Physical properties of plant extracts with biostimulant potential produced using cold plasma and low-pressure microwave discharge

• Autorzy: Krawczuk, Anna , Ogrodniczek, Jacek , Bohata, Andrea , Bartos, Petr , Olšan, Pavel , Findura, Pavol , Kocira, Sławomir

Warianty tytułu

PL

Właściwości fizyczne ekstraktów roślinnych o potencjale biostymulujących wytworzonych z wykorzystaniem zimnej plazmy i niskociśnieniowego wyładowania mikrofalowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The changing climate, causing more frequent abiotic stresses, has generated interest in products that can mitigate the negative impacts of these changes. One such group of preparations includes plant extracts with biostimulant potential, produced using various methods and techniques, including cold plasma and low-pressure microwave discharge. However, there is limited research on how production methods and techniques affect the physical properties of biostimulants, such as density, viscosity, and surface tension. This study aimed to evaluate the impact of the manufacturing process on these properties. The biostimulant was produced via hot water extraction using either cold plasma or low-pressure microwave discharge. Results showed that neither method reduced the surface tension of the biostimulants, but they significantly influenced the viscosity and density. Given these changes in physical properties, further research on droplet spectrum and plant coverage during application is necessary to determine the optimal technical parameters for effective spraying.

PL

Zmieniający się klimat powodujący coraz częściej występowanie stresów abiotycznych wpłyną na zwiększenie zainteresowania preparatami mogącymi niwelować negatywne skutki tych zmian. Jednymi z takich preparatów są ekstrakty roślinne o potencjale biostymulującym wytwarzane rożnymi metodami i technikami z wykorzystaniem m.in. zimnej plazmy czy niskociśnieniowego wyładowania mikrofalowego. Jest jednak niewiele doniesień dotyczących wpływu metody czy techniki wytwarzania biostymulatorów na ich właściwości fizyczne takie jak gęstość, lepkość i napięcie powierzchniowe. Dlatego też w pracy podjęto się oceny wpływu procesu wytwarzania biostymulatora na ww. cechy. Biostymulator wytwarzano metodą ekstrakcji wodnej na gorąco z zastosowaniem zimnej plazmy lub niskociśnieniowego wyładowania mikrofalowego. Badania wykazały, że zastosowanie w procesie wytwarzania zimnej plazmy lub niskociśnieniowego wyładowania mikrofalowego nie wpłynęło na zmniejszenie napięcia powierzchniowego biostymulatorów, ale wpłynęło istotnie na lepkość oraz gęstość wytwarzanych biostymulatorów. W związku ze zmianą właściwości fizycznych takich jak lepkość i gęstość w wyniku zastosowania zimnej plazmy lub niskociśnieniowego wyładowania mikrofalowego należy przeprowadzić dalsze badania dotyczące spektrum kropel oraz stopnia pokrycia roślin podczas zabiegu w celu doboru odpowiednich parametrów technicznych warunkujących jak najlepsze wykonanie oprysku.

Słowa kluczowe

PL

biostymulator; ekstrakcja; skrzyp polny; lepkość; napięcie powierzchniowe; gęstość

EN

biostimulant; extraction; horsetail; viscosity; surface tension; density

• Czasopismo: Agricultural Engineering
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 28, No. 1
• Strony: 277--285
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., wykr.

Twórcy

autor

Krawczuk, Anna

• Department of Machine Operation and Production Process Management, University of Life Sciences in Lublin, Akademicka 13, 20-950 Lublin, Poland,

autor

Ogrodniczek, Jacek

• Department of Machine Operation and Production Process Management, University of Life Sciences in Lublin, Akademicka 13, 20-950 Lublin, Poland,

autor

Bohata, Andrea

• Department of Plant Production, Faculty of Agriculture and Technology, University of South Bohemia in České Budějovice, České Budějovice, 370 05, Czech Republic,

autor

Bartos, Petr

• Department of Technology and Cybernetics, Faculty of Agriculture and Technology, University of South Bohemia in České Budějovice, České Budějovice, 370 05, Czech Republic,

autor

Olšan, Pavel

• Department of Technology and Cybernetics, Faculty of Agriculture and Technology, University of South Bohemia in České Budějovice, České Budějovice, 370 05, Czech Republic,

autor

Findura, Pavol

• Department of Technology and Cybernetics, Faculty of Agriculture and Technology, University of South Bohemia in České Budějovice, České Budějovice, 370 05, Czech Republic,
• Institute of Agricultural Engineering, Transport and Bioenergetics, Faculty of Engineering Slovak University of Agriculture in Nitra, Trieda Andreja Hlinku 2, 949 76 Nitra, Slovakia

autor

Kocira, Sławomir

• Department of Machine Operation and Production Process Management, University of Life Sciences in Lublin, Akademicka 13, 20-950 Lublin, Poland,
• Department of Landscape Management, Faculty of Agriculture and Technology, University of South Bohemia in České Budějovice, České Budějovice, 370 05, Czech Republic

