Auswirkungen der Blattapplikation von Selen und Kalium

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 15119 (2022) Diesen Artikel zitieren

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In dieser Studie wurden die Auswirkungen der Blattapplikation von Selen (Se) in unterschiedlichen Konzentrationen auf der Grundlage von Veränderungen mehrerer Parameter wie der Stickstoff-, Phosphor- und Kaliumkonzentration (NPK) im Boden und in der Haferpflanze, im Haferertrag und in der organischen Substanz untersucht Boden (OMS), nicht-enzymatische Antioxidantien und Gesamtphenolgehalt. Die Konzentrationen von Chrom (Cr), Eisen (Fe), Mangan (Mn), Zink (Zn) und Kupfer (Cu) wurden auch in Haferstroh und -samen bewertet. Die Studie entspricht den lokalen und nationalen Richtlinien. In dieser Studie wurde auch die gleichzeitige Anwendung von Kaliumhumat (K-Humat) mit Se untersucht. Die Anwendung von Se erhöhte die Bioverfügbarkeit von N und P im Boden und ihre Gesamtkonzentration im Stroh und in den Samen jeder Pflanze. Die Se-Konzentrationen waren proportional zur Phosphormenge im Boden (P-Boden), nicht jedoch zu den K-Konzentrationen im Saatgut (K-Pflanze). Die Anwendung von K-Humat mit Se erhöhte den bioverfügbaren Anteil von K-Boden; Der bioverfügbare Anteil von K-Stroh oder K-Samen wurde jedoch nicht erhöht. Obwohl die alleinige Anwendung von Se den Ertrag wesentlich steigerte, zeigte die gleichzeitige Anwendung von K-Humat keinen zusätzlichen Effekt. Darüber hinaus waren die Reaktionen des Samenertrags und der Pflanzenlänge nach der Anwendung von Se mit oder ohne K-Humat nicht signifikant. OMS und Gesamtphenolgehalt waren proportional zur Anwendungsrate von Se mit und ohne K-Humat. Der Gehalt an nicht-enzymatischen Antioxidantien war ebenfalls proportional zu den Se-Konzentrationen, jedoch nicht proportional zu K-Humat. Die gesamten Se-Konzentrationen im Boden, im Pflanzenstroh und in den Samen stiegen durch die Zugabe von K-Humat. Darüber hinaus wurden die Gesamt-Cr-Konzentrationen nach der Anwendung von Se und K-Humat reduziert. Die Fe-Konzentration im Stroh und in den Samen schwankte von Behandlung zu Behandlung und die Mn-Konzentration verringerte sich als Reaktion auf die Blattapplikation von Se und K-Humat. Die Zn-Konzentrationen im Stroh und in den Samen von Pflanzen wurden durch die Anwendung unterschiedlicher Se-Konzentrationen verringert. Eine Erhöhung der Anwendungsrate von Se führte zu einer Verringerung der Cu-Konzentration in den Samen. Im Gegensatz dazu erhöhte die gleichzeitige Anwendung von Se und K-Humat die Cu-Konzentration in den Samen.

Die Forschung zu Selen (Se) begann, als Schwartz und Foltz herausfanden, dass Se im Futter Leberzirrhose und Muskeldystrophie bei Ratten verhinderte1. Aufgrund seiner antioxidativen und krebshemmenden Eigenschaften hat Se verschiedene Funktionen, beispielsweise die Wirkung als Antioxidans in Pflanzen2.

Das Pflanzenwachstum hängt nicht von der im Boden verfügbaren Se-Konzentration ab. Allerdings haben Se-Konzentrationen in menschlichen Nahrungsmitteln und Tierfutter erhebliche Auswirkungen auf die Gesundheit3. Die Grenze zwischen Se-Konzentrationen, die den wesentlichen Nährstoffbedarf decken, und toxischen Se-Konzentrationen ist schmal und wird von der chemischen Form und den Umweltbedingungen beeinflusst2. Se kann die Fähigkeit von Pflanzen verändern, UV-induzierten oxidativen Stress zu tolerieren, das Wachstum alternder Sämlinge fördern und die Seneszenz verzögern. Se-Nanopartikel (SeNPs) beeinflussten das Wachstum von Erdnusssorten, indem sie photosynthetische Pigmente, lösliche Gesamtzucker, antioxidative Enzyme (Ascorbinsäureperoxidase, Katalase und Peroxidase), Phenolgehalt, Gesamtflavonoide und Lipidperoxidation veränderten. Im Gegensatz dazu verbesserten sandige Bodenbedingungen die Pflanzentoleranz nach der Anwendung von SeNPs als Stressor oder Stimulans4. Die Anwendung von Se kehrte auch den negativen Effekt des Salzgehalts auf die photochemische Effizienz um2. Die Anwendung von Se-Additiven reduzierte das Auftreten von Nebenwirkungen, die durch Schwermetalle, Hitze, ultraviolettes (UV)-B, Kälte, Salzstress und Trockenheit verursacht werden5.

