chemischem NPK (Kontrolle) für die zweite Saison gefunden. Die niedrigsten Werte für Fruchtlänge und Fruchtdurchmesser (77,02 und 66,00 cm) wurden hingegen bei 100 % natürlichen Quellen für die zweite Saison gefunden.

Einfluss verschiedener NPK-Quellen auf die Fruchtlänge von Eureka-Zitronenbäumen während der Versuchsperioden 2021 und 2022.

Einfluss verschiedener NPK-Quellen auf den Fruchtdurchmesser von Eureka-Zitronenbäumen während der Versuchssaison 2021 und 2022.

Einfluss verschiedener NPK-Quellen auf die Fruchtdimension (FL/FD) von Eureka-Zitronenbäumen während der Versuchsperioden 2021 und 2022.

Die Abbildungen 7, 8 und 9 zeigen eindeutig, dass die verschiedenen Behandlungen mit NPK-Quellen in beiden Jahreszeiten einen positiven Einfluss auf das aufgezeichnete Fleischgewicht (g), die Fruchtfestigkeit (lb/in.2) und den Saft (%) hatten. Durch die Erhöhung der Anwendungsmengen an chemischem NPK zeigten die für die verschiedenen oben genannten Parameter (Fleischgewicht und Saftprozentsatz) aufgezeichneten Werte außerdem durchweg erhebliche Steigerungen. Dementsprechend wurden die höchsten Werte für die verschiedenen Parameter aufgezeichnet, wenn in beiden Studiensaisons die höchste Konzentration an chemischer NPK (100 und 75 %) mit Bio-NPK kombiniert wurde. Im Gegenteil, die geringsten Werte stimmten in beiden Jahreszeiten deutlich mit den 100 % natürlichen NPK-Quellen überein. Als die Anwendungsmengen an chemischem NPK erhöht wurden, nahm die Fruchthärte allmählich deutlich zu. Dementsprechend wurden die Maximalwerte für die Festigkeit der verschiedenen Früchte in beiden Untersuchungssaisonen festgestellt, wenn der höchste Gehalt an chemischem NPK (100 und 75 %) ohne Bio-NPK kombiniert wurde. Die höchsten Werte für Fleischgewicht, Fruchtfestigkeit und Saftanteil (90,10 g, 13,82 lb/in.2 und 45,85 %) wurden mit 100 % chemischem NPK (Kontrolle) für die erste Saison gefunden. Die niedrigsten Werte für Fleischgewicht, Fruchtfestigkeit und Saftanteil (76,32 g, 11,59 lb/in.2 und 38,63 %) wurden in der ersten Saison bei 100 % natürlichen Quellen gefunden. Außerdem wurden die höchsten Werte für Fleischgewicht, Fruchtfestigkeit und Saftanteil (90,91 g, 14,17 lb/in.2 und 46,69 %) mit 100 % chemischem NPK (Kontrolle) für die zweite Saison gefunden. Die niedrigsten Werte für Fleischgewicht, Fruchtfestigkeit und Saftanteil (76,67 g, 11,77 lb/in.2 und 39,14 %) wurden hingegen bei 100 % natürlichen Quellen für die zweite Saison gefunden.

Einfluss verschiedener NPK-Quellen auf das Fruchtfleischgewicht von Eureka-Zitronenfrüchten während der Versuchssaison 2021 und 2022.

Einfluss verschiedener NPK-Quellen auf die Fruchtfestigkeit von Eureka-Zitronenfrüchten während der Versuchssaison 2021 und 2022.

Einfluss verschiedener NPK-Quellen auf den Saftanteil von Eureka-Zitronenfrüchten während der Versuchssaison 2021 und 2022.

