Χαρακτηριστικά βιολογίας, μορφολογίας, ανταγωνιστικότητας, αντιμετώπισης και γεωργίας ακριβείας του ζιζανίου μυρώνι (Scandix pecten - veneris)

Abstract

Shepherd needle (Scandix pecten-veneris) is an annual broadleaf weed of Apiaceae family which is very common in Greece. It is a weed of winter arable-vegetable crops and also an edible weed. In Europe it is a very common species of Mediterranean flora and Southern Europe is considered as its original area. It can be found also in North-South America, Africa and Australia. Its biology and ecology characteristics have not been studied thoroughly and literature data for its interference in agro ecosystems are very scarce. Today, research focuses on a better understanding of weed biology and ecology to propose environmentaly friendly management systems. The aim of this study was to investigate in field and laboratory experiments some characteristics of Shepherd needle biology, morphology, competitive ability, control methods and Precision weed control in order to expand our knowledge about this weed. The results would be useful in case of cultivating this species as a vegetable crop since it is part of human diet in many countries. All field trials were conducted at the Research Farm of University of Thessaly in Velestino and were replicated two or three times from 2008 to 2012. In all field studies a R.C.B. design with 3 or 4 replications was used while in laboratory test the experiment design was completely randomized with 4 or 5 replications. In biology study, tests were carried out for: 1. Weed phenological stages according to BCCH scale in natural populations and in populations derived after sowing Shepherd needle seeds every 10 days from October to April. 2. Seedling emergence in natural populations through year time. 3. Seed production per plant and emergence percentage. 4. Seed weight effect on seedling emergence, mean emergence time and germination. 5. Seed burial depth (2.5-5-7.5-10-12.5-15 cm) on seedling emergence and mean emergence time. 6. Seed germination as affected by temperature (15 or 25οC), photoperiod (24 h dark or 16/8 h dark/light), substrate (filter paper or soil), usage of sulphuric acid or gibberellin under controlled conditions. 7. Seed germination as affected by time of harvest from mother plant after maturity. Observations were taken for weed morphology and problems caused by diseases or insects were also recorded. Field trials were conducted to evaluate the competitive effect of Shepherd needle (density 0, 20, 60, 120, 180 or 260 plants/m2) on wheat (Triticum durum ‘Meridiano’) and common vetch (Vicia sativa ‘Zefyros’) biomass and yield. Ten herbicides in wheat, five herbicides in vetch and soil solarisation were examined for their effectiveness on controlling this weed. In the study of Shepherd needle as an edible weed mineral composition (Ν, Ρ, Κ, Ca, Mg, Na, Fe, Zn, Cu) of leaves and shoots collected before blooming was measured. In the Precision weed control part of this study, the aim was the design of a Shepherd needle map distribution in the field by digital image processing of field pictures. The results indicated that some main phenological stages of a Shepherd needle plant emerged in November were completed (mean time) as follows: cotyledons-27 days, first true leaf-36, first side shoot-100, flower buds-146, 50% of flowers open-154, development of fruit-163, fruit