Organische Düngemittel wie Kaliumhumat (KHM) und Kaliumfulvosäure (BSFA) werden verwendet, um Pflanzenkrankheiten vorzubeugen, die Bodenstruktur zu verbessern und den Nährstoffgehalt des Bodens zu erhöhen6. Die Zugabe von KHM und BSFA veränderte die mikrobiellen Funktionen und es wurde festgestellt, dass der Nährstoffgehalt im Ginsengboden zunahm6. Darüber hinaus steigerte die Anwendung von KHM die Samenkeimung, die Nährstoffaufnahme und das Wachstum der Sämlinge7.

Die Haferpflanze (Avena sativa L.) ist reich an einer Vielzahl antioxidativer Verbindungen wie Avenanthramide, Vitamin E (Tocole), Phenolverbindungen und Phytinsäure. Darüber hinaus kommen Flavonoide und Sterole hauptsächlich in den äußeren Schichten des Haferkerns vor8. Kommerzielle pflanzliche Milchalternativen werden unter Verwendung von Hafer hergestellt, beispielsweise in Getränken und joghurtähnlichen Produkten. Ein Nachteil dieser Produkte ist jedoch ihr geringer Proteingehalt, der etwa 0–1 % beträgt, wenn Hafer die Hauptquelle ist9. Aus Hafer gewonnene Stärke hat aufgrund ihrer potenziellen Verwendung in verschiedenen Lebensmittel- und Nonfood-Anwendungen Aufmerksamkeit erregt10. Ein schwerwiegender Umweltschadstoff kann durch Cr verursacht werden, das durch seine weit verbreitete industrielle Verwendung entstehen kann, die in jüngster Zeit Anlass zur Sorge gibt. Die durch Cr verursachte Pflanzentoxizität hängt von seinem Wertigkeitszustand ab (z. B. ist Cr(III) weniger toxisch, Cr(VI) ist jedoch hochgiftig und mobil). Aufgrund des Fehlens eines spezifischen Transportsystems von Pflanzen für Cr besteht die Gefahr einer Aufnahme durch Träger essentieller Ionen (z. B. Eisen oder Sulfat). Die schädliche Wirkung von Cr auf das Pflanzenwachstum und die Pflanzenentwicklung zeigt sich in Veränderungen im Keimungsprozess sowie im Wachstum von Wurzeln, Stängeln und Blättern, die sich letztendlich auf die Menge der Trockenmasseproduktion und den Ertrag auswirken. Außerdem kann Cr schädliche Auswirkungen haben (z. B. Wasserhaushalt, Photosynthese und Mineralstoffernährung) sowie metabolische Veränderungen durch seine Wirkung auf Enzyme oder andere Metaboliten sowie seinen oxidativen Stress11.

In dieser Studie wurden verschiedene Blattapplikationen von Se (12 × 10−3, 63 × 10−3 und 88 × 10−3 mM) auf die Produktivität von Haferpflanzen untersucht. Zu den Endpunkten der Studie gehörten die Stickstoff-, Phosphor- und Kaliumkonzentration (NPK) im Boden und in Haferpflanzen, der Haferertrag, die organische Substanz im Boden (OMS), Antioxidantien und Gesamtphenole, die Se-Konzentration im Boden und im Hafer sowie Chrom (Cr) und Eisen (Fe), Mangan (Mn), Zink (Zn) und Kupfer (Cu)-Konzentrationen in Haferstroh und -samen. Parallel wurde auch die gleichzeitige Anwendung von Se mit K-Humat untersucht.

Im Nord-Sinai-Gebiet von Baloza, Ägypten, wurden Bodenproben aus zwei Tiefenintervallen von 0–30 cm und 30–60 cm entnommen. Pflanzenproben wurden auf einem Privatgrundstück entnommen und die Genehmigung zur Probenahme von Pflanzen eingeholt. Außerdem entspricht die Studie den lokalen und nationalen Richtlinien. Die Böden wurden luftgetrocknet, zerkleinert und durch ein 2-mm-Maschensieb gesiebt. Zur Beurteilung der Bodentextur wurde die internationale Pipettenmethode verwendet. Der Gehalt an organischer Substanz im Boden wurde wie zuvor beschrieben gemessen12. Einige chemische und physikalische Eigenschaften der untersuchten Böden sind in Tabelle 1 aufgeführt. Der pH-Wert und die elektrische Leitfähigkeit wurden in der Bodenpaste gemessen und der Elementgehalt wurde mithilfe der optischen Emissionsspektroskopie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP) nach dem Aufschluss mit einer Mischung aus HNO3, H2SO4 und HClO4 wie zuvor beschrieben13. Der Gesamtgehalt an nicht-enzymatischen Antioxidantien und Gesamtphenol wurde wie zuvor beschrieben gemessen14.

