White plastic mulch in high and low trellis improves light microclimate, growth, ecophysiological and biomass parameters, and production in hops under tropical conditions climate
تُظهر هذه الدراسة أن استخدام التغطية البلاستيكية البيضاء (المالتش) في كل من أنظمة التعريش العالية والمنخفضة يعزز بشكل كبير من انعكاس الضوء، والأداء الفسيولوجي، وإنتاج الكتلة الحيوية لثمار الجنجل المزروعة في المناخات الاستوائية، مما يحسن من جدوى المحصول خارج مناطق نموه المعتدلة الأصلية.
المؤلفون الأصليون:Rosana Maria dos Santos Nani de Miranda, Larissa Crisostomo de Souza Barcellos, Diesily de Andrade Neves, Amanda Lúcia Pereira Machado da Silva, Claudio Martins de Almeida, Guilherme Augusto RodriguesRosana Maria dos Santos Nani de Miranda, Larissa Crisostomo de Souza Barcellos, Diesily de Andrade Neves, Amanda Lúcia Pereira Machado da Silva, Claudio Martins de Almeida, Guilherme Augusto Rodrigues de Souza, Miroslava Rakocevic, Eliemar Campostrini
المؤلفون الأصليون: Rosana Maria dos Santos Nani de Miranda, Larissa Crisostomo de Souza Barcellos, Diesily de Andrade Neves, Amanda Lúcia Pereira Machado da Silva, Claudio Martins de Almeida, Guilherme Augusto Rodrigues de Souza, Miroslava Rakocevic, Eliemar Campostrini
تُعد حشيشة الدينار (الجنجل) هي الأزهار التي تمنح الجعة مرارتها المميزة ورائحتها، وهي مكون حيوي لا تستطيع المصانع استبداله. لقرون، زُرعت هذه النباتات في المناخات المعتدلة والباردة في نصف الكرة الشمالي، حيث تناسب الأجواء احتياجاتها بشكل طبيعي. ومع ذلك، مع نمو الطلب العالمي على الجعة، يتساءل العلماء والمزارعون عما إذا كانت هذه النباتات المعتدلة يمكن أن تزدهر في المناطق الاستوائية الأكثر حرارة. ويكمن التحدي في الضوء؛ فحشيشة الدينار هي نباتات متسلقة تحتاج إلى الكثير من ضوء الشمس لتنمو طويلاً وتنتج الأزهار، ولكن في المناطق الاستوائية، تكون الشمس شديدة ويمكن للحرارة أن تسبب إجهاداً للنباتات. علاوة على ذلك، غالباً ما تقع الأجزاء السفلية من النبات في الظل، مما يحرمها من الطاقة التي تحتاجها للنمو. ويبحث الباحثون الآن فيما إذا كان إجراء تغييرات بسيطة في كيفية تغطية الأرض أو كيفية دعم الكروم يمكن أن يخلق بيئة أفضل لهذه النباتات في المناخات الدافئة.
في دراسة حديثة أجريت في ولاية ريو دي جانيرو الاستوائية في البرازيل، اختبر فريق من العلماء فكرة محددة: هل يمكن لعكس ضوء الشمس مرة أخرى نحو الأجزاء السفلية من نبات حشيشة الدينار أن يساعده على النمو بشكل أفضل؟ لقد ركزوا على صنف شائع يسمى "ياكيما جولد" (Yakima Gold) وأقاموا تجربة لمعرفة كيف سيؤثر أسلوبان مختلفان لإدارة التربة والكروم على صحة النبات. قارن الباحثون بين نوعين من الدعامات، أو هياكل دعم الكروم: نظام رأسي طويل وتقليدي، ونظام أفقي منخفض. كما قارنوا بين نوعين من غطاء الأرض: ترك التربة عارية مقابل تغطيتها بلفافة من البلاستيك الأبيض. يعمل هذا البلاستيك الأبيض مثل المرآة، حيث يعكس ضوء الشمس الذي كان سيتم امتصاصه بواسطة الأرض الداكنة ويرسله للأعلى باتجاه الأوراق.
