Επίδραση της ανόργανης και της οργανικής λίπανσης στα αγρονομικά και ποιοτικά χαρακτηριστικά στο Λινάρι (Linum usitatissimum L.) σε διαφορετικές αποστάσεις σποράς

Abstract

The present doctoral thesis investigates the effect of inorganic and organic fertilization, in combination with different sowing densities, on flax cultivation (Linum usitatissimum L.). In recent years, climate crisis has driven the search for new crops capable of coping with the changes brought about by this phenomenon. Flax represents an alternative, retro-innovative crop with the potential to respond to these challenges. In addition, the nutritional value of flaxseed has increased its global demand. The aim of the study was to investigate the response of the crop to sowing density and fertilizer type, focusing on crop growth and the quality of the produced products. The experiment was conducted at the experimental field of the Laboratory of Agronomy of the Agricultural University of Athens for three consecutive years. The experimental factors were sowing density (500 [D1] and 300 [D2] plants m⁻²) and fertilizer type: urea with nitrification and urease inhibitors [I], compost derived from tomato residues [O], conventional urea [U], and an unfertilized control [C]. Agronomic traits, yield and yield components, soil properties and root system development, growth indices, nitrogen use efficiency indices and environmental performance indicators of the crop were evaluated, along with seed quality, oil profile, and oilcake quality. The results showed that both sowing density and fertilizer type significantly affected crop growth, yield, and quality. Inorganic fertilization, and particularly urea with inhibitors, resulted in increased plant height and biomass, with improvements exceeding 15–20% in some cases compared to the control. Organic fertilization achieved comparable yield levels and substantially improved soil properties, such as organic matter content and total nitrogen, with increases of up to 25%. Lower sowing density favored plant-level traits such as branching and number of capsules per plant, whereas higher sowing density was associated with increased yield per unit area. The combined analysis over the three years demonstrated that the effect of fertilization was more stable than that of sowing density, with organic fertilization and urea with inhibitors exhibiting lower interannual variability and higher yield stability. Analysis of nitrogen use efficiency indices revealed higher agronomic efficiency and productivity for urea with inhibitors and organic fertilization compared to conventional urea. At the same time, the combined assessment indicated a reduced carbon footprint per unit of produced product for these treatments, with reductions reaching 10–15% in certain cases.Seed quality was significantly influenced by fertilizer type, with differences observed in protein content, total lipids, oil content, and fatty acid profile. Similarly, the quality of the produced oilcake was improved, mainly in terms of protein content and digestibility indices, enhancing its potential use as animal feed. Additionally, the effect of fertilization on plants of the subsequent generation was investigated, as well as the impact of plant growth promoting microorganisms (PGPMs) on crop development under soil salinity conditions. For this purpose, pot experiments were conducted. In