Combined effect of Chlorella vulgaris Beijer. (Chlorophyta) and silicon-containing organic fertilizer on the productivity of sweet pepper, microbiocenosis, allelopathic and agronomic characteristics of the soil
Section:
Physiology, Biochemistry. BiophysicsIssue:
Vol. 32 No. 1 (2022)Pages:
3–19DOI:
https://doi.org/10.15407/alg32.01.003Abstract
The combined effect of green microalgae Chlorella vulgaris and siliceous organo-mineral fertilizer (analcite + peat (pH 5.8) in a ratio of 1 : 3) on the characteristics of growth, development, photosynthetic productivity, yield and fruit quality of sweet pepper (Capsicum annuum L., variety "Bieloziorka"), as well as microbiocenosis, allelopathic and agronomic characteristics of the soil was studied in pot experiments. The microalgae culture medium was applied in a volume of 10 mL per a pot (0.7 L) with sifted and sterilized gray podzolic soil. Plants were grown in a phytochamber under controlled conditions of light, temperature and soil moisture. The vitality of the pepper plants was assessed by morphometric growth characteristics (shoot height, stem diameter, leaf surface area, length of roots, shoot and root dry weights, quantity and weight of fruits), content of photosynthetic pigments in leaves, protective antioxidants (carotenoids, flavonoids and anthocyanins) in fruits. At the end of the experiment, the content of phenolics, electric conductivity, redox potential, pH, the content of NH4+, NO3- and HCO3- in the soil solution were determined. A synergistic enhancement of the positive effect of microalgae and siliceous organo-mineral fertilizer on the growth, development, productivity and yield quality of sweet peppers has been established. The combined application of chlorella culture medium with siliceous organo-mineral fertilizer more effectively improved agronomic and allelopathic characteristics of the soil, stimulated the development of agronomically useful ecological and trophic groups of microorganisms, the intensity of mineralization and transformation of organic matter compared to control and treatments in which microalgae or fertilizer were applied separately.
Keywords:
Chlorella vulgaris, Capsicum annuum, soil microbiocenosis, allelopathic interactions, nutrientsFull text
References
Andrianova Yu.E., Tarchevskyi I.A. 2000. Chlorophyll and plants productivity. Moscow: Nauka. 135 p. [Андрианова Ю.Е., Тарчевский И.А. 2000. Хлорофилл и продуктивность растений. М.: Наука. 135 c.].
Bagorka М.О. 2017. Comprehensive environmental and economic assessment of land use in Ukraine. Sci. Bull. Int. Human. Univ. Ser: Economics and Management. 27: 56–59. [Багорка М.О. 2017. Комплексна еколого-економічна оцінка землекористування в Україні. Наук. вісник міжнар. гуманіст. ун-ту. Сер.: Економіка і менеджмент. 27: 56–59].
Barone V., Puglisi I., Fragalà F., Stevanato P., Baglieri A. 2019. Effect of living cells of microalgae or their extracts on soil enzyme activities. Arch. Agron. Soil Sci. 65(5): 712–726. https://doi.org/10.1080/03650340.2018.1521513
Bischoff H.W., Bold H.C. 1963. Phycological studies. IV. Some soil algae from Enchanted Rock and related algal species. Univ. Texas Publ. 6318: 1–95.
Borisova E.V., Tsarenko P.M. 2004. Microalgae Culture Collection of Ukraine (IBASU-A): traditions and modern directions. Nova Hedw. 79(1-2): 127–134. https://doi.org/10.1127/0029-5035/2004/0079-0127
Chiaiese P., Corrado G., Colla G., Kyriacou M.C., Rouphael Y. 2018. Renewable sources of plant biostimulation: microalgae as a sustainable means to improve crop performance. Front. Plant Sci. 9: 1782. https://doi.org/10.3389/fpls.2018.01782 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30581447 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6292864
Datsko L.V., Maistrenko M.I. 2012. Ecological and economic aspects of sustainable land use for soil fertility reproduction. Soil Fertility Protect. 8: 24–39. [Дацько Л.В., Майстренко М.І. 2012. Екологічні та економічні аспекти сталого землекористування для відтворення родючості ґрунтів. Охорона родючості ґрунтів. 8: 24–39.]
