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Angga Prasetya, Sri Nuryani Hidayah Utami, Eko Hanudin, "遮荫和生物炭施用对长寿菠菜初效期槲皮素含量的影响",应用与环境土壤学, 卷。2021, 文章的ID6699873, 12 页面, 2021. https://doi.org/10.1155/2021/6699873
遮荫和生物炭施用对长寿菠菜初效期槲皮素含量的影响
摘要
传统药物在发达国家和发展中国家已经使用了很长时间,其中一种就是长寿菠菜(Gynura procumbens).其植物类黄酮含量高,是社区用于治疗各种疾病的一类植物。这种植物产生各种类黄酮,如槲皮素,可以通过提供遮荫和增加氮养分,通过给予生物炭和施肥来优化。本研究旨在研究生物炭、遮荫和肥料对紫花苜蓿生长和槲皮素含量的影响Gynura procumbens植物。本研究采用两因素随机完全区组设计(RCBD)。第一个因素是四种剂量的生物炭,包括B0(没有生物炭),B10(生物炭10吨/公顷)15(生物炭15吨/公顷)20.(生物炭20吨/公顷)。同时,第二个因素是三层处理下的遮荫强度,即I0(没有阴影),我50(50%),和我70(70%)。结果表明,15吨/公顷遮光率为70%的生物炭可使槲皮素含量提高0.51%。
1.简介
传统药物的使用在发达国家和发展中国家由来已久。根据世界卫生组织(世卫组织)的数据,近80%的人使用传统药物或草药来满足日常医药需求。草药使用的增加将增加对这些草药的需求。其中一种常被社区用作草药的植物是长寿菠菜(Gynura procumbens).这种植物通过代谢产生次生代谢产物,其中一种就是类黄酮。根据Akowuah等人的研究,Gynura procumbens具有与黄酮类、皂苷类、萜类、酚类等低分子量化合物含量相关的潜在生物活性。这些化合物具有生物活性Gynura procumbens比如类黄酮和酚类物质。然而,不仅这些植物的生物活性受到低分子量化合物的显著影响,而且高分子量的生物活性化合物也会影响植物的生物活性Gynura procumbens尤其是多糖或碳水化合物,因为它们在这些植物中含量较高。一般情况下,从植物材料中提取的酚类化合物的组成受化学性质、样品大小、提取方法和条件以及其他物质中是否存在污染物的影响[1].Kaewseejam和Siriamornpun [2),Gynura procumbens与其他酚类化合物相比,黄酮类化合物(64-83%)。原儿茶素中的多酚成分包括对羟基苯甲酸(没食子酸、原儿茶酸、香草酸等)、对羟基肉桂酸(绿原酸、咖啡酸、阿魏酸等)、黄酮(芦丁、杨梅素、槲皮素、山奈酚、芹菜素等)。这三种类型的多酚负责生物活性Gynura procumbens工厂。黄酮类化合物由Gynura procumbens槲皮素。槲皮素是一类具有多种生物活性的类黄酮。这种活性取决于槲皮素的抗氧化特性,包括槲皮素捕获自由基和活性氧(如超氧阴离子和羟基自由基)的能力[3.].在新陈代谢中形成蛋白质所需的元素之一是氮。同时,土壤类型适宜Gynura procumbens栽培是始化土。初成土是还在从其下面的母质中发育的年轻土壤。仍在发育的土壤类型,如初积土,其质地从粗到细,导致土壤体的淋滤过程,从而溶解其中的营养物质。根据Abdurachman等人[4,干性土壤,如初松,一般土壤肥力较低(NPK低)。因此,有必要添加改良剂以满足植物所需的营养物质。其中一种改良剂是竹生物炭。生物炭是改善土壤质量、减少土壤氮流失的一种替代方法。在600°C的温度下,热解产生的生物炭由竹子、坚果和木材制成,可减少0.12% - 3.7%的养分损失[5].竹材生物炭具有非常多孔的结构,具有大量的微孔,吸附效率比传统木材生物炭高十倍左右[必威24906].本研究旨在研究生物炭、遮荫和肥料对紫花苜蓿生长及槲皮素含量的影响Gynura procumbens植物。本研究有望为公众提供生物炭、遮荫和肥料的适当应用,以改善其生长和槲皮素含量的信息Gynura procumbens植物。
2.材料和方法
2.1.研究地点的描述