Während der Anbausaison 2020–2021 wurden Feldexperimente durchgeführt, um die Wirkung der Anwendung von Se und K-Humat auf den nicht-enzymatischen Gehalt an Antioxidantien und den Ertrag von Hafer (Avena sativa) in Baloza, Nord-Sinai, Ägypten, zu verstehen. Die Düngemittel wurden in allen Versuchen in konstanten Mengen ausgebracht. Es wurden Ammoniumsulfat, Calciumsuperphosphat, Kaliumsulfat und Biodünger verwendet. Die Experimente basierten auf einem Split-Plot-Design mit drei Wiederholungen und einer Blattapplikation von Se in Konzentrationen von 12 × 10–3, 63 × 10–3 und 88 × 10–3 mM mit und ohne K-Humat. Die Se-Quelle war Natriumselenit (Na2SeO3). Die Quelle für K-Humat war Kaliumhumat (C9H8K2O4 – 2,3 mM). Die Pflanzen wurden 120 Tage nach dem Pflanzen an der Bodenoberfläche abgeschnitten und mit entionisiertem Wasser gewaschen. Anschließend wurden die Pflanzen 48 Stunden lang bei 70 °C im Ofen getrocknet, auf ihren Trockenmasseertrag gewogen und anschließend gemahlen. Pflanzen und Bodenproben, die nach der Anwendung verschiedener Behandlungen gewonnen wurden, wurden wie zuvor beschrieben13 aufgeschlossen und mittels ICP analysiert. Mithilfe dieser Aufschlüsse wurde auch NPK analysiert15. Verfügbarer N in Bodenproben wurde durch Zugabe von 2 M Kaliumchlorid wie zuvor beschrieben extrahiert16. Das verfügbare K und P wurden mit DTPA und Ammoniumbicarbonat wie zuvor beschrieben extrahiert17.

Die Daten wurden statistisch analysiert und die Mittelwerte anhand der geringsten signifikanten Unterschiede verglichen. Die Ergebnisse wurden bei p < 0,05 als statistisch signifikant angesehen (Statistikversion 9). Für die Analysen wurde die Statistikversion 9 verwendet und anpassbare Grafiken erstellt. Einzelheiten zum Programm sind online verfügbar18.

Die N-Konzentration im Boden variierte in Bezug auf Verfügbarkeit und Gesamtgehalt im Haferstroh und in den Samen nach der Blattapplikation von Se und K-Humat. Se allein erhöhte die Verfügbarkeit von N im Boden in der folgenden Reihenfolge: Se3 > Se2 > Se1 > Kontrolle. So wurde festgestellt, dass Se den verfügbaren N-Boden in Abhängigkeit von der Aufwandmenge erhöht (Tabelle 2). Die Verfügbarkeit von N-Boden nach der Se-Anwendung wurde durch die gleichzeitige Anwendung von K-Humat mit der gleichen Geschwindigkeitsabhängigkeit verbessert, wie sie bei Se allein beobachtet wurde. Vergleichbare Ergebnisse wurden anhand der Summe der Mittelwerte für die Analyse gefunden. Der unbedeutende Unterschied zwischen der Summe der Kontroll- und Behandlungsmittel bei einer Se-Konzentration von 12 × 10−3 mM Se spiegelt möglicherweise die relativ niedrige verwendete Se-Konzentration wider.

Der Gesamt-N-Strohgehalt stieg aufgrund eines erhöhten N-Pflanzengehalts (Tabelle 2). Es wurde festgestellt, dass die Unterschiede zwischen Se-Konzentrationen von 12 × 10–3 mM, 63 × 10–3 mM und den Kontrollen unbedeutend waren. Ebenso zeigte die gleichzeitige Anwendung von K-Humat unbedeutende Unterschiede zwischen den Se-Konzentrationen von 63 × 10–3 mM und 88 × 10–3 mM. Unter Verwendung der Summe der Mittelwerte wurden unbedeutende Unterschiede zwischen der Kontrolle und der Se-Konzentration von 12 × 10–3 mM und der Se-Konzentration von 63 × 10–3 und 88 × 10–3 mM festgestellt. Der Gesamtgehalt an N-Samen erhöhte sich bei Aufwandmengen von 12 × 10–3–88 × 10–3 mM, und die gleichzeitige Anwendung von K-Humat verstärkte diesen Anstieg. Die Abhängigkeit der Wirkungen der Se- und K-Humat-Anwendung von der Aufwandmenge war identisch mit der in N-Boden und N-Stroh beobachteten. Es wurden keine signifikanten Unterschiede zwischen den Se- und K-Humat-Anwendungen beobachtet. Es wurde ein unbedeutender Unterschied zwischen der Summe der Mittelwerte für Se- und K-Humat-Anwendungen bei Konzentrationen von 63 × 10–3 und 88 × 10–3 mM beobachtet.

