ניסוי ביוסטימולנטים חממה אקולוגית עין שמר 2021

הדפס עמוד זה

        

השפעת ביוסטימולנטים על מערכת השורשים

אילה ברקן – יועצת חקלאית, ונעמה גולן – M.Sc באקולוגיה ואיכות סביבה, חוקרת בחממה אקולוגית עין שמר

בעבודה זו נבחנו ארבעה תכשירי ביוסטימולנטים מסחריים, המבוססים על מיקרואורגניזמים, אצות ומיצויי צמחים שונים, על מדדי הצימוח והתפתחות מערכת השורשים בזריעי אבוקדו של כנת אשדות 117.

רקע מדעי

האבוקדו הוא פרי ממשפחת העריים (LAURACEAE) ומוצאו ממקסיקו ומרכז אמריקה. כל סוגי עצי האבוקדו נמנים על מין בוטני אחד הנקרא Persea Americana Mill .משנות החמישים של המאה הקודמת ועד היום חלה התפתחות רבה בגידול עצי אבוקדו בישראל למטרות מסחריות. ממספר חלקות תצפית ומטעים קטנים בראשית שנות החמישים ל 140 אלף דונם נטועים כיום.

שורשי האבוקדו מאופיינים במבנה מורפולוגי ייחודי: הם מחוסרי יונקות, בעלי דרגת הסתעפות נמוכה במיוחד והמסה העיקרית שלהם מצויה בשכבת הקרקע העליונה. לתכונות אלו משמעות פוטנציאלית שלילית לגבי קליטת מים וחומרי הזנה, שכן שטח השורש הפעיל בקליטה מצומצם ומערכת השורשים חשופה לתנודות של תנאי הסביבה. מכיוון שחוסר יונקות משמעו קליטה רק בקצות השורש הצעיר, הגדל, הרי שפגיעה בגדילת השורשים והתחדשותם עלולה לגרום לפגיעה ניכרת ביכולת הקליטה של כל המערכת. מכיוון שרקמת קצה השורש הפעילה בגדילה ובקליטה אחראית לביוסינתזה של הורמוני גידול והסעתם לנוף, עיכוב גידול של השורש עלול להפחית, בנוסף לאספקת מים ומינרלים, גם אספקת חומרים מווסתי צמיחה לנוף, גורם שעלול להשפיע על הצימוח והיבול.

מיקרוביום

צמחים ובעלי חיים מהווים אתר מחיה של מספר גדול מאוד של מיקרואורגניזמים מסוגים ומינים רבים המשתייכים למגוון רחב של משפחות ותת-משפחות. לכל אתר אכלוס יש מיקרוביום אופייני משלו, שמורכב מתערובות של מיקרואורגניזמים לסוגיהם השונים: חיידקים, נגיפים ופטריות. בין בעלי החיים והצמחים לבין המיקרוביום שלהם מתקיימים יחסי גומלין הדדיים באופן רצוף שלרוב מביאים תועלת לשני הצדדים, למעט מקרים שבהם נגרם נזק למאכלס כתוצאה מהפרה של המאזן הקיים במערכת ביולוגית מסוימת. ידוע כיום שלמיקרוביום בחלקי הצמח החיצוניים והפנימיים יש תפקיד מרכזי בעיצוב פני כדור הארץ – החל מהצמחייה הטבעית ומערכות הייצור החקלאיות ועד בריאות האדם. ככל שהמחקר בנושא זה הולך ומעמיק, קשה לדמיין איך יתקיים בעל חיים או צמח כישות נפרדת מהמיקרוביוטה המאכלסת אותו. הידע הקיים על הקשר ההדוק בין מיקרואורגניזמים ובין צמחים, בחלקיהם השונים על-קרקעיים ותת-קרקעיים הוא עצום. יחסי הגומלין (סימביוזה) בין הצמח לבין כלל המיקרואורגניזמים המאכלסים אותו יכולים להיות טפיליים (פרזיטיים/פתוגניים) שיתופיים/הדדיים (מוטואליזם) או קומונסליים (רק צד אחד מפיק תועלת מהקשר). קשר זה מתבטא בהשפעה על עמידות הצמח לפתוגניים, באספקה של חומרי מזון ובייצור הורמונים המבקרים תהליכים התפתחותיים שונים בצמח. על כן יש היום הסכמה הולכת ומתרחבת בקרב ביולוגים העוסקים באבולוציה, שהגנים של צמחים או בעלי חיים והגנים של האורגניזמים החיים בסימביוזה איתם קשורים אלה באלה.