这项研究于2020年1月至2020年6月在日惹Gadjah马达大学农学院Banguntapan试验田进行。本研究使用的材料为4周龄的木屑Gynura procumbens,尿素肥料,生物炭,对偶网(遮光),以及用于分析土壤化学性质的化学物质,生物炭和槲皮素化合物。在这项研究中使用的工具是竹子、温室框架、塑料袋、记号笔、标签纸、锄头、文具、筛子,以及Gadjah Mada大学农学院普通土壤实验室和土壤化学与肥力实验室的实验室设备。
2.2.土壤取样设计与程序
本研究采用因子随机全区设计(RCBD),包括2个治疗因子,重复3次。第一个因素是生物炭(B)在四种剂量下的应用,即B0(没有生物炭),B10(10吨/公顷),B15(15吨/公顷20.(20吨/公顷)。第二个因素是三个不同层次上的阴影强度(I),即I0(没有阴影),我50(50%),和我70(70%)。共设15个处理组合,每个处理组合重复3次,包括对照在内共设45个实验单元。
2.3.土壤取样及制备
土地准备从清理土地开始,用于排列塑料袋,并给予0%、500%和700%的荫凉。所用植物材料是从UGM农业技术创新中心获得的2个月大的茎段插枝。先筛选2 mm土壤培养基,然后按处理剂量施生物炭,孵育2周。孵化后,在种植前2天施基础肥料(尿素、氯化钾和SP-36)。随后按不同处理组合种植2个月。种植期间进行植物养护和观察。维护工作包括浇水、防治虫害和清除杂草。每天下午浇水以保持土壤湿润。如果在植物上发现害虫,就要进行防治。
2.4.土壤,生物炭和植物实验室分析
对土壤介质进行分析,确定其中的含量。分析了土壤pH、水分、CEC、有机碳、全氮、有效氮、有效磷和碱阳离子。生物炭作为一种插入土壤的处理材料,必须对其进行分析,以确定其含量及其pH、CEC、水分含量和有机c等特征,并对植物组织,特别是叶片进行分析,以确定氮和槲皮素的含量。采用色谱法对槲皮素进行分析;首先要做的是标准的槲皮素重量高达10毫克[7].然后,将标准品以甲醇为溶剂压缩到10ml的测量瓶中。主要解为1000µg/mL取多达1ml,然后以甲醇为溶剂压缩到10ml的测量瓶中。用母液100作标准曲线µg/mL,通过移液10,30,60,120,240和480µL溶于10ml测量瓶中,加入甲醇溶剂标记(标准溶液含量分别为0.1、0.3、0.6、1.2、2.4、4.8)µg / mL)。然后,用0.22过滤溶液µg过滤膜。将每个解决方案注入色谱法系统多达20个µL.此外,为了制备样品,称取25mg样品,然后用甲醇溶解至10ml。用0.22过滤样本溶液µ过滤膜。然后,将样品滤液注入色谱法系统多达20个µl
2.5.统计分析
水分含量、有机质、养分含量、pH值、CEC、土壤阳离子等土壤参数以及鲜重、干重、株高、叶片数、槲皮素等植物参数采用5%概率水平的ANNOVA检验,应用软件程序统计(SPSS)进行分析。每个代表三种确定的复制的平均值使用单向方差分析( ).为了确定治疗之间的显著差异,我们进行了进一步的邓肯测试。
3.结果与讨论
3.1.初替醇的化学和物理性质
3.1.1.土壤反应(pH)
基于表1,本研究初始化酚的实际土壤pH值为6.67,潜在土壤pH值为6.28。根据Balittanah(2009),这个值被归类为中性。土壤的实际pH值描述了H的数量+只在土壤溶液中测量的离子。同时,土壤的潜在pH描述了H的数量+离子在土壤溶液和土壤渗透复合物中,使测量的pH值较低。根据Damanik等人[8,始替醇的土壤pH值一般为微酸性至中性(pH 5.6 ~ pH 6.8)。初始化液的pH值为中性时,营养物质的可获得性会更好,植物可以充分获得营养物质,从而优化植物。
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请注意。
级别/类别基于Balittanah 2009。 |
3.1.2.水分含量
基于表1,本研究所用始肽的含水量为6.12%。初熟土是未进一步发育的年轻土壤,因此仍含有少量粘土。不强烈的土壤成因过程导致初黏剂质地粗糙,有机质含量低,由于粘土形成率低,水分结合度低。根据Abdurachman等人[4],始替土为幼龄土壤,有机质含量低,持水能力低,土壤肥力低。
3.1.3.有机物质
