Publication in Frontiers in Plant Science
26 May 2021
See full article/ Veure l’article complet: https://doi.org/10.3389/fpls.2021.649304
English:
Soilless crop production is a viable way to promote vertical agriculture in urban areas, but it relies extensively on the use of mineral fertilizer. Thus, the benefits of fresher, local food and avoiding the transportation and packaging associated with food import could be counteracted by an increase in nutrient-rich wastewater, which could contribute to freshwater and marine eutrophication. The present study aimed to explore the use of mineral fertilizer substitutes in soilless agriculture. Phaseolus vulgaris (common bean) was fertilized with a combination of slow-releasing fertilizer struvite (a source of N, P, and Mg), which is a byproduct of wastewater treatment plants, and inoculation with Rhizobium (a N2-fixing soil bacteria). The experiment included three bean-production lines: (A) 2 g/plant of struvite and rhizobial inoculation; (B) 5 g/plant of struvite and rhizobial inoculation, both irrigated with a Mg-, P-, and N-free nutrient solution; and (C) a control treatment that consisted of irrigation with a full nutrient solution and no inoculation. Plant growth, development, yields, and nutrient contents were determined at 35, 62, and 84 days after transplanting as well as biological N2 fixation, which was determined using the 15N natural abundance method. Treatments A and B resulted in lower total yields per plant than the control C treatment (e.g., 59.35 ± 26.4 g plant–1 for A, 74.2 ± 23.0 g plant–1 for B, and 147.71 ± 45.3 g plant–1 for C). For A and B, the nodulation and N2 fixation capacities appeared to increase with the amount of initially available struvite, but, over time, deficient levels of Mg were reached as well as nearly deficient levels of P, which could explain the lower yields. Nevertheless, we conclude that the combination of struvite and N2-fixing bacteria covered the N needs of plants throughout the growth cycle. However, further studies are needed to determine the optimal struvite quantities for vertical agriculture systems that can meet the P and Mg requirements throughout the lifetime of the plants.
Català:
La producció de cultius sense terra és una manera viable de promoure l’agricultura vertical a les zones urbanes, però es basa àmpliament en l’ús d’adobs minerals. Així doncs, els beneficis de consumir els aliments més frescos i locals i evitar el transport i l’embalatge associats a la importació d’aliments, es podrien contrarestar amb un augment de les aigües residuals riques en nutrients, que podrien contribuir a l’eutrofització marina i d’aigua dolça. El present estudi tenia com a objectiu explorar l’ús de substituts dels fertilitzants minerals en l’agricultura sense terra. La Phaseolus vulgaris (mongeta comuna) es va fertilitzar amb una combinació del fertilitzant alliberador lent struvite (una font de N, P i Mg), que és un subproducte de les estacions depuradores d’aigües residuals, i la inoculació amb Rhizobium (unbacteri del sòl fixador N2-). L’experiment inclou tres línies de producció de fesols: (A) 2 g/planta d’inoculació struvita i rizobial; (B) 5 g/planta d’inoculació struvita i rizobial, tots dos regats amb una solució de nutrients sense Mg-, P- ni N-; i (C) un tractament de control que consistia en regar amb una solució completa de nutrients i sense inoculació. El creixement de les plantes, el desenvolupament, els rendiments i els continguts de nutrients es van determinar a 35, 62 i 84 dies després del trasplantament, així com la fixació biològica N2, que es va determinar utilitzant el mètode d’abundància natural de 15N. Els tractaments A i B van donar com a resultat rendiments totals més baixos per planta que el tractament de control C (per exemple, 59,35 ± 26,4 g planta–1 per A, 74,2 ± 23,0 g planta–1 per a B, i 147,71 ± 45,3 g planta–1 per a C). Per a A i B, les capacitats de nodulació i fixació de N2 semblaven augmentar amb la quantitat de struvita inicialment disponible, però, amb el temps, es van assolir nivells deficients de Mg, així com nivells gairebé deficients de P, la qual cosa podria explicar els menors rendiments. No obstant això, concloem que la combinació de struvite i la fixació de N2– bacterial cobreix les necessitats de N de les plantes al llarg del cicle de creixement. D’altra banda, es necessiten més estudis per determinar les quantitats òptimes de struvite per als sistemes d’agricultura vertical que poden satisfer els requisits de P i Mg al llarg de la vida de les plantes.
Figure: Graphic representation of the mean numerical count per plant for each organ (Leaves, flower buttons, open flowers) and yield in g/plant on a weekly basis, DAT representing the days after transplanting inside the iRTG. The colors represent the three treatments: A = N.free solution with Rhizobium inoculation and 2g of struvite per plant. B = N.free solution with Rhizobium inoculation and 5g of struvite per plant. C = Complete nutrient solution without struvite and no inoculation treatment.