ביוסטימולנטים

ביו-סטימולנטים הוא תחום יחסית חדש שטרם הוגדר באופן רשמי. יחד עם זאת, אפשר למצוא בספרות המדעית הגדרות. כך למשל, בשנת 2007 החוקר קאופמן ושותפיו הגדירו במחקר עמיתים את הביו-סטימולנטים כ “חומרים, שאינם דשנים, שמעודדים את התפתחות הצמחים כאשר הם מיושמים בכמויות קטנות.”

הגדרה זו עולה בקנה אחד עם ההגדרה של החוקרים זאנג ושמידט שגם הם הדגישו את ההבחנה שבין דשנים לבין ביו-סטימולנטים. המועצה האירופית לתעשיית הביו-סטימולנטים מתארת או הביו-סטימולנטים כ”חומרים ו/או מיקרואוגניזמים, ו/או מיצויי צמחים שכאשר מיישמים אותם על צמחים או על הריזוספירה (=מערכת אקולוגית של שורשים) מעוררים תהליכים טבעיים.

חומרים ו/או מיקרואורגניזמים אלו משפרים את ספיגת חומרי ההזנה בצמחים, הם משפרים את עמידות הצמחים לעקה, הם מחזקים את הרכיבים הא -ביוטים בצמחים וגם את איכות היבול והתוצרת, וכל זאת מבלי לפגוע או לשנות את ההרכב או תוכן חומרי ההזנה”.

נכון להיום יש כמה קטגוריות של ביו-סטימולנטים, כאשר הפופולריים ביותר הם: חומצות הומיות ופלוביות, תמציות אצות, צואה מטופלת של בע”ח , מיצויי קומפוסט נוזלי וכן פטריות וחיידקים מועילים.

ביוסטימולנטים מבוססי אצות

תמציות של אצות ממינים שונים נוצרות בתהליכי הפקה שונים, הן מסיסות או נוזליות. מיצוי של אצות וצמחים מספקים חלבונים, מיקרו ומאקרו נוטריינטים ומינרליים המאיצים את התפתחות הצמחים בתהליך ביולוגי, תוך השפעה חיובית הן על מערכת השורשים והן על הצימוח. יתרה מכך, תמציות אלו מרחיקות מזיקים ומחזקות את עמידות בצמח גם בתנאי עקה.

ביוסטימולנטים מבוססי פטריות וחיידקים

 

אלו נוצרים ממיצוי של פטריות וחיידקים מועילים הקיימים בקרקעות והם מסייעים לצמיחת השורשים. למשל חיידקי Bacillus   וחיידקי Rhizobia. בטבע ידועים מינים רבים של פטריות וחיידקים המקיימים יחסי סימביוזה עם שורשי צמחים. כפי הנראה, למרבית הצמחים העילאיים בסביבה הטבעית יחסי סימביוזה עם מין אחד או יותר של מיקרואורגניזמים. הסימביוזה בין צמחים ממשפחת הקטניות לבין חיידקים קושרי חנקן (ריזוביום) היא דוגמא ידועה לסוג זה של יחסים. בשני העשורים האחרונים נפוצים יותר ויותר מוצרי מיקרואורגניזמים מועילים לחקלאות, מוצרי פטריות סימביוטיות (מיקוריזה) ספציפיים לגידול.  הצלחה מסחרית של תכשירים כאלה בהעלאת יבולים, תלויה במידה רבה במגוון אוכלוסיות המיקרואורגניזמים הטבעית שבקרקע, ובאינטראקציה עם אוכלוסיה טבעית זו (https://vgi.co.il/)