基于表1有机C含量为1.55%,有机质含量为2.18%。根据Balittanah(2009),这种有机C的含量属于低。这是因为初熟土是有机质含量低的年轻土壤。此外,土壤取自种植多年生作物的沼地,因此提供的有机物质很少。这一结果与Abdurachman等人一致[4],说明初结土为年轻土壤,有机质含量低,持水能力低,土壤肥力低。
3.1.4.阳离子交换能力
基于表1,本研究使用的始肽的阳离子交换容量为7.59 Cmol (+) kg−1根据Balittanah(2009),这被认为是低的。这是因为初缩醇有机质含量低,导致CEC低。始替醇粘粒含量低,属高岭石粘粒,阳离子交换容量低。这一结果与Hakim等人的结论一致[9和阿里芬[10[],说明CEC受土壤pH、有机质含量、粘土矿物类型和土壤质地的影响。土壤有机质含量越低,阳离子交换容量越低。
3.1.5.可用的钙
本研究使用的初代醇中Ca含量为0.21 Cmol (+)/kg(表1),这被认为是非常低的,根据Balittanah(2009)。钙是一种阳离子形式的植物大量营养素,对细胞壁的形成和细胞弹性很重要。11].同时,土壤中的Ca与其他元素如Al、Fe和Mn具有平衡作用[12].始替醇钙含量低是由于母质钙含量低,淋溶导致钙被水带走,从而导致土壤钙含量低。
3.1.6.可用镁
本研究使用的初代醇中Mg含量为0.16 Cmol (+)/kg1),这被认为是非常低的Balittanah(2009)。这是因为始裂土母质为冲积物,Mg含量较低,而土壤中以沙土为主,Mg含量较低。与钙类似,镁在酸性土壤中起着平衡其他元素(如铝、铁和锰)的作用[13].
3.1.7.可用的钾
本研究中采用的始替醇速效钾含量为0.25 Cmol (+) kg−1(表1),这是低的,根据Balittanah(2009)。这是因为土壤有机质含量低,没有输入到土壤中,所以纯粹来自岩石风化。
3.1.8.可用的钠
基于表1,钠含量为0.03 Cmol (+) kg−1,这被认为是非常低的,基于Balittanah(2009)。这是由于有机质含量较低,钠源较低所致。低钠土壤有利于团聚体的稳定,有利于植物生长。根据Foth [14如果土壤中钠含量较低(<1.0 Cmol kg .−1),因为土壤中的钠含量过高,会对土壤和植物产生不利影响。
3.1.9.全氮和有效氮
本研究使用的初代醇总氮含量为0.23%(见表1)1),而以铵态形式存在的有效氮含量( )和硝酸( )为280.61毫克/公斤及420.92毫克/公斤(附表1),分别。根据Balittanah(2009),总数N值被认为低。全氮含量低是由于高流动氮和低有机质含量,从而限制了n的来源。Hardjowigeno [15,土壤中的氮有多种形式,如蛋白质、氨基酸、铵态氮和硝酸盐。氮以无机形式被植物吸收。与硝酸盐相比,铵态氮更容易被土壤胶体表面吸附,因此铵态氮的运动较慢,扩散运动较低。此外,许多因素导致土壤氮有效度低,如淋溶、蒸发和利用土壤微生物作为能量。
3.1.10.可用的磷
基于表1根据Balittanah(2009)的说法,在这项研究中使用的始肽中的有效磷为2.38 mg/kg,这被认为是较低的。这个结果是由于P源不可用造成的。pH为中性,有机质含量较低,导致土壤磷含量低。土壤有机质是土壤有效磷的来源之一。
3.1.11.土壤质地
本研究中使用的始化土由77%的砂土、11%的粉土和12%的粘土组成1).根据Balittanah(2009),将其归为壤土砂质地类。沙粒占主导地位的原因是始裂土是一种尚未充分发育的土壤。此外,在他的土壤剖面中还没有形成大量的粘土含量,例如,如果要被归类为Alfisol,必须有一个粘土皮,所以只有一个形成层作为名称的基础。
3.2.生物炭的化学性质
生物炭的pH值为10.33,属于碱性2).这是因为生物炭中存在碱性阳离子,如Ca、Mg和CaCO3,导致生物炭的pH值变为碱性。据Hua等[6],竹子生物炭是具有高微孔的生物炭,其吸附效率比木材等生物炭材料高十倍。