قاس الفريق كمية الضوء التي وصلت بالفعل إلى الأغصان السفلية من النباتات طوال اليوم. ووجدوا أن غطاء البلاستيك الأبيض أحدث فرقاً هائلاً؛ ففي القطع الزراعية التي استخدمت البلاستيك الأبيض، زادت كمية الضوء المنعكس نحو الجزء السفلي من الغطاء النباتي بنسبة 6CD% مقارنة بقطع التربة العارية. ولم يكتفِ هذا الضوء الإضافي بالبقاء هناك فحسب، بل استجابت النباتات له على الفور. فقد نمت حشيشة الدينار المزروعة مع البلاستيك الأبيض والضوء المنعكس بشكل أطول بكثير وأنتجت كمية أكبر بك كثيراً من إجمالي المادة النباتية. وتحديداً، كانت النباتات ذات البلاستيك الأبيض أثقل بنسبة 40% في إجمالي الكتلة الحيوية مقارنة بتلك الموجودة على التربة العارية. كما شهدت الأزهار، أو المخاريط، وهي الجزء الثمين من المحصول، دفعة قوية، حيث زاد الإنتاج بنسبة 34% في المعاملات التي استخدمت البلاستيك الأبيض.
وبعيداً عن مجرد زيادة الحجم، أصبحت النباتات أكثر كفاءة في عملها اليومي. فقد قاس الباحثون كيفية تنفس الأوراق ومعالجة الطاقة، من خلال مراقبة كمية ثاني أكسيد الكربون التي تمتصها وكمية الماء التي تطلقها. استنشقت حشيشة الدينار ذات الغطاء البلاستيكي الأبيض المزيد من ثاني أكسيد الكربون وفتحت مسام أوراقها على اتساع لتسمح بدخول هذا الغاز، وهو أمر ضروري للنمو. كما أطلقت المزيد من بخار الماء، وهي علامة على أنها كانت تبرد نفسها بنشاط وتحرك العناصر الغذائية عبر نظامها. حدثت هذه الزيادة في النشاط رغم نمو النباتات في مناخ استوائي حار حيث يشيع هذا النوع من الإجهاد. وقد أظهرت الدراسة أنه من خلال تغيير غطاء الأرض ببساطة، خلق الباحثون مناخاً محلياً أفضل سمح للنباتات بالعمل كما لو كانت في مناطقها الأصلية الباردة.
كما بحثت الدراسة في لون وصحة الأوراق باستخدام مستشعرات خاصة تقيس كيفية ارتداد الضوء عن سطح النبات. كانت النباتات ذات الغطاء البلاستيكي الأبيض ذات أوراق أكثر اخضراراً، مما يشير إلى احتواؤها على مزيد من الكلوروفيل، وهو الصبغة الخضراء التي تلتقط ضوء الشمس. هذا الاخضرار الإضافي يعني أن النباتات كانت مجهزة بشكل أفضل لاستخدام الضوء المنعكس لتغذية نموها. ومن المثير للاهتمام أن الطريقة التي رتبت بها الكروم على الدعامات كانت أقل أهمية من غطاء الأرض. فقد نجحت كل من الدعامات الرأسية الطويلة والدعامات الأفقية المنخفضة عند اقترانهما بالبلاستيك الأبيض، مما يشير إلى أن مفتاح النجاح في المناطق الاستوائية كان انعكاس الضوء وليس ارتفاع الهيكل.
بينما نمت النباتات بشكل أسرع وأنتجت أكثر، أشارت الدراسة أيضاً إلى وجود مقايضة فيما يتعلق بالمياه. فقد استخدمت النباتات ذات الغطاء البلاستيكي الأبيض الماء بحرية أكبر، حيث أطلقت المزيد منه عبر أوراقها لدعم نموها السريع وتبريدها. وفي المقابل، كانت النباتات على التربة العارية أكثر تحفظاً في استخدام الماء، حيث احتفظت به بشكل أكبر قليلاً، لكن هذا الحذر جاء على حساب النمو الأبطأ والأزهار الأقل. وهذا يشير إلى أنه في بيئة استوائية حيث تتوفر المياه، فإن أفضل استراتيجية لحشيشة الدينار هي تعظيم الضوء والنمو بدلاً من محاولة الحفاظ على كل قطرة ماء. وتخلص الدراسة إلى أن استخدام غطاء البلاستيك الأبيض هو وسيلة عملية وفعالة لمساعدة حشيشة الدينار على التكيف مع المناخات الاستوائية، مما يوفر مساراً واعداً لزراعة هذا المحصول المعتدل في أجزاء جديدة ودافئة من العالم.