מיצויי צמחים כביוסטימולנטים

שימוש במיצויי צמחים ידוע ומקובל בחקלאות עוד מימי קדם. מיצויים אלה עשירים בפוליסכרידים, פיטוסטרולים, חומרים נוגדי חימצון וכן הורמונים צמחיים וחומרים המדמים הורמונים שכאלו. למיצויים אלו נודעות השפעות מגוונות על מבנה הקרקע ויכולתה לספוח מים ומינרלים, על חיוניות יצורי הקרקע המועילים ועל דיכוי יצורים מזיקים, וכן על ויסות תהליכי צמיחה ופריחה. מיצויים אלו פועלים על המנגנונים ההורמונליים של הצמחים בדרך של האצה וויסות פעילות. עוצמת התגובה של הצמח לחומרים אלו איננה תלויה בכמות החומר הפעיל שיושם, אלא במידת הדיוק של היישום (https://vgi.co.il/).

התכשירים המסחריים שנבחנו בעבודה

ביו גת אצות 30 – דשן גת

תמיסת מיצוי אצות ים ירוקות המכילה מעל 7% חומר אורגני של חברת דשן גת בעל יסודות הזנה ומיקרואלמנטים. ניתן לשלב ללא חשש בסוגי דשן נוזלי שונים הזורם בקלות דרך מערכות ההשקיה לסוגיהן.

יתרונות התכשיר: משפר את פוריות הקרקע וקליטת יסודות ההזנה, בתנאים מסוימים עשוי להקנות עמידות לצמח בפני מחלות ובקטריות, מגביר יכולת הצמח להתמודדות עם מצבי עקה, בתנאים מסוימים עשוי לשפר את איכות היבול (https://deshengat.co.il/).

KF- SERFICO –חברת  VGI

ביוסטימולנט של חברת VGI המכיל מיצוי של אצות, עשיר בחלבון ומינרלים, בשילוב עם מיצוי ספונין טבעי מצמחים מדבריים. מיצוי האצות הינו ספק של מיקרו ומאקרו נוטריינטים ושל חומרים שונים הפועלים כמאיצי צימוח. למיצוי צמחים מדבריים נודעת השפעה חיובית הפועלת כמאיץ ביולוגי בתהליכי השתרשות וצימוח, השפעה חיובית על אוכלוסיות המיקרו פאונה בקרקע וכן פעילות יעילה כמשטח המסייע להחדרת חומרים לרקמות הצמח.

יישום התכשיר דרך מערכת ההשקיה לקראת שתילה יסייע בהתבססות הגידול ובהשרשה טובה (https://vgi.co.il/)

XIO SOIL –  חברת קסיולג’יק

העיקרון שעומד מאחורי הפרוביוטיקה הוא, ששימוש בחיידקים חיים בלתי מזיקים ואף מועילים, מאפשר תחרות ודחיקה של פתוגנים שונים וגם מאפשר תמיכה בצמח על ידי שיפור ספיגת מינרלים בשורש על ידי יחסיים סימביוטיים. למעשה הפרוביוטיקה משפרת ומחזקת מנגנונים טבעיים ולכן משתלבת היטב במערך וסביבת הגידול (https://xiologic.com/).