coloration-199 and plant death-230 days. Seedling emergence was recorded from late October to mid April when mean soil temperature was below 16-15οC and above 5-6οC. The highest emergence percentage and the earlier emergence with the highest dry matter production per plant were recorded when Shepherd needle seeds were sown in November. Seeds produced by a plant were 1363±185. Light seeds (8-15 mg) had almost double germination-emergence percentage (80-95%) compared with that (35-65%) of heavy seeds (35-53 mg). Moreover, light seeds emerged 3-5 days earlier than heavy seeds. A 70-85% of seedling emergence was recorded when seed burial depth was 2.5-10 cm but below this depth emergence decreased substantially (15-20% at 15 cm). Mean emergence time was about 30-40 days at 2.5 cm and 50-55 days at 15 cm burial depth. In germination tests under controlled conditions, high germination percentage was observed where the temperature was 15οC, the photoperiod was 24 h dark, the substrate was soil and when seeds were treated with sulfuric acid or gibberellin. When Shepherd needle seeds were harvested soon after maturity, 50-60% of them could germinate and when harvest was done 3-4 months later seed germination increased over 80-85%. Powdery mildew, vascular wilt disease and aphids were the most common parasitic problems occurred during April in all field experiments. The presence of 20 to 260 Shepherd needle plants/m2 throughout the cultivation period in wheat or vetch did not reduce significantly the grain yield of these crops. Soil solarisation was very effective in controlling this weed since seedling emergence was inhibited by 100%. Post emergence application of mecoprop, 2.4-D, MCPA, mesosulfuron-methyl + iodosulfuron-methyl-sodium , metosulam + 2.4-D, bentazone, bromoxynil + MCPP and metribuzin had very good to excellent control (80-95%), thifensulfuron-methyl had fair control (50-70%) and clopyralid had no herbicide action on Shepherd needle. Pre emergence application of pendimethalin, prosulfocarb prometryn and ethalfluralin as PPI did not inhibit the weed seedling emergence but metribuzin provided very good to excellent control in pre emergence application. Herbicides pendimethalin, ethalfluralin and bentazone were phytotoxic to vetch, however prometryn and metribuzin did not cause any injury to vetch plants. Mineral composition of Shepherd needle leaves and shoots was: Ν 3627, Ρ 283, Κ 3810, Ca 867, Mg 473, Na 542, Fe 17.8, Cu 1 and Zn 3.4 mg/100 g dry weight. These values are comparable with those of many common leafy vegetables and thus this weed can be useful as a future vegetable crop. The distribution map of Shepherd needle in the field was designed by using the white colour of its flowers as criterion of weed detection in digital pictures. The weed density was significantly correlated with the percentage of white colour in field pictures of this weed during its florescence. This method of weed mapping is rapid and accurate under certain circumstances.