Dellagreca M., Zarrelli A., Fergola P., Cerasuolo M., Pollio A., Pinto G. 2010. Fatty acids released by Chlorella vulgaris and their role in interference with Pseudokirchneriella subcapitata: experiments and modeling. J. Chem. Ecol. 36: 339–349. https://doi.org/10.1007/s10886-010-9753-y https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20186470
Diacono M., Montemurro F. 2010. Long-term effects of organic amendments on soil fertility. A review. Agron. Sustain. Dev. 30(2): 401–422. https://doi.org/10.1051/agro/2009040
Dineshkumar R., Subramanian J., Gopalsamy J., Jayasingam P., Arumugam A., Kannadasan S., Sampathkumar P. 2019. The impact of using microalgae as biofertilizer in maize (Zea mays L.). Waste Biomass Valor. 10: 1101–1110. https://doi.org/10.1007/s12649-017-0123-7
Elalami D., Oukarroum A., Baraka A. 2021. Anaerobic digestion and agronomic applications of microalgae for its sustainable valorization. RSC Adv. 11: 26444–26462. https://doi.org/10.1039/D1RA04845G
Ellanska N.E., Yunosheva O.P., Miao T. 2021. In: Modern methods in allelopathic research. Methodical manual. Kyiv: Lira-K. Pp. 107–112. [Елланська Н.Е., Юношева О.П., Мяо Т. 2021. Методи мікробіологічного аналізу ґрунту. В кн.: Сучасні методи в алелопатичних дослідженнях. Методичний посібник. Київ: Ліра-К. С. 107–112.]
Grekov V.O., Datsko L.V., Poshediv N.D., Datsko M.O. 2008. Balance of nutrients in the soils of Ukraine and its dynamics. Protection of soil fertility. 4: 46–50. [Греков В.О., Дацько Л.В., Пошедів Н.Д., Дацько М.О. 2008. Баланс поживних речовин у ґрунтах України та його динаміка. Охорона родючості ґрунтів. 4: 46–50].
Grodzinsky A.M., Grodzinsky D.M. 1973. A brief guide to plant physiology. Kyiv: Naukova Dumka. 592 p. [Гродзинский А.М., Гродзинский Д.М. 1973. Краткий справочник по физиологии растений. Київ: Наук. думка. 592 с.].
Ivanov V.B. 2011. Using the roots as test objects for the assessment of biological action of chemical substances. Rus. J. Plant Physiol. 58(6): 1082–1089. https://doi.org/10.1134/S1021443711060082
Kirsanova V.V. 2020. Expediency of cultivation and use of microalgae (Chlorella) as organic fertilizers (Electronic resource). Environ. Sci. 1: 311–315. [Кірсанова В.В. 2020. Доцільність обробітку та використання мікроводоростей (Chlorella) як органічних добрив (Електронний ресурс). Екол. науки. 1: 311–315]. https://doi.org/10.32846/2306-9716/2020.eco.1-28.52
Komarova M.N., Nikolaeva L.A., Regir V.G., Tesov L.S., Kharitonova N.P., Shatokhina R.K. 1998. Phytochemical analysis of medicinal plant raw materials: Methodical instructions for laboratory classes. SPb.: SPHFA. 60 p. [Комарова М.Н., Николаева Л.А., Регир В.Г., Тесов Л.С., Харитонова Н.П., Шатохина Р.К. 1998. Фитохимический анализ лекарственного растительного сырья: Методические указания к лабораторным занятиям. СПб.: СПХФА. 60 c.].
Muzafarov A.M., Taubaev T.T. 1984. Cultivation and application of microalgae. Tashkent: FAN. 137 р. [Музафаров А.М., Таубаев Т.Т. Культивирование и применение микроводо-рослей. Ташкент: ФАН. 137 с.].
Pavliuchenko N.A., Jang X. 2021. In: Modern methods in allelopathic research. Methodical manual. Kyiv: Lira-K. Pp. 74–89. [Павлюченко Н.А., Янг Х. 2021. Методи експрес-оцінювання алелопатичної активності (біотести). В кн.: Сучасні методи в алелопатичних дослідженнях: Методичний посібник. Київ: Ліра-К. С. 74–89.]