Die Anwendung von Se führte zu einem proportionalen Anstieg von N-Boden, N-Stroh und N-Samen, und die gleichzeitige Anwendung von K-Humat verbesserte diesen Effekt. Zuvor führte die Anwendung von Se zu einer erhöhten Anreicherung von NPK, was die N- und K-Verteilung veränderte. Die Verteilung von P wurde jedoch nicht beeinflusst19. Darüber hinaus führte die Anwendung von Se letztendlich zu einer erhöhten Anreicherung von N, Calcium (Ca), K und Mn20. Ein signifikanter Anstieg der Konzentrationen von N und S wurde auch in den Reiskornpflanzen beobachtet, die unter N-limitierenden Bedingungen angebaut wurden, während die Ca-Pflanzen unabhängig von der N-Versorgung mit Se behandelt wurden21. Daher wurde über eine synergistische Wechselwirkung zwischen Se und N in den Gesamtkornproteinen berichtet21.

Die Auswirkung der Anwendung unterschiedlicher Se-Konzentrationen ohne K-Humat auf den verfügbaren P-Boden zeigte eine Verringerung in der folgenden Reihenfolge: Se3 > Se2 > Se1 > Kontrolle (Tabelle 3). Somit führte die Blattapplikationsrate von Se zu einem ratenabhängigen Anstieg des verfügbaren P-Bodens. Durch die gleichzeitige Anwendung von K-Humat wurde die P-Bodenverfügbarkeit weiter erhöht. Eine ähnliche Geschwindigkeitsabhängigkeit wie bei Se allein wurde auch bei gleichzeitiger Anwendung von Se und K-Humat beobachtet. Ein ähnliches Ergebnis wurde bei Verwendung der Summe der Mittelwerte für die Datenanalyse beobachtet. Es wurden signifikante Unterschiede zwischen allen Behandlungen beobachtet.

Die Blattanwendung von Se erhöhte den Gesamt-P-Stroh. Zwischen der Kontrolle und den Se-Konzentrationen von 12 × 10–3 und 63 × 10–3 mM wurde ein unbedeutender Unterschied festgestellt, der den nach der Anwendung von K-Humat beobachteten Ergebnissen ähnelte. Darüber hinaus wurden unbedeutende Unterschiede zwischen den Anwendungen von Se und Se + K-Humat beobachtet. Es wurde ein unbedeutender Effekt zwischen Kontroll- und Se-Konzentrationen von (12 × 10–3 und 63 × 10–3 mM) und der K-Humat-Anwendung unter Verwendung der Mittelwertsumme festgestellt.

Die Anwendung von Se mit Konzentrationen im Bereich von 12 × 10–3 bis 88 × 10–3 mM führte zu einer erhöhten P-Keimbildung und die Zugabe von K-Humat verstärkte diesen Effekt (Tabelle 3). Die Wirkung von Se- und K-Humat-Anwendungen zeigte eine Abnahme in der folgenden Reihenfolge: Se3 > Se2 > Se1 > Kontrolle. Unbedeutende Unterschiede zwischen den Werten wurden beobachtet, wenn Se ohne K-Humat in Konzentrationen von 12 × 10–3 und 63 × 10–3 mM angewendet wurde, und für die Summe der Mittelwerte für Se- und K-Humat-Anwendungen bei Konzentrationen von 12 × 10– 3 und 63 × 10−3 mM. Somit verursachte die Anwendungsmenge von Se einen proportionalen Anstieg von P-Boden, P-Stroh und P-Samen. Darüber hinaus verstärkte die gleichzeitige Anwendung von K-Humat diesen Effekt.

Konsistent stiegen die Konzentrationen von P und Ca als Reaktion auf die Anwendung von Selenit-Se (Na2SeO3⋅5H2O) auf Maiskeimlinge22, und die Anwendung von Se führte zu einer erhöhten Anreicherung von NPK mit einer Veränderung der N- und K-Verteilung. Die Verteilung von P wurde jedoch nicht beeinflusst19.