WDS–  חברת GRACE BREEDING

התכשיר WDS  ( wide defence system) תומך בבריאות העץ ע”י חיזוק מערכת החיסון של העץ. בעזרת עידוד מערכות ההגנה של הצמח מאפשרים לו להתמודד טוב יותר עם מצבי עקה, ביניהם עקות ביוטיות, הנגרמות ע”י מזיקים שונים , ומפחית את הצורך בשימוש בחומרי הדברה . התכשיר מורכב מחמישה מיצויי צמחי מרפא המופקים בשיטות חדשניות בתוספת חיידקים  (Bacillus subtilis). הטיפול יוצר מערך הגנה המשפר את היבולים, מאריך חיי מדף ואת הערכים התזונתיים של הפרי המטופל. בזכות מנגנון ייחודי הוא מונע היווצרות עמידות ומאפשר שימוש בטוח ויעיל לטווח ארוך בכל שלבי גדילת הצמח.  (https://gracebreeding.com/). ניסויים קודמים בחממה האקולוגית בעין שמר ובחברה הראו שלתכשיר זה השפעה מיטיבה על צמחים מבחינת מדדי הצימוח ומסת השורש.

מטרת המחקר

בחינת השפעת ביוסטימולנטים ממקורות שונים על  התפתחות שורשי זריעי אבוקדו:  מדדי צימוח עילי, נפח, הסתעפות ומבנה בית השורשים

 

שאלות המחקר

  1. כיצד ישפיעו ביוסטימולנטים שונים על מדדי הצימוח של כנות אבוקדו צעירות.
  2. כיצד ישפיעו ביוסטימולנטים שונים על מבנה מערכת השורשים של כנות אבוקדו צעירות.

השערה

הביוסטימולנטים יתרמו לבריאות הצמח ולהתמודדותו עם מחלות ומצבי עקה, כך שנראה כנות גדולות וחזקות יותר, בעלות שורש מפותח יותר התומך בכנה, ותורם לצימוח ולעמידות

נימוק

על פי מחקרים נמצא כי מיצוי של אצות וצמחים מספקים חלבונים, מיקרו ומאקרו נוטריינטים ומינרליים המאיצים את התפתחות הצמחים בתהליך ביולוגי, תוך השפעה חיובית הן על מערכת השורשים והן על הצימוח. על פי המועצה האירופית, הביו-סטימולנטים  מתוארים כ”חומרים ו/או מיקרואוגניזמים שכאשר מיישמים אותם על צמחים או על הריזוספירה (=מערכת אקולוגית של שורשים) הם מעוררים תהליכים טבעיים בצמח.

מהלך המחקר

120 שתילי אבוקדו  לא מורכבים (זריעים) בשקיות שתילה מתכלות בנפח של 2 ליטר.

בניסוי  6 טיפולים, בכל טיפול 20 שתילים ב 5  חזרות של 4 שתילים כ”א במבנה בלוקים באקראי.

המחקר המעשי בוצע בחווה החקלאית בעין שמר בין ינואר ליוני 2021, בצוות שכלל את נעמה גולן, אילה ברקן, התלמידה נועה וינבוים ממבואות עירון והתלמידה פז בקר מבית הספר אלוני יצחק, את ביצוע המחקר ליווה בצד המקצועי אודי גפני, האגרונום הראשי של “חקלאי גרנות”. נועה וינבוים התמקדה בפן החקלאי ובדקה שני תכשירים מבוססי חיידקי בצילוס ופז בקר בפן הביולוגי בדקה שני תכשירים מבוססי אצות.

כל עציץ קיבל השקיה בספיקה של 2 ל/ש פעמיים בשבוע, למשך רבע שעה.

דשן נוזלי “שפיר” 5-3-8 +מיקרו מטעים+ ברזל פרוגת  ביחס פרופורציונלי של דשן גת  ניתנו בכל השקיה.

החומרים יושמו עפ”י הטבלה הבאה, 50 מ”ל לכל שתיל:

שם מסחרי וחברה משווקת ריכוז תדירות
XIO SOIL- קסיולוגי’ק 2% פעם בשבוע
WDS – GRACE BREEDING  1% פעם אחת בתחילת הניסוי פורמולה ל6  חודשים
ביוגת אצות 30- דשן גת 10% פעם בשבוע
VGI KF Serfico

VGI

40 סמק לליטר פעם בשבועיים
מים – ביקורת פעם בשבוע

 

תוצאות

גרף 1: קוטר סופי של הגזע במ”מ .התכשירים מבוססי החיידקים – קסיולוג’יק ו WDS נבדלים מהביקורת באופן מובהק.

