Influence of Irrigation on Lysimeter-grown Sage (Salvia Officinalis L.)

Authors

  • Noémi Júlia Valkovszki Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Környezettudományi Intézet
  • Árpád Székely Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Környezettudományi Intézet
  • Tímea Szalóki Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Környezettudományi Intézet
  • Ágnes Kun Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Környezettudományi Intézet
  • Ildikó Kolozsvári Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Környezettudományi Intézet
  • Szilvia Tavaszi-Sárosi Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Kertészettudományi Intézet
  • Jancsó Mihály Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Környezettudományi Intézet

DOI:

https://doi.org/10.33038/jcegi.3551

Keywords:

irrigation, sage, essential oil content, lysimeter, biomass

Abstract

The sage is one of the most widely applied herbs. It is used equally by the pharmaceutical, cosmetic and food industries. The essential oil content and composition of sage, i.e. the drug quality, are significantly influenced by the growth conditions (soil, nutrient, water and light supply). The medicinal sage is known as a drought-tolerant plant. However, the low rainfall weather of recent years in Hungary highlighted the importance of investigation of irrigation's effect to achieve optimal drug yield and quality. In our experiment, we studied the effect of irrigation on Salvia officinalis L. grown at the largest lysimeter station in Central Europe. In the two-year experiment, the plant height, plant diameter, shoot length, SPAD value, as well as the biomass, fresh and dry leaf weight; the essential oil content and composition of 16 plants per treatment were evaluated under rainfed and irrigated (105 mm Körös oxbow lake water) conditions. Results showed that the irrigation caused a significant increase in plant height, plant diameter, shoot length, and yield (total biomass: unirrigated: 470.46 g plant-1; irrigated: 827,48 g plant-1) in both experimental years. The irrigation caused an increase in essential oil content. The main components in the essential oil were α-Thujone, Camphor, 1,8-Cineol, β-Thujone, and Camphene; while the amount of Ledole in 2021 and the Viridiflorole in 2022 was more than 6%. By the influence of irrigation, the SPAD value and Trans-Sabinyl-acetate were decreased.

Author Biographies

  • Noémi Júlia Valkovszki, Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Környezettudományi Intézet

    Dr. Valkovszki Noémi Júlia PhD
    levelező szerző
    tudományos munkatárs
    Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Környezettudományi Intézet, Öntözési és Vízgazdálkodási Kutatóközpont
    Valkovszki.Noemi.Julia@uni-mate.hu

  • Árpád Székely, Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Környezettudományi Intézet

    Székely Árpád
    tudományos segédmunkatárs
    Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Környezettudományi Intézet, Öntözési és Vízgazdálkodási Kutatóközpont
    Szekely.Arpad@uni-mate.hu

  • Tímea Szalóki, Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Környezettudományi Intézet

    Szalóki Tímea
    tudományos segédmunkatárs
    Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Környezettudományi Intézet, Öntözési és Vízgazdálkodási Kutatóközpont
    Szaloki.Timea.Palma@uni-mate.hu

  • Ágnes Kun, Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Környezettudományi Intézet

    Dr. Kun Ágnes PhD
    tudományos munkatárs
    Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Környezettudományi Intézet, Öntözési és Vízgazdálkodási Kutatóközpont
    Kun.Agnes@uni-mate.hu

  • Ildikó Kolozsvári, Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Környezettudományi Intézet

    Kolozsvári Ildikó
    tudományos segédmunkatárs
    Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Környezettudományi Intézet, Öntözési és Vízgazdálkodási Kutatóközpont
    Kolozsvari.Ildiko@uni-mate.hu

  • Szilvia Tavaszi-Sárosi, Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Kertészettudományi Intézet

    Dr. Tavaszi-Sárosi Szilvia PhD
    egyetemi docens
    Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Kertészettudományi Intézet, Gyógy- és aromanövények Tanszék
    Tavaszi-Sarosi.Szilvia@uni-mate.hu

  • Jancsó Mihály , Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Környezettudományi Intézet