Bibliografia

• Calvo, P., Nelson, L. & Kloepper, J.W. (2014). Agricultural uses of plant biostimulants. Plant Soil, 383, 3-41.
• Du Jardin, P. (2015). Plant biostimulants: Definition, concept, main categories and regulation. Scientia Horticulturae, 196, 3-14.
• Ertani, A., Pizzeghello, D., Francioso, O., Tinti, A. & Nardi, S. (2016). Biological activity of vegetal extracts containing phenols on plant metabolism. Molecules, 21(2), 205.
• Gaillard, A., Sijs, R. & Bonn, D. (2022). What determines the drop size in sprays of polymer solutions?. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, 305, 104813.
• Gawrońska, H., Przybysz, A., Szalacha, E. & Słowinski, A. (2008). Physiological and molecular mode of action of Asahi SL biostymulator under optima and stress conditions. In: Biostimulators in Modern Agriculture: General Aspects, Gawronska, H. (red.). Editorial House Wieś Jutra, Warszawa, 54-76.
• Gong, C., Li, D., & Kang, C. (2022). Effect of oil‐based emulsion on air bubbles in the spray sheet produced through the air‐induction nozzle. Pest Management Science, 78(12), 5347-5357.
• Jo, S., El-Demerdash, A., Owen, C., Srivastava, V., Wu, D., Kikuchi, S., ... & Osbourn, A. (2024). Unlocking saponin biosynthesis in soapwort. Nature Chemical Biology, s41589-024-01681-7, 1-12.
• Kocira, A., Kocira, S., Świeca, M., Złotek, U., Jakubczyk, A. & Kapela, K. (2017). Effect of foliar application of a nitrophenolate-based biostimulant on the yield and quality of two bean cultivars. Scientia Horticulturae, 214, 76-82.
• Kocira, A., Kocira, S., Złotek, U., Kornas, R. & Świeca, M. (2015). Effects of Nano-Gro preparation applications on yield components and antioxidant properties of common bean (Phaseolus vulgaris L.). Fresenius Environmental Bulletin, 24(11b), 4034-4041.
• Kocira, S., Szparaga, A., Findura, P. & Treder, K. (2020). Modification of yield and fiber fractions biosynthesis in Phaseolus vulgaris L. by treatment with biostimulants containing amino acids and seaweed extract. Agronomy, 10(9), 1338.
• Kozak, M., Wondołowska-Grabowska, A., Serafin-Andrzejewska, M., Gniadzik, M. & Kozak, M.K. (2016). Biostymulatory - wczoraj, dziś i jutro. W: Rolnictwo XXI wieku - problemy i wyzwania, Łuczycka, D. (red.). Idea Knowledge Future, Wrocław, 114-122.
• Krawczuk, A., Huyghebaert, B., Rabier, F., Parafiniuk, S., Przywara, A., Koszel, M. ... & Kocira, S. (2023). The technical parameters of seaweed biostimulant spray application as a factor in the economic viability of soybean production. Applied Sciences, 13(2), 1051.
• Krawczuk, A., Parafiniuk, S., Przywara, A., Huyghebaert, B., Rabier, F., Limbourg, Q., Mostade, O. & Kocira, S. (2021). Technical Parameters of Spraying with a Biostimulant as a Determinant of Biometrical Properties and Yield of Soybean Seeds. Agricultural Engineering, 25(1), 171-179.
• Le Mire, G., Nguyen, M.L., Fassotte, B., du Jardin, P., Verheggen, F., Delaplace, P. & Jijakli, H. (2016). Implementing plant biostimulants and biocontrol strategies in the agroecological management of cultivated ecosystems, A review. Biotechnology, Agronomy, Society and Environment, 20, 299-313.
• Makhnenko, I., Alonzi, E. R., Fredericks, S. A., Colby, C. M. & Dutcher, C. S. (2021). A review of liquid sheet breakup: Perspectives from agricultural sprays. Journal of Aerosol Science, 157, 105805.
• Makhnenko, I., Nguyen, L., Hogan, C. J., Fredericks, S. A., Colby, C. M., Alonzi, E. R. & Dutcher, C. S. (2024). Spray droplet sizes from aqueous liquid sheets containing soluble surfactants and emulsified oils. Atomization and Sprays, 34(1), 21-36.
• Michalek, W., Kocira, A., Findura, P., Szparaga, A. & Kocira, S. (2018). The influence of biostimulant Asahi SL on the photosynthetic activity of selected cultivars of Phaseolus vulgaris L. Rocznik Ochrona Srodowiska, 20, 1286-1301.
• Nuyttens, D., De Schampheleire, M., Verboven, P., Brusselman, E. & Dekeyser, D. (2009). Droplet size and velocity characteristics of agricultural sprays. Transactions of the ASABE, 52(5), 1471-1480.
• Przybysz, A., Gawronska, H. & Gajc-Wolska, J. (2014). Biological mode of action of a nitrophenolatesbased biostimulant: case study. Frontiers in Plant Science, 5, 713.
• Singh, M., Kumar, J., Singh, S., Singh, V. P. & Prasad, S. M. (2015). Roles of osmoprotectants in improving salinity and drought tolerance in plants: a review. Reviews in Environmental Science and Biotechnology, 14, 407-426.
• Spanoghe, P., De Schampheleire, M., Van der Meeren, P. & Steurbaut, W. (2007). Influence of agricultural adjuvants on droplet spectra. Pest Management Science: formerly Pesticide Science, 63(1), 4-16.
• Szparaga, A., Kocira, S., Kapusta, I. & Zaguła, G. (2021). Prototyping extracts from Artemisia absinthium L. for their biostimulating properties yield enhancing, and farmer income increasing properties. Industrial Crops and Products, 160, 113125.
• Zhang, L., Song, S. R., Sun, D. Z., Xue, X. Y., Dai, Q. F. & Li, Z. (2021). Response of droplet diameter of agricultural spray nozzle to liquid viscosity. Journal of South China Agricultural University, 42(2), 102-109.

Identyfikatory

DOI

10.2478/agriceng-2024-0017