Το ζιζάνιο μυρώνι Scandix pecten-veneris είναι ένα ετήσιο δικοτυλήδονο είδος της οικογένειας Apiaceae (Σκιαδοφόρα) που απαντάται σχεδόν παντού στην Ελλάδα και στην Ευρώπη, ενώ έχει διαδοθεί στην Βόρεια-Νότια Αμερική, Αφρική και Αυστραλία. Ως ζιζάνιο απασχολεί συχνά κυρίως τους παραγωγούς χειμερινών μεγάλων καλλιεργειών και λαχανικών. Χρησιμοποιείται όμως και ως τρόφιμο στην ανθρώπινη διατροφή. Είναι ζιζάνιο που ελάχιστα έχει μελετηθεί όσον αφορά διάφορα χαρακτηριστικά της βιολογίας/οικολογίας του και της αλληλεπίδρασής του μέσα στα αγροοικοσυστήματα. Σήμερα η έρευνα στρέφεται προς την πληρέστερη κατανόηση αυτών των χαρακτηριστικών των ζιζανίων γιατί αυτό βοηθά στο σχεδιασμό πιο “οικολογικά ισορροπημένων” στρατηγικών αντιμετώπισής τους. Στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν η μελέτη σε πειράματα αγρού και εργαστηρίου: 1. ορισμένων χαρακτηριστικών της βιολογίας, μορφολογίας 2. της ανταγωνιστικότητας 3. της αντιμετώπισης και 4. της εφαρμογής Γεωργίας Ακριβείας στον έλεγχο του ζιζανίου μυρώνι ώστε να αποκτηθούν περισσότερες πληροφορίες δεδομένου ότι και τα διεθνή δεδομένα που το αφορούν είναι αρκετά περιορισμένα. Επειδή το ζιζάνιο αυτό είναι εδώδιμο, θα ήταν πολύ χρήσιμο στοιχεία της μελέτης να αξιοποιηθούν για την ενδεχόμενη μελλοντική καλλιέργειά του ως φυλλώδους λαχανικού. Τα πειράματα αγρού πραγματοποιήθηκαν στο Αγρόκτημα του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας στο Βελεστίνο και όλες οι δοκιμές επαναλήφθηκαν για τρία ή δύο χρόνια από το 2008 έως το 2012. Έγινε χρήση του πειραματικού σχεδίου τυχαιοποιημένων πλήρων ομάδων με 3 ή 4 επαναλήψεις στα πειράματα αγρού ενώ στα πειράματα εργαστηρίου του πλήρως τυχαιοποιημένου σχεδίου με 4 ή 5 επαναλήψεις. Ειδικότερα, στη μελέτη της βιολογίας του ζιζανίου εξετάστηκαν: 1. Τα φαινολογικά στάδια σύμφωνα με την κλίμακα BCCH σε φυτά φυσικού πληθυσμού αλλά και σε φυτά τεχνητού πληθυσμού που προέκυπταν από διαδοχικές σπορές του ζιζανίου στον αγρό ανά δεκαήμερο (Οκτώβριο-Απρίλιο). 2. Το φύτρωμα στη διάρκεια του χρόνου φυσικού και τεχνητού πληθυσμού με λήψη παρατηρήσεων στον αγρό ανά δέκα μέρες. 3. Ο αριθμός σπόρων που παράγει το ζιζάνιο ανά φυτό και το ποσοστό φυτρώματός τους. 4. Η επίδραση του βάρους του σπόρου στο ποσοστό και το χρόνο φυτρώματός-βλάστησής του. 5. Η επίδραση του βάθους του σπόρου (2,5-5-7,5-10-12,5-15 cm) στο ποσοστό και το χρόνο φυτρώματός του. 6. Η βλάστηση του σπόρου σε σχέση με την θερμοκρασία (15 ή 25οC), την φωτοπερίοδο (24 ώρες σκοτάδι ή 16/8 ώρες σκοτάδι/φως), το υπόστρωμα (διηθητικό χαρτί ή χώμα), την χρήση θειικού οξέος ή διαλύματος γιββεριλλίνης σε ελεγχόμενες συνθήκες. 7. Η βλάστηση του σπόρου σε σχέση με το χρόνο συλλογής από το μητρικό φυτό μετά την ωρίμανσή του. Έγινε καταγραφή των μορφολογικών χαρακτηριστικών και των προβλημάτων από ασθένειες ή έντομα που εμφανίζονταν στα μυρώνια όλων των πειραμάτων μελέτης του ζιζανίου που πραγματοποιήθηκαν. Στο πείραμα ανταγωνισμού μελετήθηκε στον αγρό η επίδραση έξι διαφορετικών πυκνοτήτων του ζιζανίου (0, 20, 60, 120, 180 και 260 φυτά μυρωνιού/m2) στην αύξηση και απόδοση καλλιεργειών σιταριού (ποικ. Meridiano) και βίκου (ποικ. Ζέφυρος). Για την αντιμετώπιση του ζιζανίου μελετήθηκε η επίδραση της ηλιοαπολύμανσης στο φύτρωμα των σπόρων του και η αποτελεσματικότητα-εκλεκτικότητα 10 ζιζανιοκτόνων σε σιτάρι και 5 σε βίκο που σπάρθηκαν σε χωράφι με παρουσία φυσικού πληθυσμού μυρωνιού. Η ωφελιμότητα του ζιζανίου ως ενδεχόμενο λαχανικό αξιολογήθηκε με την περιεκτικότητα σε ανόργανα στοιχεία (Ν, Ρ, Κ, Ca, Mg, Na, Fe, Zn, Cu) του υπέργειου μέρους μυρωνιών που συλλέχθηκαν λίγο πριν την άνθηση. Στο τμήμα της μελέτης που αφορούσε την Ζιζανιοκτονία Ακριβείας αξιολογήθηκε η δυνατότητα δημιουργίας χαρτών κατανομής του ζιζανίου στον αγρό μέσω της λήψης φωτογραφιών αγρού και επεξεργασίας αυτών των εικόνων. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι, για τα φαινολογικά στάδια ενός μυρωνιού που φυτρώνει το Νοέμβριο μήνα, οι μέσοι χρόνοι εμφάνισης-συμπλήρωσης των διαφόρων σταδίων ήταν: φύτρωμα 27 μέρες, πρώτο φύλλο 36, πρώτος πλάγιος βλαστός 100, καταβολές 1ων ανθέων 146, 50% άνθηση 154, ανάπτυξη 1ων καρπών 163, μεταχρωματισμός 1ων καρπών 199 και νέκρωση 230 μέρες. Το ζιζάνιο φύτρωνε από τα τέλη Οκτωβρίου έως τα μέσα Απριλίου όταν η μέση θερμοκρασία εδάφους ήταν κάτω από 16-15οC και πάνω από 5-6οC. Το ταχύτερο και μεγαλύτερο ποσοστό φυτρώματος με την μεγαλύτερη παραγωγή βιομάζας παρατηρήθηκε όταν το μυρώνι σπέρνονταν τον Νοέμβριο. Ο μέγιστος αριθμός σπόρων που βρέθηκε να παράγει ένα φυτό του ζιζανίου ήταν έως και 1363±185. Οι ελαφριοί σπόροι (8-15 mg) βλάστησαν-φύτρωσαν καλύτερα, σχεδόν σε διπλάσιο ποσοστό, αλλά και νωρίτερα (3-5 μέρες) συγκριτικά με τους βαρείς (35-53 mg). Ο σπόρος, στις εδαφικές συνθήκες του πειράματος, φύτρωσε ικανοποιητικά (70-85%) σε βάθος 2,5 με 10 cm αλλά βαθύτερα μειώθηκε απότομα το φύτρωμά του (15-20% στα 15 cm). Στα 2,5 cm ο μέσος χρόνος φυτρώματος ήταν 30-40 περίπου μέρες ενώ αυξήθηκε σταδιακά στις 50-55 μέρες στα 15 cm. Η βλάστηση σε ελεγχόμενες συνθήκες ήταν υψηλότερη στους 15οC, στο σκοτάδι, σε υπόστρωμα χώμα και σε μερικές περιπτώσεις όταν χρησιμοποιήθηκε θειικό οξύ ή γιββεριλλίνη. Το 50-60% των σπόρων του ζιζανίου μπορούσαν να φυτρώσουν σχεδόν αμέσως μετά την ωρίμανση τους ενώ όταν συλλέχθηκαν μετά από 3-4 μήνες παραμονής τους πάνω στο μητρικό φυτό στο φυσικό περιβάλλον φύτρωσαν πάνω από 80-85%. Το μυρώνι βρέθηκε να προσβάλλεται από ωίδιο, αφίδες και αδρομύκωση με τα συμπτώματα να κάνουν την εμφάνισή τους κυρίως τον Απρίλιο μήνα. Τα πειράματα ανταγωνισμού έδειξαν ότι, σε πυκνότητες έως και 260 μυρώνια/m2, δεν παρατηρήθηκαν απώλειες στις αποδόσεις σε σπόρο του σιταριού ή του βίκου (για τις συγκεκριμένες ποικιλίες-πυκνότητες σποράς) και όταν το ζιζάνιο φύτρωνε και αυξανόταν παράλληλα με την καλλιέργεια. Η ηλιοαπολύμανση του εδάφους εμπόδισε το φύτρωμα του ζιζανίου κατά 100% σε όλα τα πειράματα. Από τα ζιζανιοκτόνα που αξιολογήθηκαν σε μεταφυτρωτική εφαρμογή τα mecoprop, 2.4-D, MCPA, mesosulfuron-methyl+iodosulfuron-methyl-sodium, metosulam+2.4-D, bentazone, bromoxynil+MCPP και metribuzin, είχαν από πολύ καλή (80%) έως άριστη αποτελεσματικότητα (95%) ενώ το thifensulfuron-methyl μέτρια (50-70%) και το clopyralid μηδενική. Σε προφυτρωτική εφαρμογή μόνο το metribuzin εκδήλωσε πολύ καλή έως άριστη δράση κατά του ζιζανίου ενώ τα pendimethalin, ethalfluralin (ως PPI), prosulfocarb και prometryn ελάχιστη έως μηδενική. Στον βίκο τα pendimethalin, ethalfluralin και bentazone ήταν ισχυρά φυτοτοξικά ενώ τα prometryn και metribuzin αποδείχθηκαν εκλεκτικά. Τα φύλλα και οι βλαστοί του μυρωνιού φάνηκε να έχουν καλή θρεπτική αξία που είναι ισάξια ή και μεγαλύτερη αρκετών άλλων γνωστών φυλλωδών λαχανικών με περιεκτικότητα σε ανόργανα στοιχεία (mg/100g ξ.β.) ως εξής: Ν 3627, Ρ 283, Κ 3810, Ca 867, Mg 473, Na 542, Fe 17.8, Cu 1 και Zn 3.4. Σχετικά με τη μελέτη εφαρμογής Γεωργίας Ακριβείας επιτεύχθηκε η δημιουργία χαρτών κατανομής του μυρωνιού μέσω επεξεργασίας φωτογραφιών του αγρού. Το γνώρισμα ποσοστό λευκού χρώματος (λόγω των ανθισμένων μυρωνιών) των φωτογραφιών αγρού συσχετίστηκε πολύ ικανοποιητικά με την πυκνότητα του μυρωνιού στο χωράφι. Η μέθοδος έχει ως πλεονέκτημα την ακρίβεια και την ταχύτητα κατασκευής τέτοιων χαρτών αλλά κάτω από ορισμένες προϋποθέσεις.