    Jancsó Mihály
    tudományos munkatárs
    Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Környezettudományi Intézet, Öntözési és Vízgazdálkodási Kutatóközpont
    Jancso.Mihaly@uni-mate.hu

References

BAGDAT, R.B. – CRAKER, L.E. – YUKSEL, K. (2017): The Effect of Fertilization and Mycorrhiza Inoculation on Yield Variables and Essential Oil Characteristics of Salvia officinalis L. Growing in the Greenhouse and at the Field. Indian J. Pharm. Educ. Res. 51, s341–s348. DOI: https://doi.org/10.5530/ijper.51.3s.44

BETTAIEB, N. – ZAKHAMA, N. – AIDI WANNES, W. – KCHOUK, M.E. – MARZOUK, B. (2009): Water deficit effects on Salvia officinalis fatty acids and essential oils composition [WWW Document]. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scienta.2008.10.016

CSATHÓ, P. – ÁRENDÁS, T. – NÉMETH, T. (1998): New environmrntally friendly fertilizer recommendation system for Hungary. Polish Society of Agrotechnical Sciences. Bibliotheca Fragmenta Agronomika. Proceedings International Symposium CIES, PFS and Workshop IMPHOS, IPI September 27-30, Pulawy, Poland. 225-230. DOI: https://doi.org/10.1007/978-94-017-3674-9_84

DÉTÁR, E. – NÉMETH, É.Z. – GOSZTOLA, B. – DEMJÁN, I. – PLUHÁR, Z. (2020): Effects of variety and growth year on the essential oil properties of lavender (Lavandula angustifolia Mill.) and lavandin (Lavandula x intermedia Emeric ex Loisel.). Biochem. Syst. Ecol. 90, 104020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bse.2020.104020

GOVAHI, M. – GHALAVAND, A. – NADJAFI, F. – SOROOSHZADEH, A. (2016): Effects of different soil fertility systems on some physiological characteristics, yield and essential oil of sage (Salvia officinalis L.) under different irrigation regimes. Iran. J. Med. Aromat. Plants Res. 32, 333–345. DOI: https://doi.org/10.22092/ijmapr.2016.106567

GRISAFI, F. – ODDO, E. – MAGGIO, A. – PANARISI, A. – PANARISI, M. (2017): Morpho-physiologic Traits in Two Sage Taxa Grown under Different Irrigation Regime. Chem. Eng. Trans. 58. DOI: https://doi.org/10.3303/CET1758117

KULAK, M. – OZKAN, A. – BINDAK, R. (2019): A bibliometric analysis of the essential oil-bearing plants exposed to the water stress: How long way we have come and how much further? Sci. Hortic. 246, 418–436. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scienta.2018.11.031

KUN, Á. 2018. Intenzív halnevelő telepről származó elfolyóvíz öntözésre való alkalmasságának vizsgálata. Hidrológiai Közlöny. 98:1, 60-70.

MAMELI, M.G. – ZUCCA, L. – MAXIA, M. – MANCA, G. – SATTA, M. (2011): Effects of different irrigation management on biomass and essential oil production of Thymus vulgaris L., Salvia officinalis L. and Rosmarinus officinalis L., cultivated in the southern Sardinian climate (Italy). Acta Hortic. 469–474. ISSN : 0567-7572, ISBN : 9789066057135

MANUKYAN, A. (2011): Effect of Growing Factors on Productivity and Quality of Lemon Catmint, Lemon Balm and Sage under Soilless Greenhouse Production: I. Drought Stress. Med. Aromat. Plant Sci. Biotechnol. 5, 119–125.

