Date of Award

9-2016

Document Type

Dissertation

Degree Name

Doctor of Philosophy (PhD)

Department

Aridland Agriculture

First Advisor

Dr. Elke Neumann

Abstract

Sudan grass (Sorghum x drummondii) is commonly grown for the production of animal fodder in the UAE. Cyperus conglomeratus (locally termed ‘Thenda’) is a sedge native to the UAE, and one of the very few plants that colonize soils of shifting desert dunes. The native plant is grazed by camels, and may thus have a potential for animal feed production. While Sudan grass is a mycotrophic plant that normally lives in symbiosis with arbuscular mycorrhizal fungi for facilitation of nutrient uptake, C. conglomeratus is a non-host to these root symbionts. In the desert sedges rhizosheaths comprising of dense coats of root hairs and entangled soil particles seem to constitute an alternative strategy to support nutrient acquisition. One objective of this study was to compare nutrient uptake from soils of the UAE between Sudan grass and C. conglomeratus. Another aim was to investigate how removal of biomass and presence of soil salinity, alone or in combination, would affect the development and functioning of arbuscular mycorrhizal symbioses in Sudan grass grown on a sandy soil of the UAE. In a field experiment, Sudan grass and C. conglomeratus were either sole cropped or intercropped under two different irrigation regimes. After 7 months of cultivation, C. conglomeratus plants had produced more biomass, and had taken up larger quantities of nutritional elements compared with Sudan grass, even though these plants had received smaller amounts of fertilizers. Neither Sudan grass nor C. conglomeratus growth differed depending on whether plants were sole- or intercropped. This may suggest that the two plant species under investigation utilized different pools of nutritional elements, and thus competed only little for nutrient uptake. There was no effect of the water supply level on the growth of intercropped or sole cropped plants, possibly because the water supply level was in a sufficient range even for the plots of the lower water supply treatment. Results of a pot experiment where Sudan grass and C. conglomeratus were grown with approximately half of their root systems sharing the same soil volume, confirm the hypothesis that the two plant species under investigation do not compete for the same pools of phosphate (P). However, C. conglomeratus growth and nutrient uptake was negatively affected by the presence of a mycorrhiza fungal colonized root system. This confirms the results of the previous pot experiments that reported a direct negative effect of mycorrhizal root systems on the growth of the neighboring non-hosts. The majority of agricultural soils in the UAE viii are prone to salinization. It was hypothesized that on saline soil, arbuscular mycorrhiza fungal root colonization and plant mechanisms of adaptation to a saline environment would compete for photoassimilates. Such competitive effects would aggravate upon removal of photosynthetic tissues, and lead to a decline in the development and functioning of mycorrhizae. The null or alternative hypothesis, results indicated that neither salinity nor severe leaf pruning, alone or in combination, had an effect on the relative contribution of arbuscular mycorrhiza fungal symbiosis to plant growth and nutrient uptake. There was also no effect of leaf removal or salinity on the extent by which roots were colonized by endomycorrhizal fungi at the time of harvest. These results suggest that contributions of arbuscular mycorrhiza fungal root colonization to plant performance are relatively robust, and may persist under a wide range of environmental conditions and agricultural practices. Future studies should further shed light into mechanisms by which C. conglomeratus mobilizes nutritional elements. As the plant seems to have a great potential to increase nutrient utilization efficiency in agricultural systems of the UAE, its value for animal feed production should be further assessed. Given the superiority of C. conglomeratus over Sudan grass in terms of growth and nutrient uptake, it seems unlikely that introduced mycotrophic grasses have the potential to outcompete native dune sedges when released into UAE plant ecosystems.

Arabic Abstract


دراسة مقارنة لامتصاص العناصر بين نبات حشيشة السودان ونبات الثندا (نبات صحراوي محلي في الإمارات العربية المتحدة)