Die fünf getesteten chemischen Fruchtsafteigenschaften der Eureka-Zitronenfrüchte im Hinblick auf ihre Reaktion auf die bewerteten Behandlungen waren Gesamtgehalt an löslichen Feststoffen (TSS), Gesamtsäuregehalt in %, TSS/Säure-Verhältnis, Gesamtzucker in Prozent und Gehalt an Ascorbinsäure (Vitamin C). Die Tabellen 2 und 3 zeigen die Daten, die während der Versuchssaison 2021 und 2022 gewonnen wurden. Die Ergebnisse zeigen, dass die meisten der gemessenen Saftqualitätsparameter (TSS %, Saftsäuregehalt %, TSS/Säure-Verhältnis, Gesamtzuckeranteil und Vitamin C) Konzentration) reagierte positiv auf höhere chemische NPK-Behandlungsraten. Bei den höchsten Einsatzmengen der Chemikalie NPK (100 und 75 %) mit Bio-NPK wurden in beiden Saisons die höchsten Werte für diese Eigenschaften erzielt. Allerdings wurden in beiden Versuchsperioden die niedrigsten Ergebnisse erzielt, wenn die höchsten Konzentrationen natürlicher Quellen (100 und 75 %) unabhängig oder in Kombination mit Bio-NPK verwendet wurden. Die höchsten TSS-Werte (9,41 und 9,46 %) wurden mit 100 % chemischem NPK (Kontrolle) sowohl für die erste als auch für die zweite Saison gefunden. Die niedrigsten TSS-Werte (7,80 und 7,91 %) wurden hingegen sowohl für die erste als auch für die zweite Saison bei 100 % natürlichen Quellen gefunden. Die höchsten Säurewerte (6,17 und 6,25 %) wurden mit 100 % chemischem NPK (Kontrolle) sowohl für die erste als auch für die zweite Saison gefunden. Die niedrigsten Säurewerte (5,61 und 5,60 %) wurden hingegen sowohl in der ersten als auch in der zweiten Saison bei 100 % natürlichen Quellen gefunden. Die höchsten TSS/Säurewerte (1,524 und 1,511) wurden mit 100 % chemischem NPK (Kontrolle) sowohl für die erste als auch für die zweite Saison gefunden. Die niedrigsten Werte für TSS/Säuregehalt (1,392 und 1,412) wurden sowohl für die erste als auch für die zweite Saison bei 100 % natürlichen Quellen gefunden.

Die höchsten Werte des Gesamtzuckers (1,80 und 1,84 %) wurden sowohl in der ersten als auch in der zweiten Staffel bei 100 % natürlichen Quellen gefunden. Die niedrigsten Werte des Gesamtzuckers (1,58 und 1,64 %) wurden hingegen bei 100 % chemischem NPK (Kontrolle) sowohl für die erste als auch für die zweite Saison gefunden. Mittlerweile wurden die höchsten Vitamin-C-Werte (41,27 und 42,21 mg/100 g) bei 100 % chemischem NPK (Kontrolle) sowohl für die erste als auch für die zweite Saison gefunden. Die niedrigsten Vitamin-C-Werte (36,54 und 37,17 mg/100 g) wurden sowohl in der ersten als auch in der zweiten Saison bei 100 % natürlichen Quellen festgestellt.

Die Ergebnisse der Wirkung der Zugabe von Bio-NPK zu Zitrone, wobei SLA, SLW und RGR des Zitronenblatts durch die beiden Biodüngerbehandlungen mit NPK-Behandlungen erheblich beeinflusst wurden. Al-Freeh et al.26 berichteten, dass mit Biodüngern behandelte Haferpflanzen in den beiden untersuchten Saisons eine höhere RGR-Rate aufwiesen. Außerdem berichteten Kumari et al.27, dass Biodünger mit NPK bei jungen Maispflanzen zu einem höheren RGR-Wert führten. Biodünger wirken sich auf die Entwicklung der Wurzelstruktur aus und erhöhen die Fließgeschwindigkeit des Wurzelxylems, indem sie die Aufnahme von Wasser und geeigneten Nährstoffen erhöhen und ermöglichen, was zu einem Unterschied in den Wachstumsraten gegenüber Pflanzen führt, die nicht mit Biodüngern behandelt wurden28,29.

Der T. harzianum mit NPK-Dünger hatte eine signifikante Wirkung, da er den Blattchlorophyllgehalt (44,61 %) und die Chlorophyllfluoreszenz (F0) (18,36 %) im Vergleich zu den Kontrollpflanzen erhöhte. Der Photosyntheseertrag (Fv/Fm) und der SPAD-Wert von Weizenblättern unter osmotischem Stress wurden durch die Zugabe von Biodüngern deutlich erhöht30. Mohammed et al.31 berichteten, dass Biodünger den Chlorophyllgehalt der Blätter von Birnbäumen besser beeinflussten. Die Bodenimpfung von Biodüngern mit chemischem Dünger beeinflusst das Wachstum und den Ertrag von Reis, indem sie die Blattfläche und den Chlorophyllgehalt der Blätter erhöht32. Die Anwendung organischer Düngemittel erhöhte den Chlorophyllgehalt, die Stomata-Leitfähigkeit und die Netto-Photosyntheserate von Birnenjujubebäumen33. Osman und El-Rhman34 stellten klar, dass Biodünger den höchsten Wert für den Gesamtchlorophyllgehalt der Blätter von Feigenbäumen ergaben. Biodünger produzieren Pflanzenwachstumshormone (Auxin) und organische Säuren, die das Pflanzenwachstum und die Enzymaktivitäten fördern und den Chlorophyllgehalt in Pflanzenblättern erhöhen35. Arefe et al.36 berichteten auch, dass Biodünger den Chlorophyllgehalt (SAPD-Wert) in Basilikumblättern positiv beeinflussten. In dieser Studie wurde die stomatäre Leitfähigkeit durch Biodüngerbehandlungen mit NPK positiv beeinflusst. Die Zugabe von Mikroben zu anorganischem Dünger kann durch eine Verbesserung des Wurzelsystems die Mineralnährstoff- und Wasseraufnahme erhöhen und so die stomatäre Leitfähigkeit der Blätter von Zitronenbäumen beeinflussen.