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有机C含量为43.53%。这是因为生物炭是由富含碳的木质和非木质植物残留物制成的。根据Putri等人[16],生物炭可以结合土壤中的有机C,使其稳定且难以分解。因此,有机C的含量得以维持。生物炭的灰分含量为18.05%。根据Maftuah和Nursyamsyi [17]时,灰分含量受原料中所含木质素的影响,也受原料中无机矿物含量的影响,使其不挥发。生物炭的CEC值为11.19 Cmol(−)kg−1.生物炭的养分含量和阳离子交换容量(CEC)均较低。生物炭还具有较高的pH值、有机值、有机C和持水能力,因此被认为是一种土壤改良剂,可以根据土壤条件提高土壤有机C、土壤水分含量和土壤pH值。
3.3.生物炭和遮荫施用对始化酚化学肥力的影响
3.3.1.土壤反应(pH)
无生物炭对照处理在100%光照下pH最高,为7.34。同时,15吨/公顷生物炭与50%光照强度组合处理的pH最低,为5.133.).总的来说,所有生物炭处理都表现出土壤ph值的下降。18两性生物炭具有多种功能基团,可在土壤pH变化中起作用。羧基是酸性的,氨基是碱性的,根据土壤条件可以带正电荷或负电荷。氨基在碱性环境中会变成阴离子。同时,在酸性环境中,它会变成阳离子。这是施用生物炭后土壤pH降低的原因。
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3.3.2.有机物质
方差分析表明,生物炭与遮荫对土壤有机质含量的交互作用不显著(表1)4).生物炭的施用对土壤有机质含量无显著影响。但对照处理与生物炭处理之间存在显著差异。施用生物炭和50%遮荫处理的有机质含量最高,为3.34%。在2周的培养过程中,生物炭没有进行分解过程,因此有机C含量没有显著差异。这一结果与Herlambang等人一致[19,说明提高土壤有机C含量需要很长时间,至少两个月。
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3.3.3.阳离子交换能力
生物炭和遮光剂对阳离子交换容量值无显著交互作用(表5).生物炭的应用对CEC值无显著影响。对照处理的CEC值在70%遮荫时最高,为10.42 Cmol (+)/kg。同时,50%遮荫下施用10吨/公顷生物炭的CEC值最低(8.72 Cmol (+)/kg)。生物炭作为土壤改良剂可以改善土壤的某些化学性质,如土壤CEC。但改善土壤性质需要较长的时间,因此添加生物炭后阳离子交换容量值的变化没有显著差异。有机碳和有机质含量低是导致阳离子交换容量低的一个因素,使土壤吸收养分的能力较低。
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3.3.4.水分含量
根据方差分析结果如表所示6,添加生物炭显著影响土壤含水量。遮荫处理土壤含水量最高(26.83%),对照处理土壤含水量最低(22.56%)。总的来说,高剂量的生物炭会增加土壤中的水分含量。改良是改善土壤保持和提供水分的能力的适当措施之一。据Jindo等人[20.],生物炭作为一种由高温热解工艺制成的改良剂材料,将具有较大的表面积结构。此外,生物炭还含有芳香C,具有较高的保水能力,可以储存并为植物提供更多的水分。
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3.3.5.可用的钙
生物炭与遮荫对速效钙含量有交互作用(见表1)7).50%光照条件下,施用10吨/公顷生物炭时最高(0.39 Cmol (+)/kg)。50%遮荫处理最低,为0.21 Cmol (+)/kg。根据Glaser等人[21],在用生物炭、碱阳离子(如Ca)处理的土壤中2 +、镁2 +和K+在生物炭中一般不受静电力束缚。这些阳离子以溶解盐的形式存在,因此它们可以被植物吸收和利用。
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3.3.6.可用镁
生物炭与遮荫对速效镁含量有交互作用8).50%光强下,B0(不含生物炭)处理含量最高,为0.20 Cmol (+)/kg。同时,50%遮荫下施用10吨/公顷生物炭的效果最差,为0.13 Cmol (+)/kg。土壤中添加生物炭对土壤有效镁含量没有影响,因为土壤中镁含量较高2 +生物炭中的阳离子不受静电力的束缚。碱性阳离子只起到溶解盐的作用,然后可以被植物吸收[21].