Unterschiedliche Anwendungsmengen von Se ohne Humat erhöhten den K-Boden und dieser Effekt zeigte eine Abnahme in der folgenden Reihenfolge: Se3 > Se2 > Se1 = Kontrolle (Tabelle 4). Auch hier führt die Blattapplikationsmenge von Se zu einem proportionalen Anstieg, in diesem Fall, des K-Bodens. Die Anwendung von K-Humat mit Se verstärkte diesen Effekt. Eine ähnliche Ratenabhängigkeit wurde auch bei gleichzeitiger Anwendung und Verwendung der Mittelwertsumme beobachtet. Es wurde ein unbedeutender Unterschied zwischen der Summe der Mittelwerte für Kontrollen und Se-Konzentrationen von 12 × 10−3 mM beobachtet.

Die Blattapplikation von Se führte zu einem leichten Anstieg des gesamten K-Strohgehalts (Tabelle 4). Bei Se-Konzentrationen von 12 × 10–3 bis 88 × 10–3 mM wurde eine unbedeutende Änderung beobachtet, und ähnliche Ergebnisse wurden bei zusätzlicher Anwendung von K-Humat gefunden.

Die Anwendung von Se in Konzentrationen von 12 × 10–3 bis 88 × 10–3 mM führte zu einem leichten Anstieg der K-Samen, und die zusätzliche Anwendung von K-Humat erhöhte die Anreicherung von K nur geringfügig (Tabelle 4). Es wurde ein unbedeutender Unterschied zwischen Se allein und mit K-Humat beobachtet. Ähnliche Ergebnisse wurden festgestellt, als die Summe der Mittelwerte für die Analyse verwendet wurde. Die Se-Ausbringungsmengen bewirken somit einen proportionalen Anstieg des K-Bodens, nicht jedoch des K-Strohs oder der K-Samen. Vergleichbare Daten wurden nach K-Humat-Zugabe festgestellt. Die K-Konzentrationen nahmen zuvor als Reaktion auf die Anwendung von Selenit-Se (Na2SeO3⋅5H2O) auf Maissämlingen ab; die Magnesiumkonzentrationen (Mg) änderten sich jedoch nicht22. Darüber hinaus führte die Anwendung von Se zur Akkumulation von NPK und einer veränderten N- und K-Verteilung, ohne die P-Verteilung zu beeinflussen19. Konsequenterweise führte die Anwendung von Se letztendlich zu einer erhöhten K-Akkumulation20.

Die Anwendung von Se verbesserte den Ertrag, der mit kg × 10−3/Feddan bewertet wurde (Tabelle 5). Höhere Se-Konzentrationen führten zu einem höheren Haferertrag. Die Wirkung von Se zeigte eine Verringerung in der folgenden Reihenfolge: Se3 > Se2 > Se1 > Kontrolle. Die gleichzeitige Anwendung von K-Humat steigerte den Ertrag nur geringfügig, sodass sich keine signifikanten Unterschiede ergaben. Ähnliche Ergebnisse wurden auch beobachtet, wenn die Summe der Mittelwerte verwendet wurde. Im Gegensatz dazu wurde die Samenproduktion nicht wesentlich beeinträchtigt und die Pflanzenlänge (m × 10–2) zeigte keine signifikante Reaktion. Im Gegensatz dazu steigerte die Se-Anwendung bei Kartoffelpflanzen im Vergleich zu Kontrollen den Knollenertrag, das Pflanzenwachstum und die Qualität. Darüber hinaus steigerte die Anwendung von Se zusammen mit unterschiedlichen N-Zusätzen letztendlich die Kartoffelproduktivität im Vergleich zu Se oder N allein23. In ähnlicher Weise erhöhte sich die Kornausbeute, wenn Se eingesetzt wurde; Diese Anwendung war auf niedrigen Niveaus von Bedeutung24.

Der Gesamt-OMS-Gehalt nahm mit steigenden Se-Konzentrationen zu, möglicherweise aufgrund der Stimulierung des Wurzelwachstums oder der mikrobiellen Biomasse. Dieser Effekt zeigte eine Abnahme in der folgenden Reihenfolge: Se3 > Se2 > Se1 > Kontrolle. Die Zugabe von K-Humat durch Blattapplikation erhöhte den OMS-Gehalt (%) deutlich (Tabelle 6). Die Anwendung von Se erhöhte auch den Gehalt an nicht-enzymatischen Antioxidantien; Bei Se-Konzentrationen von 12 × 10–3 und 63 × 10–3 mM waren die Anstiege jedoch unbedeutend. Die höchsten Werte für nicht-enzymatische Antioxidantien wurden bei Se-Konzentrationen von 88 × 10−3 mM beobachtet. Die Anwendung von K-Humat zusammen mit Se verstärkte die nach der alleinigen Anwendung von Se beobachteten Effekte nicht wesentlich. Analysen unter Verwendung der Summe der Mittelwerte stimmten vollständig mit diesen Ergebnissen überein.