Die Fruchtqualitätseigenschaften von Limau Nipis wurden durch reduzierte Mengen an NPK-Düngemitteln deutlich verbessert. Die Ergebnisse unserer Studie stimmen mit den Ergebnissen von37 überein, die berichteten, dass Biodünger und Hofdünger mit NPK-Dosen die Fruchtqualität wie Fruchtanzahl, Fruchtgewicht und Fruchtgröße von Eureka-Zitronenbäumen verbesserten. Ennab38 berichtete außerdem, dass die Bodenimpfung mit nützlichen Pilzen und Bakterien die Fruchtqualität von Erdbeeren verbesserte. Dheware und Waghmare10 erwähnten, dass Biodünger mit NPK die Anzahl der Früchte und das Gewicht der Früchte in Süßorangen erhöhten. Hadole et al.19 berichteten, dass der Nagpur-Mandarinenbaum durch Biodünger plus NPK beeinträchtigt wurde, wobei der Ertrag um 50 % mehr stieg als bei der Kontrollbehandlung. Ein verbessertes Fruchtwachstum und eine bessere Qualität könnten auf die konstante Versorgung mit Nährstoffen, insbesondere Kalium, höhere Konzentrationen von Bodenenzymen und wachstumsfördernden Substanzen, die von im Boden eingesetzten Mikroorganismen produziert werden, zurückgeführt werden, die möglicherweise bei der Biosynthese und Translokation von Kohlenhydraten in die Früchte geholfen haben39 . Es wurde berichtet, dass die Anwendung von Biodüngern den Spiegel des endogenen Auxinhormons in behandelten Pflanzen erhöhte40. Diese erhöhten Auxinspiegel in der Frucht können das Sinkpotenzial der Früchte fördern, was positiv mit der Fruchtwachstumsrate korreliert41.

Was die Bodenimpfung von B. thuringiensis betrifft, so erhöhte sich die Anzahl der Früchte (81,81 %), das Fruchtgewicht (55,52 %), der Fruchtdurchmesser (43,54 %), die Fruchtgröße (35,69 %), das Fruchtfleisch-zu-Schale-Verhältnis (94,87 %) und mehr Fruchtsaftgehalt (65,36 %) im Vergleich zur Kontrollgruppe. Die Bodenimpfung mit Bacillus sppin erhöht das Wachstum und die Biomasse von Wurzeln, Trieben und Blättern42,43, die Synthese von Pflanzenwachstumsregulatoren (IAA, GAs, Cytokinine und Spermidine)43,44 und erhöht den Gehalt an photosynthetischen Pigmenten, Zuckern und Aminosäuren , Proteine und Mineralstoffe in Pflanzen43,45 und steigern den Fruchtertrag46. Das Nitrogenase (nifH)-Gen des Bacillus spp. produziert das Enzym Nitrogenase, das atmosphärischen N2 binden und den Pflanzen zuführen kann, um das Pflanzenwachstum und den Ertrag zu stimulieren47. Bacillus spp. Synthese von Pflanzenwachstumsregulatoren fördert die Zellteilung und Zellverlängerung während des Fruchtansatzes und der Fruchtentwicklung43,44. Bacillus spp. sondert außerdem das Enzym ACC-Desaminase ab, das die Ethylensynthese in Pflanzen hemmt und das Wachstum der Pflanzen fördert48,49. Ismail et al.50 berichteten, dass die Fruchtqualität nur auf der Produktionsebene verbessert werden kann, die Früchte aber nach der Ernte ihre Qualität nur beibehalten können. Unsere Ergebnisse zeigten, dass die Behandlung mit Biodüngern den TSS-Gehalt der Blätter und Früchte von Limau Nipis erhöhte. Der Frucht-TSS-Gehalt von Eureka-Zitronenbäumen wird erheblich durch Biodünger und Wirtschaftsdünger beeinflusst, die die NPK37-Rate reduzieren. Es wurde bereits früher berichtet, dass die Anwendung von Biodüngern im Boden den Frucht-TSS-Gehalt von Guavenbäumen erhöhte51. Ye et al.34 gaben außerdem an, dass die Anwendung von organischem Dünger den Gesamtgehalt an löslichen Feststoffen und die Fruchtqualität von Jujube verbesserte. Der steigende TSS-Gehalt in Blättern und Früchten kann auf verbesserte Netto-Photosyntheseraten und Pflanzenwachstum zurückzuführen sein, was die Anreicherung von Photosynthesen und Nährstoffen erhöht und deren Übertragung auf Früchte zu einer verbesserten Fruchtqualität führt52. Die Solubilisierung mineralischer Nährstoffe, die Synthese von Pflanzenwachstumsregulatoren und sekundären Metaboliten sowie die Enzymsekrete von T. harzianum und B. thuringiensis bestätigen deren Biodüngerwirkung auf Zitronenbäume zur Verbesserung der Wachstumsphysiologie und der Fruchtqualität von Limau Nipis. Diese Ergebnisse stimmten mit denen von53,54,55,56 überein.