Pavliuchenko N.A., Didyk N.P., Li L. 2021. In: Modern methods in allelopathic research: Methodical manual. Kyiv: Lira-K. Pp. 117–147. [Павлюченко Н.А., Дідик Н.П., Лі Л. 2021. Колориметричні методи аналізу алелопатично активних речовин у рослинному матеріалі та ґрунті. В кн.: Сучасні методи в алелопатичних дослідженнях: Методичний посібник. Київ: Ліра-К. С. 117–147].
Pecheneva S.Ia. 1998. Agrochemical analysis methods. Havrysh. 4: 24–26. [Печенева С.Я. 1998. Методы агрохимического анализа. Гавриш. 4: 24–26].
Pisarev D.I., Novikov O.O., Sorokopudov V.N., Khalikova M.A., Zhilyakova E.T., Ogneva O.V. 2010. Chemical study of biologically active polyphenols of some varieties of mountain ash – Sorbus aucuparia. Sci. Bull. Ser. Medicine. Pharmacy. 93(12/2): 123–128. [[Писарев Д.И., Новиков О.О., Сорокопудов В.Н., Халикова М.А., Жилякова Е.Т., Огнева О.В. 2010. Химическое изучение биологически активных полифенолов некоторых сортов рябины обыкновенной - Sorbus aucuparia. Научные ведомости. Сер. Медицина. Фармация. 93(12/2): 123–128].
Salnikova M.Ya. 1977. Chlorella is a new type of fodder. Moscow: Kolos. 96 p. [Сальникова М.Я. 1977. Хлорелла - новый вид корма. М.: Колос. 96 с.].
Stirk W.A., Bálint P., Tarkowská D., Novák O., Strnad M., Ördög V., van Staden J. 2013. Hormone profiles in microalgae: Gibberellins and brassinosteroids. Plant Physiol. Biochem. 70: 348–353. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2013.05.037 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23811778
Stirk W.A., van Staden J., Novák O., Doležal K., Strnad M., Dobrev P.I., Sipos G., Ördög V., Bálint P. 2011. Changes in endogenous cytokinin concentrations in Chlorella (Chlorophyceae) in relation to light and the cell cycle. J. Phycol. 47(2): 291–301. https://doi.org/10.1111/j.1529-8817.2010.00952.x https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27021861
Tarariko O.G., Grekov V.O., Datsko L.V. 2011. Mechanisms and technologies of soil fertility control. Bull. Agrar. Sci. 11: 16–19. [Тараріко О.Г., Греков В.О., Дацько Л.В. 2011. Механізми і технології контролю родючості ґрунтів. Вісн. аграр. науки. 11: 16–19].
Tsarenko P., Borysova O., Blume Ya. 2016. High biomass producers and promising candidates for biodiesel production from microalgae collection IBASU-A (Ukraine). Oceanol. Hydrobiol. Stud. 73(1): 79–85. https://doi.org/10.1515/ohs-2016-0008
Tsarenko P.M., Konischuk M.A., Korkhovoy V.I., Kostikov I.Yu., Blume Ya.B. 2017. Fatty acid composition of cocoid green algae as a basis of their energy and primary products potential. 1. Chlorella- and Acutodesmus-like microalgae (Chlorophyta). Int. J. Algae. 19(4): 365–382. https://doi.org/10.1615/InterJAlgae.v19.i4.70
Tsarenko P.M., Zaimenko N.V., Didyk N.P., Ivanytska B.O., Kharitonova I.P., Demchenko E.M. 2021. Allelopathic effect of microalgae on winter wheat plants. Int. J. Algae. 23(4): 411–420. https://doi.org/10.1615/InterJAlgae.v23.i4.80
Uysal Ö., Ozdemir F., Ekinci K. 2015. Evaluation of microalgae as microbial fertilizer. Eur. J. Sustain. Dev. 4: 77–82. https://doi.org/10.14207/ejsd.2015.v4n2p77
Vorobel M.I., Kaplinsky V.V., Klim O.Ya., Dmitrotsa A.I. 2021. Emission of greenhouse gases in chicken manure when using natural sorbents. Foothill and mountain agriculture and animal husbandry. 69(1): 169–182. [Воробель М.І., Каплінський В.В., Клим О.Я., Дмитроца А.І. 2021. Емісія парникових газів у курячому посліді при застосуванні природних сорбентів. Передгірне та гірське землеробство і тваринництво. 69(1): 169–182]. https://doi.org/10.32636/01308521.2021-(69)-1-11