תמונה 1+2: תמונות מסך מסורק השורשים במכון גילת – דוגמא לשני טיפוסי שורשים – בתמונה העליונה ניתן לראות מיעוט שורשים דקיקים, בתמונה התחתונה ניתן לראות כי רב השורשים הם בעלי קוטר קטן מ 0.2 מ”מ (עמודה אדומה וצהובה מימין).

גרף 2: אורך השורשים הכולל בס”מ . התכשיר סרפיקו נבדל סטטיסטית מהביקורת ומXIO-SOIL.

גרף 3: שטח פנים כולל (תלת מימדי) של השורש בסמ”ר . התכשיר KF Serfico  נבדל מהביקורת ומXIO SOIL.

גרף 4: שטח פנים של השורשים הדקיקים ביותר בממוצע בסריקות השורשים. התכשיר KF serfico  נבדל מכל הטיפולים באופן מובהק.

גרף 5: עובי שורש ממוצע בסריקות השורשים. הטיפול WDS נבדל מדשן גת באופן מובהק.

גרף 6: נפח השורשים בסריקות . התכשיר KF serfico נבדל מהתכשיר XIO SOIL.

כל הנתונים נותחו בתוכנת JMP ANOVA במבחן סטודנט. מובהקות 0.05p<.

דיון

מדדי הצימוח הקלאסיים שנמדדו במהלך הניסוי בחממה , כגון קצב צימוח וקוטר גזע מצביעים על כך שלכל התכשירים היתה השפעה מיטיבה על התפתחות הכנות בהשוואה לטיפולי הביקורת. בסוף הניסוי אחרי פירוק השתילים ולקיחת כל המדדים בחממה בעין שמר סרקנו את השורשים בחוות גילת בסורק winRHIZOpro . קיבלנו תוצאות מובהקות סטטיסטית. נראה שבנוסף  לפרמטרים שנבחנו בסורק כגון אורך שורשים, נפח ושטח פנים ועובי שורש ממוצע, בהם הטיפולים נבדלו מהביקורת , היו הבדלים משמעותיים בהתפלגות השורשים לקבוצות איכות ועובי .

למעשה ניתן לחלק את הטיפולים לשלושה טיפוסי שורשים על פי המבנה שלהם:

איור 1: שלושה טיפוסי שורשים: התכשירים kf-serfico, ביו-גת 30 וxio-soil יצרו שורש בעל פיצולים רבים וסימטרי. התכשיר WDS יצר שורש בעל מבנה חדש.

הטיפולים מבוססי האצות (ביו-גת 30 וkf-serfico ) היו דומים אחד לשני והצטיינו בקוטר שורשים דק יותר ובהרבה הסתעפויות. טיפול החיידקים xio-soil יצר מערכת שורשים סימטרית מאוד. התכשיר WDS שמשלב תמציות צמחים עם חיידקים שבר את השלטון הקודקודי של הגזע המרכזי, ויצר מערכות שורשים ארוכות, עבות ונטולות התפצלויות. בטיפולי הביקורת נצפו מערכות שורשים דלות יותר בעלות אופי אקראי הן במיקום הציצות לאורך הגזע המרכזי והן בהתפלגות השורשונים לקבוצות גודל.

בספרות מצביעים על יתרון משמעותי לשורשים דקיקים ובעלי הסתעפויות רבות מבחינת פוטנציאל הנצילות של הצמח. מאידך שורש האבוקדו לרוב נאלץ להסתפק במערכת שורשים שטחית יחסית. אם נוסיף לתכשיר WDS טיפול משלים עם תכשיר חיידקים /אצות או מיקוריזה נוכל לדחוק את מערכת השורשים הראשית לעומק רב יותר. וממנה לבנות שורש חדש עם התפצלויות רבות,  מבנה סימטרי ושורשונים דקיקים. דבר זה עשוי להשפיע על עמידותו של העץ לפגעים שונים בטווח הקצר והארוך.

