Influence of compost, vermicompost and digestate on nutrient status and secondary metabolites, Lactuca sativa L. as a model

Abstract

Peat is the most commonly used substrate in greenhouse cultures due to its predictability and performance. Though significant environmental costs and CO2 emissions are associated with harvesting of peat. It is therefore of great interest to find alternative, environmentally friendly growing media. Compost, vermicompost and digestate are often rich in nutrients and thus represent an interesting alternative to peat. However the availability of nutrients in composts may be limited due to alkaline pH. Lettuce was chosen as a model for this study due to its sensitivity to factors such as nutrient deficiency, in particular nitrogen. The composts (Mix and Farm), vermicompost (Vermi) and digestate (Biorest) were selected as growing media for this study as they represent typical feedstocks and composting techniques. We wished to examine how the media influenced nutrient status and secondary metabolites in lettuce. Plants were grown with and without fertilizer to see if the media could provide sufficient nutrients. All the alternative media had alkaline pH, and thus lettuce grown in these media were deficient in several nutrients, even when fertilized. Lettuce grown in both Vermi treatments had sufficient levels of nitrogen (3,5 %), and high levels of potassium (11 %), however growth was inhibited due to other factors, possibly related to high pH. Lettuce grown in both Biorest treatments had high stomatal conductance and chlorophyll levels, but low biomass production. Lettuce grown in the alternative media typically had higher levels of flavonols and anthocyanins than the control, particularly when unfertilized. Plants grown in Farm had the highest levels of anthocyanins and flavonols. Antioxidant levels were twice as high for lettuce grown in Mix and Control when unfertilized, and were generally higher in all unfertilized treatments, with the exception of Vermi. The same trend was seen for total phenol levels, which were higher in unfertilized treatments. There appears to be an influence of media type on flavonols, anthocyanins, antioxidants and phenols, which can partly be explained by nutrient availability in the media. However adjustments to pH and other parameters would likely have to be made before using compost vermicompost, and digestate as growing media.

Torv er det mest vanlige mediet i veksthuskulturer på grunn av dets forutsigbarhet og ytelse som dyrkningsmedium. Skjønt uttak av torv bærer med seg betydelige CO2-utslipp og andre miljøkostnader. Det er derfor av stor interesse å finne alternative, miljøvennlige dyrkningsmedier. Kompost, meitemark-kompost og biorest har ofte høyt innhold av plantenæringsstoffer og representerer et interessant alternativ til torv. Til tross for deres høye innhold av næringsstoffer kan det være en utfordring at disse ikke er tilgjengelige for planten. Dette studiet valgte salat som en modellplante på grunn av dens sensitivitet til blant annet næringsmangel, særlig nitrogen (N). Materialene som ble valgt som dyrkningsmedium; kompost (Mix og Farm), meitemark-kompost (Vermi) og biorest (Biorest) representerer typiske råstoff og nedbrytningsprosesser. Vi ønsket å undersøke hvordan ulike medier kan påvirke næringsopptak og sekundære metabolitter i salat. Salaten ble dyrket både med og uten gjødsel for å se om mediene kunne forsyne tilstrekkelig med næring. Alle de alternative mediene hadde høy pH, og følgelig var det mangel på flere næringsstoffer i de fleste behandlinger, selv når det var tilført gjødsel. Salat som var dyrket i meitemark-kompost (Vermi) hadde tilstrekkelig med nitrogen (3,5 %) og høyt nivå av kalium (11%), men vokste dårlig på grunn av andre faktorer, sannsynligvis relatert til høy pH. Salat som var dyrket i Biorest hadde høy konduktans og høye nivåer av klorofyll, men lav biomasseproduksjon. Salat dyrket i de alternative mediene hadde jevnt høyere nivå av antocyaniner og flavonoler enn kontrollen, især i når gjødsel ikke var tilført. Planter som var dyrket i Farm hadde høyest nivå av antocyaniner og flavonoler. Antioksidantnivå var dobbelt så høyt for salat dyrket i Mix og kontroll når gjødsel ikke var tilført, og var generelt høyere i alle ugjødsla behandlinger, med unntak av Vermi. Den samme trenden var observert for total-fenoler, som var høyere når gjødsel ikke var tilført. Det ser ut til å være en påvirkning av medietype på flavonoler, antocyaniner, antioksidanter og total-fenoler, som kan delvis forklares av tilgjengelighet av næringsstoffer i mediet. Likevel må pH og sannsynligvis andre parametre justeres før kompost, meitemark-kompost og biorest kan brukes som dyrkningsmedie.