Date of Award

2-2025

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Horticulture

Department

Integrative Agriculture

First Advisor

Dr. Elke Neumann

Abstract

Hydroponic plant cultivation is becoming increasingly popular in the UAE, especially for leafy greens and fruit vegetables. By the end of the growing cycle, the roots of hydroponic plants are usually treated as crop residues, even though roots of several species are potentially edible and could be processed into food or nutraceuticals. Root crops like sweet potato or carrot might even be grown in hydroponic systems for the primary purpose of producing edible fibrous or tuberous roots. However, the use of hydroponic systems for the production of root biomass is not yet common, and most farmers strive to produce plants with a high shoot/root ratio. The current study thus investigated opportunities for the harvest of edible roots from hydroponic plants. In a first experimental approach, fibrous roots of endive or sweet potato plants were pruned horizontally or vertically at regular intervals throughout the growing season. In both plant species, root pruning resulted in a higher root biomass but had no impact on the development or nutritional status of the shoot. This suggests that root pruning could be used to obtain belowground biomass from plants with edible roots. Roots of sweet potato and endive had much higher concentrations of nitrogen, potassium, iron, zinc, and copper compared with plant shoots, suggesting that they might constitute particularly valuable dietary sources of protein and nutritional elements. A second experiment investigated the impact of a low phosphorus supply and addition of auxin on hydroponic sweet potato plants grown either with or without glass beads in the rooting zone. In this experiment, auxin addition to the nutrient solution lowered the shoot/root ratio of plants that grew in glass beads, but not in those that grew in aerated nutrient solution alone. The phosphorus supply level had generally no impact on the shoot/root ratio. The results of this study indicate that hydroponic plants can be encouraged to form fibrous roots through root pruning, addition of auxin to the nutrient solution, as well as by increasing the mechanical impedance of the root environment. Such techniques could be further developed to better valorize root systems of hydroponic plants in the future.

Arabic Abstract

اختبار الاستراتيجيات لإنتاج وحصاد الجذور القابلة للأكل من النباتات المزروعة بالزراعة المائية

زراعة النباتات باستخدام الزراعة المائية أصبحت تكتسب شعبية متزايدة في دولة الإمارات العربية المتحدة، خاصة للخضروات الورقية والخضروات الثمرية. بحلول نهاية دورة النمو، عادة ما يتم التعامل مع جذور النباتات المزروعة بالزراعة المائية كمخلفات محاصيل، على الرغم من أن جذور العديد من الأنواع من المحتمل أن تكون صالحة للأكل ويمكن معالجتها إلى أغذية أو مستحضرات غذائية علاجية. من الممكن أيضاً زراعة محاصيل جذرية مثل البطاطا الحلوة أو الجزر في أنظمة الزراعة المائية بهدف أساسي وهو إنتاج الجذور الليفية أو الدرنية الصالحة للأكل. ومع ذلك، فإن استخدام الأنظمة المائية لإنتاج الكتلة الحيوية الجذرية لا يزال غير شائع، حيث يسعى معظم المزارعين لإنتاج نباتات ذات نسبة عالية من المجموع الخضري إلى الجذري. قامت الدراسة الحالية بالتحقيق في فرص حصاد الجذور الصالحة للأكل من النباتات المزروعة بالزراعة المائية. في نهج تجريبي أول، تم تقليم الجذور الليفية لنباتات الهندباء أو البطاطا الحلوة أفقياً أو عمودياً على فترات منتظمة طوال موسم النمو. في كلا النوعين النباتيين، أدى تقليم الجذور إلى زيادة الكتلة الحيوية الجذرية ولكن لم يكن له أي تأثير على تطور أو الحالة التغذوية للجزء الخضري. يشير ذلك إلى أن تقليم الجذور يمكن أن يُستخدم للحصول على الكتلة الحيوية الجذرية من النباتات ذات الجذور الصالحة للأكل. كانت جذور البطاطا الحلوة والهندباء تحتوي على تركيزات أعلى بكثير من النيتروجين والبوتاسيوم والحديد والزنك والنحاس مقارنة بالجزء الخضري للنبات، مما يشير إلى أنها قد تشكل مصادر غذائية قيمة للبروتين والعناصر الغذائية. تجربة ثانية قامت بالتحقيق في تأثير انخفاض إمدادات الفسفور وإضافة الأوكسين على نباتات البطاطا الحلوة المزروعة في النظام المائي إما مع أو بدون خرز زجاجي (Glass beads) في منطقة الجذور. في هذه التجربة، أدى إضافة الأوكسين إلى المحلول المغذي إلى خفض نسبة المجموع الخضري إلى الجذري للنباتات المزروعة في الخرز الزجاجي (Glass beads)، ولكن لم يكن له تأثير في النباتات التي نمت في المحلول المغذي وحده. إمداد الفوسفور بشكل عام ليس له تأثير على نسبة المجموع الخضري إلى الجذري. تشير نتائج هذه الدراسة إلى أن النباتات المزروعة بالزراعة المائية يمكن تحفيزها على تكوين جذور ليفية من خلال تقليم الجذور، إضافة الأوكسين إلى المحلول المغذي، وكذلك عن طريق زيادة المقاومة الميكانيكية لبيئة الجذور. يمكن تطوير مثل هذه التقنيات بشكل أكبر لتحسين الاستفادة من الأنظمة الجذرية للنباتات المزروعة مائياً في المستقبل.

Download

Included in

Agriculture Commons

COinS