מחקר המשך – במסגרת 5 עבודות גמר של תלמידי י”א בשנת הלימודים תשפ”ב (2022)  מהמועצה האזורית מנשה, בחממה האקולוגית בעין שמר, נחזור על ניסוי הזריעים. תכשיר אחד מכל קבוצה שנבחנה השנה ימשיך לבחינה חוזרת בתוספת שני תכשירים חדשים. במקביל נעמיד מערכת ניסוי תואמת על כנות וגטטיביות. כמו כן נעמיד שתיל מכל סוג במיכל דולב עם חיישנים שיכולים לאמוד את התפתחות השורשים בזמן אמת. נתמקד בפרמטרים שנבדקו והוכחו סטטיסטית ונוסיף פרמטרים חדשים. מכיוון שבעבודות קודמות בשטחים מסחריים התכשירים מבוססיי החיידקים הפגינו יעילות בהפחתת תמותת עצים צעירים והפחתת תסמיני מחלה, נבחן בהמשך סינרגיה בין  מבוססי החיידקים לביוסטימולנטים אחרים  במטרה להעביר את מסת השורשים הניזונים של האבוקדו לשכבות קרקע עמוקות יותר.

סיכום

למרות הקושי הידוע בהוכחת תרומת ביוסטימולנטים לעצים בכלל ולאבוקדו בפרט, בשל שונות גדולה במטע וחוסר יעילות של הפרמטרים המקובלים לספק מידע אמין, בעבודה זו מצאנו פרמטרים חדשים הניתנים לכימות וניתוח אותם נוכל לבדוק בחלקה מסחרית ובניסויי ההמשך. למידת שיטות מחקר אלו מרחיבה את ההבנה שלנו לגבי הריזוספירה ויכולה להציע רעיונות חדשים לבחינת האופן בו מגדלים אבוקדו, למשל: הפחתת דישון חנקני, הפחתת השימוש בחומצה זרחתית למטרת שפעול מערכת החיסון, הפחתת השימוש בהורמונים מווסתי צמיחה. תכשירי האצות ביו גת 30 ו KF Serfico בלטו בכל המדדים ובעלי פוטנציאל גבוה להשפעה על מערכת השורשים. תכשיר ה XIO-SOIL הצטיין בסימטריה רבה ובקוטר הגזע. התכשיר WDS  שינה את מבנה השורש (מבחינת שינוי השלטון הקודקודי,ויצירת מערכת שורשים חדשה). טיפוסי השורשים שהתקבלו בנוכחות החומרים פותחים צוהר למחקר חדש ומרתק להרחבת שטח פני השורש ויכולת קליטת חומרים מהקרקע, וכתוצאה מכך עמידות העץ בפני עקות סביבתיות בעולם של שינויי אקלים תכופים  והגדלת נוף העץ ויבול הפרי.

שותפים ותודות

המחקר בוצע בחווה החקלאית “החממה האקולוגית בעין שמר”, שבמועצה האזורית מנשה, מוסד חינוכי בפיקוח המינהל לחינוך התיישבותי. המחקר בוצע בתמיכה של “חקלאי גרנות” ושל עמותת החממה האקולוגית בעין שמר. ברצוננו להודות למורות ריבי מרגלית וד”ר גלית אשטמקר על הסיוע.

על הייעוץ המקצועי – אודי גפני (אגרונום ראשי של חקלאי גרנות), יעל אגוזי (אגרונומית החממה בעין שמר)

אספקת שתילים ומארזים- משתלות חסקלברג

דשן – דשן גת

חברות שותפות: VGI, XIOLOGIC ,GRACE BREEDING ,דשן גת

סריקת שורשים באדיבות חוות מחקר גילת , מכון וולקני, ד”ר רן אראל, נטלי תורן