ملخص تقني: إدارة الغطاء البلاستيكي الأبيض وتدريج السقالات في زراعة الجنجل في المناطق الاستوائية
بيان المشكلة يعتبر نبات الجنجل (Humulus lupulus L.) من النباتات الأصلية للمناخات المعتدلة، حيث يُستهلك حوالي 98% من إنتاجه العالمي في صناعة التخمير. وتطرح زراعة الجنجل في المناطق الاستوائية، مثل البرازيل، تحديات كبيرة بسبب الاختلافات في توزيع شدة الضوء، ودرجة الحرارة، وظروف التربة. وبينما أظهرت الابتكارات التكنولوجية في إدارة المحاصيل نتائج واعدة في تكييف المحاصيل المعتدلة مع المناطق الاستوائية وشبه الاستوائية، إلا أن التأثيرات المحددة لغطاء التربة وهندسة السقالات (التدريج) على طبقة المظلة السفلية للجنجل في المناخات الاستوائية لا تزال غير مستكشفة علمياً. وبشكل محدد، هناك نقص في البيانات المتعلقة بكيفية تأثير الغطاء البلاستيكي الأبيض (WM) وأنظمة السقالات المنخفضة (الأفقية) مقابل العالية (الرأسية) على توزيع كثافة تدفق الفوتونات الضوئية (PPFD)، وتبادل الغازات الورقية، والخصائص الطيفية، والكتلة الحيوية النهائية في الظروف الاستوائية.
المنهجية أُجريت الدراسة في جامعة ولاية شمال فلومينينسي (UENF) في كامبوس دوس غوياتاكازيس، البرازيل، بين مارس ويوليو 2021. استخدمت التجربة صنف "ياكيما جولد" (Yakoma Gold) من الجنجل تحت مناخ استوائي شبه جاف (تصنيف كوبن-جيجر Aw).
اعتمد التصميم التجريبي على تخطيط الكتل العشوائية لأربعة معاملات إدارية تشكلت من تقاطع نظامي السقالات ونوعين من غطاء التربة:
أنظمة السقالات (التدريج):
السقالة الرأسية (Vt): تُدرب النباتات رأسياً حتى ارتفاع 5 أمتار.
السقالة الأفقية (Ht): تُدرب النباتات بشكل مائل حتى ارتفاع 2 متر، ثم أفقياً، لتصل إلى طول محور رئيسي يبلغ 5 أمتار.
أغطية التربة:
التربة العارية (BS): تربة خالية من النباتات.
الغطاء البلاستيكي الأبيض (WM): بلاستيك مزدوج الجوانب (أبيض/أسود) بسمك 25 ميكرون، مع توجيه الجانب الأبيض للأعلى.
القياسات والتحليل:
البيئة الضوئية: تم قياس كثافة تدفق الفوتونات الضوئية (PPFD) عند ارتفاع 2 متر (المظلة القاعدية) باستخدام مقياس كمي لشريط الضوء الكمي لتقييم الضوء الساقط خارج المظلة (PPFDoc)، والضوء الساقط داخل المظلة (PPFDic)، والضوء المنعكس داخل المظلة (PPFDref).
ديناميكيات النمو: تمت مراقبة ارتفاع النبات وطول الأوراق أسبوعياً وكل ثلاثة أيام على التوالي.
الفيزيولوجيا: تم قي-اس تبادل الغازات الورقية (صافي التمثيل الضوئي A، التوصيل الثغري $gs،النتحE$، كفاءة استخدام المياه الداخلية واللحظية) باستخدام جهاز تحليل الأشعة تحت الحمراء المحمول للغازات.
الخصائص الطيفية: تم تسجيل مؤشر SPAD (محتوى الكلوروفيل) ومؤشرات الانعكاس الطيفي للأوراق (مؤشر الانعكاس الكيميائي الضوئي - PRI، مؤشر الفرق الطبيعي التراكمي - CNDVI، ومؤشر توازن مياه الأوراق - WBI).
الكتلة الحيوية والإنتاج: شملت القياسات النهائية مساحة الأوراق، والكتلة الجافة للفروع والأوراق، وكتلة المخاريط الطازجة (Pc).
التحليل الإحصائي: حُللت البيانات باستخدام تحليل التباين (ANOVA) ذو العاملين الثابتين في برنامج R، مع اختبارات "توكي" (Tukey) للمقارنات المتعددة.
النتائج الرئيسية
توزيع الضوء: أدى استخدام الغطاء البلاستيكي الأبيض إلى زيادة الضوء المنعكس (PPFDref) داخل طبقة المظلة المنخفضة بنسبة 66% مقارنة بالتربة العارية. لوحظت هذه الزيادة في قياسات الصباح ومنتصف النهار في كلا نظامي السقالات.