Se steigerte den Gesamtphenolgehalt positiv, wobei die Effekte in der folgenden Reihenfolge abnahmen: Se3 > Se2 > Se1 > Kontrolle. Darüber hinaus wurde dieser Effekt bei gleichzeitiger Anwendung von K-Humat deutlich verstärkt. Die Analyse anhand der Summe der Mittelwerte ergab vergleichbare Ergebnisse. Se verbessert die Fähigkeit von Pflanzen, mit Stress umzugehen, indem es die antioxidative Kapazität der Pflanzenzellen durch die Hochregulierung antioxidativer Enzyme wie CAT, SOD und GSH-Px stimuliert. Se erhöht auch die Synthese von PCs, GSH, Prolin, Ascorbat, Alkaloiden, Flavonoiden und Carotinoiden. Se kann auch die spontane Dismutation des Superoxidradikals in H2O2 induzieren. Eine erhöhte antioxidative Kapazität kann die Lipidperoxidation reduzieren, indem sie die ROS-Ansammlung unter metallinduzierten oxidativen Stressbedingungen verringert25. Die Anwendung von Se mittels Blattspray führte ebenfalls zu einem Anstieg der Rosmarinsäurekonzentration20.

Nach der Anwendung von Se stiegen die Se-Bodenkonzentrationen an. Die Auswirkungen der Se-Konzentrationen nahmen in der folgenden Reihenfolge ab: Se3 > Se2 > Se1 > Kontrolle. Die zusätzliche Gabe von K-Humat verstärkte diese Effekte deutlich (Tabelle 7). Die Behandlung mit K-Humat, die zu einem erhöhten Se-Gehalt im Boden führte, kann auf experimentelle Fehler zurückzuführen sein. Der erhöhte Se-Gehalt im Stroh oder in den Samen kann jedoch auf die verstärkte stimulierende Bewegung vom Boden zu verschiedenen Teilen der Pflanze zurückzuführen sein. Der Se-Strohgehalt nahm mit zunehmender Se-Blattanwendung zu; Dieser Effekt nahm in der folgenden Reihenfolge ab: Se3 > Se2 > Se1 > Kontrolle. Die gleichzeitige Anwendung von K-Humat verstärkte die nach der alleinigen Anwendung von Se beobachteten Effekte. Die gesamte Se-Konzentration erhöhte auch Se-Samen wie Se-Stroh für Se allein, Se mit K-Humat und die Verwendung der Summe der Mittelwerte für die Analyse.

Die höchsten Cr-Konzentrationen wurden in Kontrollpflanzen beobachtet, gefolgt von Se2 > Se3 > Se1. Als Reaktion auf die Se-Anwendung nahm der Cr-Strohgehalt ab (Tabelle 8). Der Unterschied zwischen Se2 und Se3 war unbedeutend. Die Zugabe von K-Humat führte zu einem deutlichen Anstieg des Cr-Strohs in der folgenden Reihenfolge: Kontrolle > Se3 > Se2 > Se1. Dies kann auf die verstärkte stimulierende Bewegung von Cr vom Boden zu verschiedenen Teilen der Pflanze zurückzuführen sein. Die Ergebnisse der Se-Behandlungen variierten je nach Vorhandensein von K-Humat. Cr-Seeds nahmen in der folgenden Reihenfolge ab: Se2 > Se3 > Se2 > Kontrolle. Die Zugabe von K-Humat erhöhte den Cr-Keimgehalt im Vergleich zu Se allein; Der Unterschied zwischen Se2 und Se3 war jedoch unbedeutend. Die Analyse anhand der Summe der Mittelwerte ergab keine signifikanten Unterschiede.

Durch unterschiedliche Auftragungsraten von Se auf Fe-Stroh wurden variable Effekte erzeugt, und dieser Effekt wurde in der folgenden Reihenfolge beobachtet: Se3 > Se1 > Kontrolle > Se2 (Tabelle 9). Die Unterschiede zwischen Kontrolle, Se1 und Se2 waren unbedeutend. K-Humat führte zu einem signifikanten Anstieg der Konzentrationen von Fe-Stroh in der folgenden Reihenfolge: Kontrolle > Se3 > Se2 > Se1. Unterschiede zwischen Kontrolle und Se3 sowie Se1 und Se2 waren unbedeutend. Die Analyse anhand der Summe der Mittelwerte verlief ähnlich. Weder Se noch Se mit K-Humat-Anwendungen führten zu signifikanten Veränderungen in Fe-Samen. Die Analyse anhand der Summe der Mittelwerte verlief ähnlich. Eine geringe Konzentration der Se-Anwendung kann die Pflanzenproduktivität steigern und die Phytoremediation fördern, indem sie die Stresstoleranz der Pflanzen verbessert und die Photosynthese steigert25. Darüber hinaus wurde ein signifikanter Anstieg der Konzentrationen von Fe und S in Reiskörnern beobachtet, die unter N-limitierenden Bedingungen angebaut wurden, während Ca unabhängig von der N-Versorgung mit Se behandelt wurde21.