MARTINI, A.N. – TASSOULA, L. – PAPAFOTIOU, M. (2022): Adaptation of Salvia fruticosa, S. officinalis, S. ringens and interspecific hybrids in an extensive green roof under two irrigation frequencies. Not. Bot. Horti Agrobot. Cluj-Napoca 50, 12767–12767. DOI: https://doi.org/10.15835/nbha50212767

MICHÉLI, E. – FUCHS, M. – LÁNG, V. – SZEGI, T. – DOBOS, E. – SZABÓNÉ KELE, G. (2015): Javaslat talajosztályozási rendszerünk megújítására: alapelvek, módszerek, alapegységek. Agrokém. És Talajt. 64, 285–297.

MUNNÉ-BOSCH, S. – MUELLER, M. – SCHWARZ, K. – ALEGRE, L. (2001): Diterpenes and antioxidative protection in drought-stressed Salvia officinalis plants [WWW Document]. DOI: https://doi.org/10.1078/0176-1617-00578

NÉMETH-ZÁMBORI É. – SZABÓ K. – PLUHÁR ZS. – RADÁCSI P. – INOTAI K. (2016): Changes in biomass and essential oil profile of four Lamiaceae species due to different soil water levels. J Essent Oil Res 28(5):391–399. DOI: https://doi.org/10.1080/10412905.2016.1176606

RASHED, N.M. – MOURSI, E.A. (2012): Influence of Cultivation Method and Irrigation Regime on Growth, Oil Yield and Some Water Relations of Sage (Salvia officinalis, L.) in Heavy Clay Soils. Alex. Sci. Exch. J. Int. Q. J. Sci. Agric. Environ. 33, 165–175. DOI: https://doi.org/10.21608/asejaiqjsae.2012.3152

RIOBA, N.B. – ITULYA, F.M. – SAIDI, M. – DUDAI, N. – BERNSTEIN, N. (2015): Effects of nitrogen, phosphorus and irrigation frequency on essential oil content and composition of sage (Salvia officinalis L.). J. Appl. Res. Med. Aromat. Plants 2, 21–29. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jarmap.2015.01.003

SÁROSI, S. – SIPOS, L. – KÓKAI, Z. – PLUHÁR, Z. – SZILVÁSSY, B. – NOVÁK, I. (2013): Effect of different drying techniques on the aroma profile of Thymus vulgaris analyzed by GC-MS and sensory profile methods. Ind. Crops Prod. 46, 210–216. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2013.01.028

BAGDAT, R.B. – CRAKER, L.E. – YUKSEL, K. (2017): The Effect of Fertilization and Mycorrhiza Inoculation on Yield Variables and Essential Oil Characteristics of Salvia officinalis L. Growing in the Greenhouse and at the Field. Indian J. Pharm. Educ. Res. 51, s341–s348. DOI: https://doi.org/10.5530/ijper.51.3s.44

BETTAIEB, N. – ZAKHAMA, N. – AIDI WANNES, W. – KCHOUK, M.E. – MARZOUK, B. (2009): Water deficit effects on Salvia officinalis fatty acids and essential oils composition [WWW Document]. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scienta.2008.10.016

CSATHÓ, P. – ÁRENDÁS, T. – NÉMETH, T. (1998): New environmrntally friendly fertilizer recommendation system for Hungary. Polish Society of Agrotechnical Sciences. Bibliotheca Fragmenta Agronomika. Proceedings International Symposium CIES, PFS and Workshop IMPHOS, IPI September 27–30, Pulawy, Poland. 225–230. DOI: https://doi.org/10.1007/978-94-017-3674-9_84

DÉTÁR, E. – NÉMETH, É.Z. – GOSZTOLA, B. – DEMJÁN, I. – PLUHÁR, Z. (2020): Effects of variety and growth year on the essential oil properties of lavender (Lavandula angustifolia Mill.) and lavandin (Lavandula x intermedia Emeric ex Loisel.). Biochem. Syst. Ecol. 90, 104020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bse.2020.104020

GOVAHI, M. – GHALAVAND, A. – NADJAFI, F. – SOROOSHZADEH, A. (2016): Effects of different soil fertility systems on some physiological characteristics, yield and essential oil of sage (Salvia officinalis L.) under different irrigation regimes. Iran. J. Med. Aromat. Plants Res. 32, 333–345. DOI: https://doi.org/10.22092/ijmapr.2016.106567

