Effects of silicon and sulfur fertilization on abiotic stress resistance and productivity of spring oat (avena sativa l.) varieties

Abstract

Abstract This study is established as a field experiment during (2022-2024) cultivation years by providing an evaluation of the silicon and sulfur foliar treatments, drought conditions and genetic variation on the physiological, yield and grain quality content of spring oats (Avena sativa L). The measured data included the Leaf area index -LAI, normalized difference vegetative index – NDVI, transpiration, total conductance, assimilation rate, thousands grain weight – TGW, grain yield, and macro/micro element content. The statistics was performed for ANOVA, Pearson correlation, and principal component analysis to estimate the effects of foliar treatments, genotype performance, drought cultivation seasons. Across cultivation seasons, drought conditions was the most important factor affecting the crop quality and production. Serious drought conditions during the 2022 season, significantly affected the physiological parameters, and yield production. The serious drought stress interfered even in the macro/micro element content in spring oats grain. In contrast, the cultivation season of 2023, influenced the physiological performance, yield, and grain quality. Foliar application of sulfur, significantly mitigate some of the negative effects of drought stress and influenced the spring oat production and quality. Sulfur treatment significantly increased the grain yield across all cultivation seasons. Furthermore, in grain mineral content the sole sulfur treatments resulted in improvement of macro and micro element content including potassium, phosphorus, sulfur, calcium, sodium, iron, manganese, and copper. These findings suggest that sole sulfur application improves the productivity and the nutritional grain quality of spring oats grain. The sole silicon application showed limited or negative effects on yield and grain mineral content. However, silicon showed an important effect in stress reduction, specifically under serious drought stresses. The combined foliar application of silicon and sulfur had intermediate effects on yield and grain nutritional content, specifically for magnesium and silicon content. Overall, the results of our study showed that drought stress is an important factor on reducing the spring oat production by affecting the yield and grain nutritional quality. However, a proper sulfur foliar application can mitigate the negative impacts and improve the yield and nutritional content. Furthermore, the genotype selection has a crucial role on the high yield production and favorable nutrient content to ensure better production under different environmental conditions. Absztrakt A jelen vizsgálatot 2022–2024 között, szabadföldi kísérletként állítottuk be annak érdekében, hogy értékeljük a szilícium- és kénalapú levéltrágyázási kezelések, az évjáratok, valamint a genetikai variabilitás hatását a tavaszi zab (Avena sativa L.) élettani folyamataira, terméshozamára és szemminőségi paramétereire. A mért paraméterek közé tartozott a levélterületi index (LAI), a normalizált differenciált vegetációs index (NDVI), a transzspiráció, a sztóma-vezetőképesség, az asszimilációs ráta, az ezerszemtömeg (ESZT), a terméshozam, valamint a makro- és mikroelemtartalom. A statisztikai elemzések során varianciaanalízist (ANOVA), Pearson-féle korrelációt és főkomponens-analízist alkalmaztunk a levélkezelések, a genotípusok teljesítménye és az aszályos termesztési évek hatásainak becslésére. A termesztési évek összehasonlítása alapján az aszály bizonyult a legfontosabb tényezőnek, amely a termés mennyiségét és minőségét befolyásolta. A 2022-es évben tapasztalt súlyos aszály jelentős mértékben rontotta az élettani paramétereket és a terméshozamot, továbbá a makro- és mikroelemek szemtermésben mért koncentrációjára is kedvezőtlen hatással volt. Ezzel szemben a 2023-as termesztési év kedvezőbb körülményei pozitívan befolyásolták a növényfiziológiai paramétereket, a hozamot és a szemtermés minőségét. A kén levéltrágyaként történő alkalmazása szignifikánsan mérsékelte az aszálystressz egyes negatív hatásait, és kedvezően befolyásolta a tavaszi zab terméshozamát és minőségét. A kénkezelés valamennyi termesztési évben szignifikáns terméshozam-növekedést eredményezett. Emellett a kizárólagos kénkezelés javította a szem ásványianyag-tartalmát, növelve többek között a kálium, foszfor, kén, kalcium, nátrium, vas, mangán és réz koncentrációját. Eredményeink arra utalnak, hogy az önálló kénkezelés hatékonyan fokozza a termelékenységet és javítja a szemtermés tápértékét. Összességében megállapítható, hogy az aszálystressz jelentősen csökkenti a tavaszi zab terméshozamát azáltal, hogy kedvezőtlenül befolyásolja a hozamot és a szem táplálkozás-élettani értékét. Ugyanakkor a megfelelően alkalmazott kénalapú levéltrágyázás képes mérsékelni ezeket a negatív hatásokat, valamint javítani a terméshozamot és a szem beltartalmi értékeit. Emellett a megfelelő genotípus kiválasztása kulcsfontosságú a magas terméshozam és a kedvező tápanyagtartalom elérése érdekében, különböző környezeti feltételek mellett.