Die Anwendung von Se verringerte den Mn-Strohgehalt, und dieser Effekt wurde in der folgenden Reihenfolge beobachtet: Kontrolle > Se2 > Se1 > Se3. Es wurde kein signifikanter Unterschied zwischen Kontrolle und Se1 festgestellt (Tabelle 10). Im Gegensatz dazu reduzierte die K-Humat-Zugabe die Mn-Strohkonzentrationen in der folgenden Reihenfolge weiter: Kontrolle > Se1 > Se3 > Se2. Die Kontrolle und Se1 unterschieden sich nicht signifikant, wenn die Summe der Mittelwerte für die Analyse verwendet wurde. Ebenso wurde kein signifikanter Unterschied zwischen Se1 und Se3 festgestellt. Die Anreicherung von Mn in den Samen variierte je nach Behandlung in der folgenden Reihenfolge: Kontrolle > Se2 > Se3 > Se1. Die Zugabe von K-Humat änderte diese Reihenfolge in die folgende Reihenfolge: Kontrolle > Se2 > Se1 > Se3. Bei Verwendung der Summe der Mittelwerte für die Analyse wurden keine signifikanten Unterschiede zwischen Se2 und Se3 beobachtet. Zuvor erhöhte die Anwendung von Se die Konzentrationen von Mg und Molybdän in Körnern, die in 16 und 24 mM N gezüchtet wurden, im Vergleich zu Pflanzen mit begrenztem Stickstoffgehalt21.

Die Anwendung von Se2 – der mittleren Se-Konzentration – führte zu der höchsten Anreicherung im Zn-Stroh, und dieser Effekt wurde in der folgenden Reihenfolge beobachtet: Se2 > Se1 > Kontrolle > Se3 (Tabelle 11). Die Anwendung von K-Humat mit Se führte im Vergleich zur alleinigen Anwendung von Se zu einigen unbedeutenden Abweichungen. Kontrolle, Se1 und Se3 unterschieden sich unwesentlich, wenn die Summe der Mittelwerte für die Analyse verwendet wurde. Die Zn-Konzentrationen in den Samen wurden nach der Se-Anwendung verringert. K-Humat mit Se-Blattapplikation veränderte die Zn-Konzentration in den Samen mit Auswirkungen in der folgenden Reihenfolge: Kontrolle > Se3 > Se1 > Se2. Der Unterschied zwischen Se1 und Se3 war unbedeutend. Darüber hinaus wurden unbedeutende Unterschiede in den Zn-Konzentrationen nach der Anwendung von Se1, Se2 und Se3 festgestellt, wenn die Summe der Mittelwerte für die Analyse verwendet wurde. Geringe Se-Konzentrationen steigern möglicherweise die Pflanzenproduktivität und die Fähigkeit zur Phytoremediation, indem sie die Stresstoleranz der Pflanzen verbessern und die Photosynthese steigern25.

Steigende Konzentrationen von Se von 12 × 10–3 auf 88 × 10–3 mM erhöhten die Konzentration von Cu-Keimen, und dieser Effekt wurde in der folgenden Reihenfolge beobachtet: Se1 > Kontrolle > Se2 > Se3, wie in Tabelle 12 gezeigt. Anwendung von Se mit K-Humat zeigten signifikante Veränderungen im Cu-Strohgehalt in der folgenden Reihenfolge: Se1 > Se2 > Kontrolle > Se3. Bei Verwendung der Summe der Mittelwerte für Analysen wurden keine signifikanten Unterschiede beobachtet. Im Gegensatz dazu führte die Blattapplikation von Se zu einem Anstieg der Cu-Samen bei Konzentrationen von Se1 und Se3; jedoch wurde bei 63 × 10−3 mM (Se2) eine Verringerung der Cu-Keime beobachtet. K-Humat mit Se führte gleichzeitig zu einem erhöhten Cu-Keimgehalt, wobei die Auswirkungen in der folgenden Reihenfolge abnahmen: Se3 > Se1 > Kontrolle > Se2. Die Mittelwertsummenanalyse zeigte keine signifikante Variation zwischen Kontrolle und Se2. Zuvor führte die Anwendung von Se zu einer Verringerung der Cu-Konzentration in Körnern, die in 16 und 24 mm N angebaut wurden, im Vergleich zu Pflanzen mit begrenztem N-Gehalt21.