تزرع حشيشة السودان (Sorghum x drummondii) لإنتاج العلف الحيواني في دولة الإمارات العربية المتحدة. أما نبات الثندا (Cyperus conglomeratus) فهو نبات محلي في دولة الإمارات العربية المتحدة، وإحدى النباتات القليلة التي تستعمر الكثبان الرملية الصحراوية وهي من النباتات المحلية التي تتغذى عليها الإبل، ولذلك قد يكون لهذا النبات إمكانية لإنتاج العلف الحيواني. إن حشيشة السودان تعيش عادة في علاقة تكافلية مع فطر المايكورايزا (arbuscular mycorrhizal) لتسهيل امتصاص العناصر الغذائية، بينما لا تتوفر هذه العلاقة التكافلية في نبات الثندا. تقوم النباتات الصحراوية (sedges) بتشكيل أغشية كثيفة من شعيرات الجذور وجزيئات التربة المتشابكة (rhizosheaths)، لتشكل إستراتيجية بديلة لدعم اكتساب العناصر الغذائية. إن أحد أهداف هذه الدراسة كان المقارنة بين حشيشة السودان ونبات ثندا من حيث امتصاص العناصر المغذية من ترب دولة الإمارات العربية المتحدة. الهدف الآخر لهذه الدراسة كان البحث في كيفية التربة منفصلين أو مجتمعين معا، في نمو ووظيفة المايكورايزا في حشيشة السودان الذي ينمو في التربة الرملية لدولة الإمارات العربية المتحدة. في التجربة الحقلية، تمت زراعة حشيشة السودان ونبات ثندا بشكل وحيد أو متداخلان، تحت نظامي ري مختلفين. بعد سبعة شهور من الزراعة، أنتجت نباتات الثندا كتلة عضوية أكثر وامتصت كميات أكبر من العناصر المغذية مقارنة بحشيشة السودان، بالرغم من أن هذه النباتات أضيفت إليها كميات أقل من الأسمدة. إن نمو حشيشة السودان وكذلك نبات الثندا لم يختلف سواء كان النبات زرع وحيدا أو متداخل مع النبات الآخر، هذا يعود الى أن حشيشة السودان ونبات الثندا ربما استعملا تجمعات مختلفة من العناصر المغذية، وكان هناك تنافس قليل لامتصاص لنباتات سواء كانت مزروعه وحيدة أو متداخلة، من المحتمل أن السبب في ذلك هو أن مستوى الري كان في مدى كافي حتى في المعاملات ذات مستويات ري منخفض. إن نتائج تجربة الأصص، حيث اشتركت نصف جذور بة، تؤكد فرضية أن حشيشة السودان ونبات الثندا لا يتنافسان على نفس تجمعات الفوسفات. كما بينت الدراسة نمو نبات الثندا وامتصاصه للعناصر المغذية تأثر سلبيا بوجود المايكورايزا، وهذا يؤكد نتائج تجارب الأصص السابقة التي ذكرت التأثير السلبي المباشر للماكورايزا في نمو النبات المجاور الذي لا يعيش عليه الفطر. ان غالبية الترب الزراعية في دولة الإمارات العربية المتحدة عرضة للملوحة. ومن المفترض أن المايكورايزا وآليات تكيف النبات في البيئة الملحية تتنافس على بعض المركبات الناتجة من عملية البناء الضوئي، إن مثل هذه التأثيرات التنافسية تزيد من إزالة الأنسجة التي تقوم بعملية البناء الضوئي وتؤدي إلى انخفاض في نمو ووظيفة المايكورايزا. ولكن خلافا لهذه الفرضية، أشارت النتائج بأن الملوحة والتقليم الحاد للأوراق، كل على حده أو مجتمعين لم يؤثر على المساهمة النسبية للمايكورايزا في نمو النبات وامتصاصه للعناصر المغذية، كذلك لا يوجد تأثير لإزالة الأوراق أو الملوحة على امتداد الجذور التي لقحت بالمايكورايزا في وقت الحصاد. تقترح هذه النتائج أن هناك مساهمات كبيرة من قبل المايكورايزا في أداء النبات وقد تستمر تحت مختلف الظروف البيئية والممارسات الزراعية الدراسات المستقبلية يجب أن تسلط ضوء على الآليات التي ينقل فيها نبات الثندا العناصر المغذية. ويبدو أن نبات الثندا يمتلك إمكانية عظيمة لزيادة كفاءة استخدام العناصر المغذية في الأنظمة الزراعية لدولة الإمارات العربية المتحدة، كما إن قيمته الغذائية واستخدامه كعلف حيواني يجب أيضا أن تقيم إلى حد أبعد. تفوق نبات الثندا على حشيشة السودان من ناحية النمو وامتصاص العناصر المغذية يشير الى إمكانية أن إدخال النبات المرتبط بالمايكورايزا يؤدي الى تنافس وإزاحة نباتات الكثبان الرملية المحلية في الأنظمة البيئية في دولة الإمارات العربية المتحدة.

Download

Included in

Agriculture Commons

COinS