النمو والكتلة الحيوية: حسنت معاملات الغطاء البلاستيكي الأبيض (WM) بشكل كبير من ارتفاع النبات والكتلة الحيوية الإجمالية. وصل ارتفاع النباتات تحت معاملة WM إلى حوالي 3.77 م (في نظام Vt/WM) و 2.14 م (في نظام Ht/WM)، مع تراكم 65.40 جم من إجمالي الكتلة الجافة لكل نبات، مما يمثل زيادة بنسبة 40% عن معاملات التربة العارية.
الأداء الفيزيولوجي:
التمثيل الضوئي: زاد صافي التمثيل الضوئي للأوراق (A) بنسبة 13% مع استخدام الغطاء البلاستيكي الأبيض.
تبادل الغازات: زاد التوصيل الثغري ($gs)بنسبة∗∗37E$) بنسبة 21% تحت معاملة WM مقارنة بـ BS.
كفاءة استخدام المياه: من المثير للاهتمام أن كفاءة استخدام المياه الداخلية واللحظية (iWUE و WUE) كانت أعلى في معاملات التربة العارية خلال الصباح، ويعزى ذلك إلى انخفاض معدلات النتح بالنسبة للتمثيل الضوئي. ومع ذلك، كانت المعدلات المطلقة لتمثيل الكربون وفقدان الماء أعلى في معاملات WM، مما يشير إلى استراتيجية تهدف إلى تعظيم التمثيل الضوئي عند توفر المياه بدلاً من الحفاظ عليها.
المؤشرات الطيفية: أدت معاملات WM إلى ارتفاع مؤشرات SPAD وتحسن مؤشرات الانعكاس الطيفي للأوراق (CNDVI، WBI)، مما يشير إلى تعزيز محتوى الكلوروفيل وتحسن حالة المياه في الأوراق. أظهر نظام السقالات الأفقية (Ht) باستمرار مؤشرات SPAD أعلى من النظام الرأسي (Vt)، كما أظهر نظام Ht أيضاً قيم PRI أعلى بشكل عام، مما يشير إلى كفاءة تبديد الطاقة.
الإنتاج: زاد إنتاج المخاريط (Pc) بنسبة 34% مع استخدام الغطاء البلاستيكي الأبيض. لوحظ أعلى إنتاج في معاملة Vt/WM (385 جم للنبات الواحد)، يليه Ht/WM (231 جم للنبات الواحد).
الأهمية والادعاءات يدعي المؤلفون أن هذه الدراسة تقدم أول دليل علمي حول كيفية تأثير الغطاء البلاستيكي الأبيض وإدارة السقالات على المناخ المحلي للمظلة السفلية للجنجل في الظروف الاستوائية. وتكمن الأهمية الأساسية في إثبات أن الممارسات الزراعية المستدامة يمكن أن تتغلب على القيود التقليدية لزراعة الجنجل في المناخات الاستوائية.
خلصت الدراسة إلى ما يلي:
يعمل الغطاء البلاستيكي الأبيض بفعالية على زيادة الضوء المنعكس (PPFDref) في طبقة المظلة السفلية، وهو أمر بالغ الأهمية للتطور المورفوفيزيولوجي للجنجل، وهو نبات متسلق ذو مظلة كثيفة.
هذا البيئة الضوئية المحسنة تحفز بناء الكلوروفيل، وتحسن تبادل الغازات في الأوراق، وتعزز بشكل كبير تراكم الكتلة الحيوية وإنتاج المخاريط.
بينما عززت السقالات الرأسية عموماً النمو الخضري والإنتاج، أظهرت السقالات الأفقية باستمرار مؤشرات SPAD أعلى، مما يشير إلى أن كلا النظامين قابلان للتطبيق عند دمجهما مع الغطاء العاكس، رغم اختلاف استجاباتهما الطيفية.
يوفر الجمع بين الغطاء البلاستيكي الأبيض (WM) مع أي من نظامي السقالات (الرأسي أو الأفقي) مساراً قابلاً للتطبيق لتوسيع زراعة الجنجل في المناطق الاستوائية، مما يحول محصولاً معتدلاً إلى خيار مجدٍ تجارياً في البرازيل والمناخات المماثلة.
تشير الدراسة بتواضع إلى أنه بينما كانت مقاييس كفاءة استخدام المياه أقل في معاملات WM (بسبب ارتفاع النتح)، فإن هذا يعكس استراتيجية فيزيولوجية لتعظيم اكتساب الكربون في ظل توافر المياه، وليس استجابة لعجز مائي. وتشير النتائج إلى أن إدارة انعكاس الضوء عند مستوى الأرض هي عامل حاسم في تحسين إنتاج الجنجل في البيئات الاستوائية.