Wellburn A.R. 1994. The Spectral Determination of Chlorophylls a and b, as well as Total Carotenoids, Using Various Solvents with Spectrophotometers of Different Resolution. J. Plant Physiol. 144(3): 307–313. https://doi.org/10.1016/S0176-1617(11)81192-2
Win T.T., Barone G.D., Secundo F., Fu P. 2018. Algal biofertilizers and plant growth stimulants for sustainable agriculture. Ind. Biotechnol. 14: 203–211. https://doi.org/10.1089/ind.2018.0010
Wuang S.C., Khin M.C., Chua P.Q.D., Luo Y.D. 2016. Use of Spirulina biomass produced from treatment of aquaculture wastewater as agricultural fertilizers. Algal Res. 15: 59–64. https://doi.org/10.1016/j.algal.2016.02.009
Yilmaz E., Sönmez M. 2017. The role of organic/bio-fertilizer amendment on aggregate stability and organic carbon content in different aggregate scales. Soil Tillage Res. 168: 118–124. https://doi.org/10.1016/j.still.2017.01.003
Zaimenko N.V., Didyk N.P., Ivanytska B.O., Pavluchenko N.A., Kharytonova I.P. 2015. The effect of silicon-containing mixtures on the growth of maize seedlings, allelopathic and physico-chemical properties of the substrate at different levels of acidification. Physiol. Genet. Plants 47(4): 347–353. [Заіменко Н.В., Дідик Н.П., Іваницька Б.О., Павлюченко Н.А., Харитонова І.П. 2015. Вплив кремнієвмістних сумішей на ріст проростків кукурудзи, алелопатичні та фізико-хімічні властивості субстрату за різного рівня його закислення. Фізіол. рослин і генетика. 47(4): 347–353].
Zaimenko N.V., Didyk N.P., Ellanska N.E., Ivanytska B.O., Pavluchenko N.A., Rakhmetov D.B., Kharytonova I.P. 2016. Implementation of new technique for phyto- and chemical melioration of acidic and saline soils. Sci. Innov. 12(1): 58–68. https://doi.org/10.15407/scine12.01.058
Zaimenko N.V., Pavluchenko N.A., Ellanska N.E., Yunosheva О.P., Ivanytska B.O., Kharytonova I.P., Didyk N.P., Rositska N.V. 2017. Prospects of application of a siliceous organo-mineral mixture to reduce the soil sickness in orchards. Rep. Nat. Acad. Sci. Ukraine. 11: 76–82. [Заіменко Н.В., Павлюченко Н.А., Елланська Н.Е., Юношева О.П., Іваницька Б.О., Харитонова І.П., Дідик Н.П., Росіцька Н.В. 2017. Перспективи застосування кремнієвмістної органо-мінеральної суміші для зниження ґрунтовтоми в плодових садах. Доп. НАН України. 11: 76–82]. https://doi.org/10.15407/dopovidi2017.11.076
Zaimenko N., Ivanytska B.O., Didyk N., Malashchuk O., Rakhmetov D., Gryshko V., Poliakova A., Pyzyk M., Slaski J. 2021a. Effect of analcite on cadmium phytoavailability and phytotoxity. Plant Introduct. (91/92): 64–73. https://doi.org/10.46341/PI2021014
Zaimenko N.V., Didyk N.P., Ellanska N.E., Rositska N., Kharytonova І., Yunosheva О. 2021b. Implementation of modern technologies to alleviate soil sickness in urban green areas. Sci. Innov. 17(1): 64–77. https://doi.org/10.15407/scine17.01.064
Zaimenko N.V., Ivanytska B.O., Didyk N.P., Kharytonova I.P. 2020. Use of Siliceous Minerals as Natural Nitrification: 1st Int. Electron. Conf. Plant Sci. (1-15 Dec. 2020); Available online: https://iecps2020.sciforum.net. https://doi.org/10.3390/IECPS2020-08744