GRISAFI, F. – ODDO, E. – MAGGIO, A. – PANARISI, A. – PANARISI, M. (2017): Morpho-physiologic Traits in Two Sage Taxa Grown under Different Irrigation Regime. Chem. Eng. Trans. 58. DOI: https://doi.org/10.3303/CET1758117

KULAK, M. – OZKAN, A. – BINDAK, R. (2019): A bibliometric analysis of the essential oil-bearing plants exposed to the water stress: How long way we have come and how much further? Sci. Hortic. 246, 418–436. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scienta.2018.11.031

KUN, Á. (2018): Intenzív halnevelő telepről származó elfolyóvíz öntözésre való alkalmasságának vizsgálata. Hidrológiai Közlöny. 98:1, 60-70.

MAMELI, M.G. – ZUCCA, L. – MAXIA, M. – MANCA, G. – SATTA, M. (2011): Effects of different irrigation management on biomass and essential oil production of Thymus vulgaris L., Salvia officinalis L. and Rosmarinus officinalis L., cultivated in the southern Sardinian climate (Italy). Acta Hortic. 469–474. ISSN : 0567-7572, ISBN : 9789066057135

MANUKYAN, A. (2011): Effect of Growing Factors on Productivity and Quality of Lemon Catmint, Lemon Balm and Sage under Soilless Greenhouse Production: I. Drought Stress. Med. Aromat. Plant Sci. Biotechnol. 5, 119–125.

MARTINI, A.N. – TASSOULA, L. – PAPAFOTIOU, M. (2022): Adaptation of Salvia fruticosa, S. officinalis, S. ringens and interspecific hybrids in an extensive green roof under two irrigation frequencies. Not. Bot. Horti Agrobot. Cluj-Napoca 50, 12767–12767. DOI: https://doi.org/10.15835/nbha50212767

MICHÉLI, E. – FUCHS, M. – LÁNG, V. – SZEGI, T. – DOBOS, E. – SZABÓNÉ KELE, G. (2015): Javaslat talajosztályozási rendszerünk megújítására: alapelvek, módszerek, alapegységek. Agrokém. És Talajt. 64, 285–297.

MUNNÉ-BOSCH, S. – MUELLER, M. – SCHWARZ, K. – ALEGRE, L. (2001): Diterpenes and antioxidative protection in drought-stressed Salvia officinalis plants [WWW Document]. DOI: https://doi.org/10.1078/0176-1617-00578

NÉMETH-ZÁMBORI É. – SZABÓ K. – PLUHÁR ZS. – RADÁCSI P. – INOTAI K. (2016): Changes in biomass and essential oil profile of four Lamiaceae species due to different soil water levels. J Essent Oil Res 28(5):391–399. https://doi.org/10.1080/10412905.2016.1176606

RASHED, N.M. – MOURSI, E.A. (2012): Influence of Cultivation Method and Irrigation Regime on Growth, Oil Yield and Some Water Relations of Sage (Salvia officinalis, L.) in Heavy Clay Soils. Alex. Sci. Exch. J. Int. Q. J. Sci. Agric. Environ. 33, 165–175. DOI: https://doi.org/10.21608/asejaiqjsae.2012.3152

RIOBA, N.B. – ITULYA, F.M. – SAIDI, M. – DUDAI, N. – BERNSTEIN, N. (2015): Effects of nitrogen, phosphorus and irrigation frequency on essential oil content and composition of sage (Salvia officinalis L.). J. Appl. Res. Med. Aromat. Plants 2, 21–29. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jarmap.2015.01.003

SÁROSI, S. – SIPOS, L. – KÓKAI, Z. – PLUHÁR, Z. – SZILVÁSSY, B. – NOVÁK, I. (2013): Effect of different drying techniques on the aroma profile of Thymus vulgaris analyzed by GC-MS and sensory profile methods. Ind. Crops Prod. 46, 210–216. DOI: https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2013.01.028