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3.3.7.可用氮
根据对铵态氮含量( )和硝酸( ),添加生物炭可提高土壤速效氮(table9而且10).以铵态形式的速效氮在50%遮荫条件下施用20吨/公顷生物炭时最高(1687.25 mg/kg)。50%遮阴处理最低,为294.86 mg/kg。以硝态氮形式,15吨/公顷生物炭处理速效氮含量最高,为762.85 mg/kg,对照处理为438.40 mg/kg,无生物炭处理最低。生物炭具有官能团和孔隙,可以保持土壤中氮的有效性,并根据植物的需要缓慢释放氮。
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Bandosz(2006)认为,含有多个官能团的生物炭具有较大的表面积,导致NH的保留3..通过将NH3.对于其碱性气体形式,生物炭的酸性表面基团可以质子化NH3.对NH+.添加生物炭等土壤改良剂可以保留在阴离子交换位点,这样它就能还原土壤流失:土壤中的流失,从而为植物提供养分[5].
3.3.8.总氮
方差分析结果表明,施用生物炭提高了土壤全氮含量(见表1)11),虽然生物炭处理的总氮含量也较低。10吨/公顷生物炭处理总氮含量最高(0.15%),15和20吨/公顷生物炭处理总氮含量最低(0.11%)。尽管总氮含量低,但生物炭可以储存氮,并使其大量供植物使用。生物炭还可以保留N和P元素,这样它们就不容易被水带走,因为生物炭具有很高的持水能力,从而减少了浸出[22].此外,生物炭可以增加土壤水分,从而刺激N矿化,增加植物可吸收的无机N。
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3.4.生物炭及遮荫施肥对植物生长的影响
3.4.1.株高
基于图1,生物炭处理的植株株高呈线性增加。在50%遮荫条件下,10吨/公顷生物炭处理植株株高最高。在无遮荫条件下,10吨/公顷生物炭处理植株株高最低。植物的生长,特别是植物的高度,受多种因素的影响,其中之一是光合作用和其他生理过程中土壤中养分的有效性。长寿菠菜(Gynura procumbens)是一种耐阴药用植物。根据Dan Azis [23],提供荫蔽也会抑制植物接受的光强度,导致植物的营养期较接受更多光的植物要长得多。
3.4.2.数量的叶子
观察到的叶片数量是变化的,这是因为在初始观察时叶片数量不是均匀的(图2).因此,每周的叶片数量是有差异的。根据Sakinah等人[24,叶的数量和分支的数量Gynura procumbens受光照强度和相对湿度的影响。随着阳光强度的增加,树枝的数量也会随之增加,而树枝数量的增加又会导致嫩叶的生长。同时,相对湿度的增加会使树枝数量减少,从而影响树枝上叶片的生长,从而影响叶片数量。
3.4.3.嫩根鲜重
在50%光强下施用15吨/公顷生物炭的嫩枝鲜重最高。与此同时,对照处理植株在70%遮荫下的嫩枝鲜重最低3.).对照处理在50%遮阴时根系鲜重最高,而15吨/公顷生物炭在70%遮阴时根系鲜重最低4).鲜重描述的是植物的光合产物含量或光合作用过程的结果。植物鲜重受日照强度、土壤养分含量、土壤水分含量等多种因素的影响,影响植物对养分的吸收过程和养分的有效性。
3.4.4.茎和根干重
在100%光强下施用10吨/公顷生物炭处理的地上部干重最高,而在70%遮光处理的地上部干重最低5).无遮荫对照处理的根干重最高。
与此同时,施用15吨/公顷生物炭,遮阴率为70%,根系干重最低6).对植物干重含量影响最大的营养元素是磷,植物对磷的吸收越高,对其他元素的吸收也越高。植物能吸收的养分越多,植物干重越高。此外,植物的干重也受组织生物量中水分的影响[25].