the first case, seeds collected from the agronomic field experiment were sown in 1 L pots containing peat and perlite at a 1:1 ratio, while a germination test was also performed in seed trays. Germination was not affected by the fertilization applied in the previous generation; however, traits such as radicle, hypocotyl, and shoot growth, cotyledon surface area, and leaf growth rate were significantly affected. Organic fertilization favored these traits, possibly due to improved seed quality in the previous generation. For the study of salinity and PGPM effects, 7 L pots filled with potting soil were used. Flax seeds and PGPMs were applied, and pots were irrigated with aqueous NaCl solutions at four concentrations (0, 50, 100, and 150 mM NaCl). Measurements focused on plant growth and yield per plant. Salinity negatively affected the traits studied, with the highest salinity level resulting in the lowest values. The use of PGPMs enhanced plant tolerance to stress, significantly supporting plant growth. Overall, the results of the dissertation demonstrate that flax cultivation exhibits high adaptability to alternative fertilization systems and can be effectively integrated into agricultural systems. The combination of appropriate sowing density with the use of urea fertilizers containing nitrification and urease inhibitors or organic fertilization emerges as a technically and environmentally efficient practice, ensuring stable production, improved product quality, and reduced environmental impacts.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή μελετά την επίδραση της ανόργανης και της οργανικής λίπανσης, σε συνδυασμό με διαφορετικές πυκνότητες σποράς, στην καλλιέργεια λιναριού (Linum usitatissimum L.). Τα τελευταία χρόνια η κλιματική κρίση έχει ωθήσει στην αναζήτηση νέων καλλιεργειών που να ανταπεξέρχονται στις αλλαγές που φέρει αυτό το φαινόμενο. Το λινάρι αποτελεί μια εναλλακτική, ρετρο-καινοτόμα καλλιέργεια, που δύναται να ανταπεξέλθει. Επίσης, η διατροφική αξία του σπόρου, έχει αυξήσει τη ζήτησή της παγκοσμίως. Στόχος της μελέτης ήταν η διερεύνηση της επίδρασης της πυκνότητας σποράς και του τύπου λιπάσματος στην ανάπτυξη της καλλιέργειας και την ποιότητα των παραγόμενων προϊόντων. Το πείραμα διεξήχθη στον αγρό του Εργαστηρίου Γεωργίας του Γεωπονικού Πανεπιστημίου Αθηνών για τρία συνεχόμενα έτη. Οι παράγοντες του πειράματος ήταν η πυκνότητα σποράς (500 [D1] και 300 [D2] φυτά m-2) και ο τύπος του λιπάσματος (ουρία με παρεμποδιστή νιτροποίησης και ουρεάσης [I], κομπόστ με υπολείμματα τομάτας [Ο], συμβατική ουρία [U] και μάρτυρας – χωρίς προσθήκη λιπάσματος [C]). Αξιολογήθηκαν τα αγρονομικά χαρακτηριστικά, η απόδοση και τα συστατικά της, τα εδαφικά χαρακτηριστικά και η ανάπτυξη του ριζικού συστήματος, δείκτες ανάπτυξης, αποδοτικότητας χρήσης αζώτου και περιβαλλοντικής επίδοσης της καλλιέργειας, η ποιότητα του σπόρου, το προφίλ ελαίου, καθώς και η ποιότητα του oilcake. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τόσο η πυκνότητα σποράς όσο και ο τύπος λίπανσης επηρέασαν σημαντικά την ανάπτυξη, την απόδοση και την ποιότητα της καλλιέργειας. Η ανόργανη λίπανση, και ειδικότερα η ουρία με παρεμποδιστές, οδήγησε σε αυξημένο ύψος φυτών και βιομάζα, με βελτιώσεις που σε ορισμένες περιπτώσεις υπερέβησαν το 15–20% σε σύγκριση με τον μάρτυρα. Η οργανική λίπανση παρουσίασε συγκρίσιμα επίπεδα απόδοσης και συνέβαλε ουσιαστικά στη βελτίωση εδαφικών ιδιοτήτων, όπως η περιεκτικότητα σε οργανική ουσία και το ολικό άζωτο, με αυξήσεις έως και 25%. Η αραιή πυκνότητα σποράς ευνόησε χαρακτηριστικά σε επίπεδο φυτού, όπως οι διακλαδώσεις και ο αριθμός καψών, ενώ η πυκνή σπορά συνδέθηκε με υψηλότερη απόδοση ανά μονάδα επιφάνειας. Η συνδυασμένη ανάλυση των τριών ετών κατέδειξε ότι η επίδραση της λίπανσης ήταν σταθερότερη από αυτήν της πυκνότητας σποράς, με τις επεμβάσεις της οργανικής λίπανσης και της ουρίας με παρεμποδιστές να παρουσιάζουν μικρότερη διακύμανση μεταξύ των ετών και υψηλότερη σταθερότητα παραγωγής. Η ανάλυση των δεικτών αποδοτικότητας χρήσης αζώτου ανέδειξε υψηλότερες τιμές αγρονομικής αποδοτικότητας και παραγωγικότητας για την ουρία με παρεμποδιστές και την οργανική λίπανση, σε σύγκριση με τη συμβατική ουρία. Παράλληλα, η συνδυασμένη αξιολόγηση κατέδειξε μειωμένο αποτύπωμα άνθρακα ανά μονάδα παραγόμενου προϊόντος για τις ίδιες επεμβάσεις, με μειώσεις που σε ορισμένες περιπτώσεις προσέγγισαν το 10–15%. Η ποιότητα του σπόρου επηρεάστηκε σημαντικά από τον τύπο λίπανσης, με διαφοροποιήσεις στην περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη, στις ολικές λιπαρές ουσίες και στην ελαιοπεριεκτικότητα, καθώς και στο προφίλ των λιπαρών οξέων. Αντίστοιχα, η ποιότητα του παραγόμενου oilcake παρουσίασε βελτίωση, κυρίως ως προς την πρωτεΐνη και τους δείκτες πεπτικότητας, γεγονός που ενισχύει τη δυνατότητα αξιοποίησής του ως ζωοτροφή. Επιπρόσθετα, μελετήθηκε η επίδραση της λίπανσης, για τη διαχείριση του αζώτου, στα φυτά της επόμενης γενιάς, καθώς και η επίδραση της χρήσης plant growth promoting microorganisms (PGPMs), στην ανάπτυξη της καλλιέργειας υπό συνθήκες αλατότητας εδάφους. Για την υλοποίηση των εν λόγω, πραγματοποιήθηκαν γλαστρικά πειράματα. Στην πρώτη περίπτωση, οι σπόροι που συλλέχθηκαν από το πείραμα των αγρονομικών χαρακτηριστικών επανασπάρθηκαν σε γλάστρες 1L, που περιείχαν τύρφη και περλίτη σε αναλογία 1:1, ενώ πραγματοποιήθηκε και μελέτη βλαστικότητας σε δίσκους σποράς. Η βλαστικότητα δεν επηρεάστηκε από τη λίπανση της προηγούμενης γενιάς, ενώ χαρακτηριστικά όπως η ανάπτυξη του ριζιδίου, του υποκοτυλίου, του βλαστού, καθώς και η επιφάνεια των κοτυληδόνων και ο ρυθμός ανάπτυξης των φύλλων, επηρεάστηκαν σημαντικά. Η οργανική λίπανση ευνόησε τα προαναφερθέντα χαρακτηριστικά, πιθανά λόγω βελτιωμένης ποιότητας σπόρου στην προηγούμενη γενιά. Για τη μελέτη επίδρασης της αλατότητας και των PGPM χρησιμοποιήθηκαν γλάστρες των 7L, που γεμίστηκαν με φυτόχωμα. Εκεί σπάρθηκαν σπόροι λιναριού και τα PGPM. Οι γλάστρες ποτίζονταν με υδατικά διαλύματα NaCl, με τέσσερις συγκεντρώσεις (0, 50, 100 και 150 mM NaCl). Οι μετρήσεις αφορούσαν την ανάπτυξη του φυτού και την απόδοση ανά φυτό. Η αλατότητα επηρέασε τα υπό-μελέτη χαρακτηριστικά, με την υψηλή αλατότητα να σημειώνει τις χαμηλότερες τιμές. Η χρήση PGPM ευνόησε τα φυτά να αντέξουν το στρες, βοηθώντας σημαντικά την ανάπτυξή τους. Συνολικά, τα αποτελέσματα της διατριβής καταδεικνύουν ότι η καλλιέργεια του λιναριού παρουσιάζει υψηλή προσαρμοστικότητα σε εναλλακτικά συστήματα λίπανσης και μπορεί να ενταχθεί αποτελεσματικά σε γεωργικά συστήματα. Ο συνδυασμός κατάλληλης πυκνότητας σποράς με χρήση λιπασμάτων ουρίας με παρεμποδιστή νιτροποίησης και ουρεάσης, ή οργανικής λίπανσης αναδεικνύεται ως τεχνικά και περιβαλλοντικά αποδοτική πρακτική, διασφαλίζοντας σταθερή παραγωγή, βελτιωμένη ποιότητα προϊόντος και μειωμένες περιβαλλοντικές επιπτώσεις.