Diese Studie konzentrierte sich auf die Reaktionen von Haferpflanzen auf die Blattapplikation von Se (12 × 10–3, 63 × 10–3 und 88 × 10–3 mM) mit und ohne gleichzeitige Applikation von K-Humat (2,3 mM). Als relevante Endpunkte wurden mehrere Parameter verwendet, darunter NPK-Konzentrationen in Boden und Pflanzen, Haferertrag, organische Bodensubstanz, nicht-enzymatische Antioxidantien und Gesamtphenole, Se-Konzentration in Boden und Pflanzen sowie Cr, Fe, Mn, Zn und Cu in Haferstroh und Samen. Die Se-Supplementierung erhöhte die Verfügbarkeit von N und P im Boden und die Gesamtkonzentrationen im Pflanzenstroh und in den Samen. Die zusätzliche Anwendung von K-Humat verstärkte diese Effekte. Unterschiedliche Se-Konzentrationen führten zu proportionalen Anstiegen im K-Boden, jedoch nicht im Pflanzenstroh oder in den Samen. Die Anwendung von K-Humat mit Se verstärkte die Wirkung im Boden, jedoch nicht in K-Stroh oder K-Samen. Der Einsatz von Se steigerte die Ausbeute erheblich, der gleichzeitige Einsatz von K-Humat steigerte diesen Effekt jedoch nicht wesentlich. Darüber hinaus wurden bei der Se-Anwendung mit und ohne K-Humat nur signifikante Reaktionen auf die Samenproduktivität und die Pflanzenlänge beobachtet. OMS war proportional zur Se-Anwendung mit und ohne K-Humat, ebenso wie die Gesamtphenole. Umgekehrt war der Gehalt an nicht-enzymatischen Antioxidantien proportional zur Se-Anwendung, die K-Humat-Zugabe zeigte jedoch keinen signifikanten Einfluss. Der Gesamt-Cr-Gehalt wurde durch die Anwendung von Se und K-Humat reduziert, und Fe in Stroh und Samen variierte je nach Behandlung. Der Mn-Gehalt von Stroh und Samen wurde als Reaktion auf die Blattapplikation von Se und K-Humat reduziert, und die mittleren Konzentrationen von Se (Se2) führten zu der höchsten Anreicherung von Zn und die Reihenfolge der Effekte war in der folgenden Reihenfolge: Se2 > Se1 > Kontrolle > Se3. Die Zn-Konzentration in Hafersamen wurde durch Se-Supplementierung reduziert. Erhöhungen der Se-Konzentrationen von 12 × 10–3 auf 88 × 10–3 mM reduzierten die Cu-Keime, und die Se-Anwendung mit K-Humat führte nur zu unbedeutenden Erhöhungen des Cu-Strohgehalts in der folgenden Reihenfolge: Se1 > Se2 > Kontrolle > Se3. Durch die zusätzliche Anwendung von K-Humat änderte sich diese Reihenfolge zu Se3 > Se1 > Kontrolle > Se2.

Zukünftige Untersuchungen werden durchgeführt, um das Haferwachstum und die Produktivität in Randumgebungen durch die Blattapplikation von Selen und K-Humat zu maximieren, in denen Randwasser aufgrund des globalen Klimawandels möglicherweise ausgebeutet wird.

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

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Diese Arbeit wurde vom Desert Research Center finanziert. Die Autoren danken der Egyptian Knowledge Bank (EKB) für die Bereitstellung eines kostenlosen Korrekturlesedienstes.

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Abteilung für Bodenfruchtbarkeit und Mikrobiologie, Abteilung für Wasserressourcen und Wüstenböden, Wüstenforschungszentrum, El-Matariya, Kairo, 4540031, Ägypten

Reha H. Hegab

Abteilung für Bodenphysik und -chemie, Abteilung für Wasserressourcen und Wüstenböden, Wüstenforschungszentrum, El-Matariya, Kairo, 4540031, Ägypten

Doaa Eissa & Ahmed Abou-Shady

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AA-S. war am Schreiben des Haupttextes des Manuskripts beteiligt und alle Autoren überprüften das Manuskript. DE, beteiligte sich am Schreiben des Manuskripttextes, bereitete Tabellen vor und alle Autoren überprüften das Manuskript. RH beteiligte sich am Schreiben des Haupttextes des Manuskripts, bereitete Tabellen vor und alle Autoren überprüften das Manuskript.

Korrespondenz mit Ahmed Abou-Shady.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Hegab, RH, Eissa, D. & Abou-Shady, A. Auswirkungen der Blattapplikation von Selen und Kaliumhumat auf das Haferwachstum in Baloza, Nord-Sinai, Ägypten. Sci Rep 12, 15119 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-19229-x

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Eingegangen: 5. Februar 2022

Angenommen: 25. August 2022

Veröffentlicht: 06. September 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-19229-x

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Zeitschrift für Bodenkunde und Pflanzenernährung (2023)

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