SCHAD, P. (2016): The International Soil Classification System WRB, Third Edition, 2014, in: Mueller, L., Sheudshen, A.K., Eulenstein, F. (Eds.), Novel Methods for Monitoring and Managing Land and Water Resources in Siberia. Springer International Publishing, Cham, pp. 563–571. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-24409-9_25

SOLTANBEIGI, A. (2020): Qualitative Variations of Lavandin Essential Oil under Various Storage Conditions. J. Essent. Oil Bear. Plants 23, 1237–1252. DOI: https://doi.org/10.1080/0972060X.2020.1871076

SOLTANBEIGI, A. – YILDIZ, M. – DIRAMAN, H. – TERZI, H. – SAKARTEPE, E. – YILDIZ, E. (2021): Growth responses and essential oil profile of Salvia officinalis L. Influenced by water deficit and various nutrient sources in the greenhouse. Saudi J. Biol. Sci. 28, 7327–7335. DOI: https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2021.08.034

SZABÓ, K. – RADÁCSI, P. – RAJHÁRT, P. – LADÁNYI, M. – NÉMETH, É. (2017): Stress-induced changes of growth, yield and bioactive compounds in lemon balm cultivars. Plant Physiol. Biochem. PPB 119, 170–177. DOI: https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2017.07.019

SZABÓ, K. – ZUBAY, P. – NÉMETH-ZÁMBORINÉ, É. (2020): What shapes our knowledge of the relationship between water deficiency stress and plant volatiles? Acta Physiol. Plant. 42, 130. DOI: https://doi.org/10.1007/s11738-020-03120-1

THAKUR, A. – THAKUR, C.L. (2018): Evaluation of four medicinal herb species under conditions of water-deficit stress. Indian J. Plant Physiol. 23, 459–466. DOI: https://doi.org/10.1007/s40502-018-0387-3

TRAYKOVA, B. – STANILOVA, M. – NIKOLOVA, M. – BERKOV, S. (2019): Growth and Essential Oils of Salvia officinalis Plants Derived from Conventional or Aeroponic Produced Seedlings. Agric. Conspec. Sci. 84, 77–81.

VALKOVSZKI, N.J. – KUN, Á. – JANCSÓ, M. – SZÉKELY, Á. – SZALÓKI, T. – KOLOZSVÁRI, I. – BOZÁN, C. (2022): Intenzív halnevelésből származó elfolyóvíz hatása az orvosi székfűre (Matricaria recutita L.) - előzetes eredmények, in: Fodor, M., Bodor-Pesti, P., Deák, T. (Eds.), A LIPPAY J. – ORMOS I. – VAS K. (LOV) Tudományos Ülésszak tanulmányai [Proceedings of J. LIPPAY – I. ORMOS – K. VAS (LOV) Scientific Meeting]. MATE Budai Campus, Budapest, pp. 739–751.

VAN DEN DOOL, H. – DEC. KRATZ, P. (1963): A generalization of the retention index system including linear temperature programmed gas—liquid partition chromatography. J. Chromatogr. A 11, 463–471. DOI: https://doi.org/10.1016/S0021-9673(01)80947-X

VOSOUGHI, N. – GOMARIAN, M. – GHASEMI PIRBALOUTI, A. – KHAGHANI, S. – MALEKPOOR, F. (2018): Essential oil composition and total phenolic, flavonoid contents, and antioxidant activity of sage (Salvia officinalis L.) extract under chitosan application and irrigation frequencies. Ind. Crops Prod. 117, 366–374. DOI: https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2018.03.021

Published

2022-12-15

How to Cite

Influence of Irrigation on Lysimeter-grown Sage (Salvia Officinalis L.). (2022). Journal of Central European Green Innovation, 10(Suppl 2), 3-20. https://doi.org/10.33038/jcegi.3551