3.5.植物组织中总氮
生物炭和遮荫对植物组织中总氮含量有交互作用(见表1)12).15吨/公顷生物炭遮荫处理植株组织中氮含量最高,为3.15%。对照处理无遮荫时,该数值最低,为1.73%。植物组织中的氮含量可以指示蛋白质和核酸的合成,在植物生长过程中可以起到形成新细胞的作用。
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根据Pradnyawan等人的说法[26),Gynura procumbens70%遮荫条件下的植株氮素含量最高,50%和0%遮荫条件下的植株氮素含量最高。这是因为,在70%的遮荫条件下,氮以NH4的形式积聚+和3号-在植物谷氨酰胺。70%遮光产生的光不足以使植物将氮源转化为有机氮,然后用于植物代谢。
3.6.槲皮素
不同处理对槲皮素含量有显著影响。各处理对槲皮素含量产生不同的结果Gynura procumbens植物。70%遮荫条件下,15吨/公顷生物炭的槲皮素含量最高(0.51%)。同时,在50%遮荫条件下,未施用生物炭的植株获得最低值(0.29%)13).
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根据Pradnyawan等人的说法[26]时,植株叶绿素a和叶绿素b含量在70%遮荫条件下会增加。阿米尼等人也表达了同样的观点。[27与没有遮荫的植物相比,遮荫的植物会产生更多的叶绿素,尤其是叶绿素b。叶绿素含量的增加是植物对环境胁迫的一种响应形式,是植物在遮荫条件下增加光截获的一种机制。在不同的光合速率下,肯定会产生不同的槲皮素化合物。通过提供荫凉,它会增加产量或加速植物的次级代谢,以应对不适合它们栖息地的环境条件。给予压力不仅会增加槲皮素,还会增加其他几种类黄酮化合物,这些化合物是为了应对环境压力和适应这些条件而产生的。根据Lewis等人[28]时,在遮荫的植物中,光子吸收在梯度中下降。遮荫植物的叶绿素总含量很高,因为遮荫条件会促进对红光光谱的吸收,从而促进叶绿素a的产生[29].叶绿素b含量表示代谢过程中使用的叶绿素含量,但叶绿素b的合成受叶绿素a的影响。因此,在遮荫条件下,不仅是槲皮素的变化,还有山酚、杨梅素等其他多酚类物质的变化都是由于遮荫条件下叶绿素含量的增加造成的。
施用生物炭可通过满足植物代谢和光合作用所需的营养物质来影响植物生长和槲皮素的产生。一些影响植物代谢的元素包括氮、镁和钙,它们是蛋白质、叶绿素和酶的重要组成部分,可以加速植物代谢过程。
4.结论
15吨/公顷生物炭配合50%遮荫可促进长寿菠菜的生长。Gynura procumbens)植物。同时,20吨/公顷生物炭配合70%遮荫处理显著提高了土壤速效氮含量,达到1394.70 mg/kg。添加遮光率为70%的15吨/公顷生物炭可使槲皮素含量提高0.51%。
数据可用性
支持本研究结果的数据可根据要求从通讯作者处获得。
的利益冲突
作者声明他们没有利益冲突。
作者的贡献
Sri Nuryani Hidayah Utami负责处理预算资助、数据分析、稿件撰写和处理审稿人意见,并修改稿件,Angga Prasetya协调研究人员,获取数据,直接参与研究设计和结果讨论,并撰写稿件,Eko Hanudin指导实验室测量土壤特征,回应审稿人的意见。
致谢
作者非常感谢Gadjah Mada大学在RTA (Recognisi Tugas Akhir/Final Project Recognition Grant)框架内与团队负责人Sri Nuryani Hidayah Utami提供的预算和设施。
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