Diese Arbeit kam zu dem Schluss, dass die Zugabe von Bio-NPK zu Zitronenbäumen im Vergleich zu chemischem NPK große Auswirkungen auf Ertrag und Produktion hatte, wobei die höchsten Werte für die verschiedenen Parameter erzielt wurden, wenn der höchste Mineralstoffgehalt NPK (100 %) mit Bio kombiniert wurde -NPK, gefolgt von 75 % mineralischem NPK + 25 % alternativem NPK in Kombination mit Bio-NPK, die aufgrund ihrer günstigen Auswirkungen auf Produktivität und Fruchtqualitätsmerkmale sicher empfohlen werden können. Der höchste Ertragswert lag bei allen untersuchten Behandlungen bei 114,0 kg/Baum. Das Gewicht der Zitronenfrucht lag bei allen untersuchten Behandlungen zwischen 131,3 und 153,5 g. Die höchsten Werte für TSS, Saftsäure, TSS/Säure-Verhältnis und Vitamin-C-Konzentration betrugen 9,45 %, 6,25 %, 1,524 bzw. 4,27 mg/100 g und wurden bei 100 % chemischem NPK (Kontrolle) für beide beiden Jahreszeiten gefunden. Zukünftige Studien werden empfohlen, um die Lagerfähigkeit unter Bio-NPK-Werten zu untersuchen.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Die Autoren danken dem Ministerium für Umwelt, Wasser und Landwirtschaft in Saudi-Arabien für die Finanzierung dieser Arbeit im Rahmen des angewandten Forschungsprojekts auf dem Gebiet vielversprechender Nutzpflanzen in Zusammenarbeit zwischen dem Horticultural Research Center in Najran und der Najran University, Code (220011487). Außerdem möchten wir der Fakultät für Landwirtschaft der Benha-Universität, Kalubia, Ägypten, danken.

Diese Forschung wurde durch das angewandte Forschungsprojekt im Bereich vielversprechender Nutzpflanzen in Zusammenarbeit zwischen dem Horticultural Research Center in Najran und der Universität Najran, Code (220011487), unterstützt.

Biologieabteilung, Wissenschafts- und Kunsthochschule, Najran-Universität, Najran, Saudi-Arabien

Abdulrhman A. Almadiy und Ammar M. Ibrahim

Abteilung für Pomologie, Fakultät für Landwirtschaft, Universität Kairo, Gizeh, 12511, Ägypten

Ayman E. Shaban

Ministerium für Umwelt, Wasser und Landwirtschaft, Najran Horticulture Research Centre, Najran, Saudi-Arabien

Salem M. Balhareth

Abteilung für Gartenbau, Fakultät für Landwirtschaft, Benha-Universität, Moshtohor, Postfach 13736, Toukh, Kalubia, Ägypten

Sherif F. El-Gioushy

Abteilung für Agrar- und Biosystemtechnik, Fakultät für Landwirtschaft, Benha-Universität, Moshtohor, Postfach 13736, Toukh, Kalubia, Ägypten

El-Sayed G. Khater

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AA, AS, AI, SB, SE-G. und E.-SK: Untersuchung, Ressourcen, Schreiben – Vorbereitung des Originalentwurfs, Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung.

Korrespondenz mit Abdulrahman A. Almadiy, Sherif F. El-Gioushy oder El-Sayed G. Khater.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Almadiy, AA, Shaban, AE, Ibrahim, AM et al. Teilweiser Ersatz chemischer NPK-Düngemittel und deren Auswirkungen auf die Produktivität und Fruchtqualität von Eureka-Zitronenbäumen (Citrus limon L. Burm). Sci Rep 13, 10506 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-37457-7

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Eingegangen: 29. Januar 2023

Angenommen: 22. Juni 2023

Veröffentlicht: 28. Juni 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-37457-7

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