Pobierz wersję PDF
Transkrypt
Pobierz wersję PDF
ISSN 1895 - 4421 EPISTEME CZASOPISMO NAUKOWO-KULTURALNE KRAKÓW Nr 15/2012 EPISTEME CZASOPISMO NAUKOWO-KULTURALNE Redakcja: Zdzisław Szczepanik (red. naczelny) Katarzyna Daraż-Duda (sekretarz redakcji) Piotr Walecki Grzegorz Chajko Krzysztof Duda Rada Naukowa: Prof. dr hab. Dariusz Rott Prof. dr hab. Włodzimierz Sady Prof. dr hab. Michał Śliwa Prof. dr hab. inż. Ryszard Tadeusiewicz Prof. dr hab. Bogdan Zemanek Ks. Prof. UPJP II, dr hab. Władysław Zuziak Prof. nadzw. dr hab. Wiesław Alejziak Prof. Ignatianum i UJ, dr hab. Józef Bremer SJ Prof. dr przew. kwal. II Paweł Taranczewski Prof. dr Olga E. Kosheleva Prof. dr Aleksandr Lokshin Prof. dr Hans Jørgen Jensen Prof. dr Oleksandr Chyrkov Prof. dr Iryna Diachuk Prof. dr Luiza Arutinov Prof. dr hab. Michaił Odesskij Prof. dr hab., dr. phil. Andrzej Wiercinski Prof. dr eng. Elena Horska projekt okładki i skład: Roman Turowski Wydawca: Stowarzyszenie Twórców Nauki i Kultury „Episteme” ul. Okólna 28/87 30-669 Kraków © Stowarzyszenie Twórców Nauki i Kultury „Episteme” i Autorzy Szanowni Państwo ! Niezmiernie nam miło przekazać Państwu nowy numer naszego czasopisma, którego zawartość zapełniają teksty młodych naukowców z zakresu nauk przyrodniczych. Teksty te mają charakter nowatorski i wnoszą nową jakość do nauki. Artykuły te przeszły gruntowną recenzję specjalistów z zakresów do których się odnoszą i uzyskały ich akceptację, co ostatecznie zadecydowało o ich publikacji. Gratulując autorom tekstów opublikowanych jednocześnie życzymy czytelnikom inspiracji z nich wynikających. Redakcja SPIS TREŚCI I. ROLNICTWO I INŻYNIERIA ROLNICZA Monika Białkowska, Marta Ćwiertniewska WPŁYW UPRAWY WSPÓŁRZĘDNEJ NA KSZTAŁTOWANIE SIĘ ZAWARTOŚCI SKŁADNIKÓW MINERALNYCH W NASIONACH I CZĘŚCIACH NADZIEMNYCH ŁUBINU ŻÓŁTEGO . . . . . . . . . . . . . 15 Łukasz Bolibok OCENA WPŁYWU ŚRODOWISKOWEGO PRODUKCJI ENERGII Z BIOMASY ZA POMOCĄ OPROGRAMOWANIA SUSTAINABLE MINDS . . . . . . . . . . 21 Małgorzata Borek, Renata Bączek-Kwinta, Karolina Maruszak, Katarzyna Stalmach CZY WARTO ZADBAĆ O WIĘKSZĄ ROZSADĘ KAPUSTY GŁOWIASTEJ BIAŁEJ? . . . . 29 Marcin Czora MEASURMENT OF DEHYDROGENASE ACTIVITY (DHA) IN SOIL NEAR BOLESLAW MINE AND METALURGICAL PLANT S.A. . . . . . . . . . . . . . 37 Małgorzata Czubacka, Leszek Rachoń WPŁYW POZIOMU AGROTECHNIKI NA SKŁAD CHEMICZNY ZIARNA PSZENICY OZIMEJ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Marta Ćwiertniewska, Monika Białkowska ANALIZA WYBRANYCH CECH PLONOTWÓRCZYCH PSZENŻYTA JAREGO W WARUNKACH SIEWU CZYSTEGO I MIESZANEGO . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Krzysztof Dziedzic ANALIZA PRZYDATNOŚCI ŁUSKI ZIARNA SŁODU DO CELÓW ENERGETYCZNYCH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 Paweł Frąk, Agnieszka Klimek - Kopyra DYNAMIKA WZROSTU I WYBRANE CECHY BIOMETRYCZNE SORGA CUKROWEGO (SORGHUM SACCHARATUM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 spis treści Anna Gał, Iwona Kozikowska, Katarzyna Suprewicz, Magdalena Czajkowska ZAWARTOŚĆ RTĘCI W ZBIORNIKU WODNYM I WYBRANYCH ORGANIZMACH Z RÓŻNYCH POZIOMÓW TROFICZNYCH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 Marta Gas WPŁYW WYBRANYCH CZYNNIKÓW AGROTECHNICZNYCH NA KSZTAŁTOWANIE W NASIONACH ŁUBINU ANDYJSKIEGO (LUPINUS MUTABILIS SWEET) ZAWARTOŚCI TŁUSZCZU I PROFILU KWASÓW TŁUSZCZOWYCH . . . . . . . 83 Marta Jabłońska, Magdalena Giemza-Mikoda, Anna Lehmann, Michał Paluch WPŁYW SYSTEMÓW UPRAWY ROLI ORAZ WYBRANYCH BIOPREPARATÓW NA ZACHWASZCZENIE ŁANU PSZENŻYTA JAREGO UPRAWIANEGO W KRÓTKOTRWAŁEJ MONOKULTURZE . . . . . . . . . . . . . . 89 Ewelina Jamróz, Andrzej Para FOLIE BIOPOLIMEROWE NA BAZIE KOMPLEKSÓW FURCELLERANU Z BIAŁKAMI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 Andrzej Joniec WPŁYW UPROSZCZONEJ UPRAWY ROLI NA PLON BOBIKU I JEGO KOMPONENTY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 Katarzyna Juzoń, Edyta Skrzypek, Michał Dziurka, Izabela Marcińska ZMIANY WARTOŚCI ŻYWIENIOWEJ ROŚLIN BOBOWATYCH W WARUNKACH SUSZY GLEBOWEJ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 Agnieszka Kalandyk, Franciszek Dubert, Maciej Maciejewski, Agnieszka Płażek WPŁYW SUSZY GLEBOWEJ I ZASOLENIA NA PROCESY ZACHODZĄCE W TRAKCIE FAZY GENERATYWNEJ U GROCHU I ŁUBINU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 Jacek Kostuch SKŁAD FLORYSTYCZNY ZBIOROWISK TRAWIASTYCH GÓRNEJ ZLEWNI GRAJCARKA PO ZAPRZESTANIU ICH UŻYTKOWANIA . . . . . . . .131 Andrzej Latusek, Andrzej Jurkowski, Henryk Bujak MOŻLIWOŚĆ OPTYMALIZACJI UPRAWY RZEPAKU OZIMEGO NA PODSTAWIE DOŚWIADCZEŃ POREJESTROWYCH . . . . . . . . . . . . . . 141 Katarzyna Łukasiewicz, Krzysztof Gondek, Barbara Filipek-Mazur ZAWARTOŚĆ CYNKU W ZIARNIE PSZENICY JAREJ PO NAWOŻENIU ZRÓŻNICOWANYMI DAWKAMI SIARKI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .151 spis treści Jolanta Majcher – Łoś, Adam Radkowski WPŁYW ZRÓŻNICOWANEGO NAWOŻENIA MINERALNEGO NA JAKOŚĆ MURAWY GREEN POLA GOLFOWEGO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 Mateusz Malinowski, Jakub Sikora, Sylwia Kurdziel, Iwona Krzystanek WYKORZYSTANIE TERMOGRAFII DO NIEINWAZYJNEJ ANALIZY WEWNĘTRZNYCH USZKODZEŃ MIĄŻSZU JABŁEK . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 Jan Mółka ANALIZA PROCESU SPALANIA ZIARNA ZBOŻA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 Dorota Nowak, Agnieszka Baran, Czesława Jasiewicz BADANIE INTERAKCJI METALI CIĘŻKICH PRZY WYKORZYSTANIU BIOTESTU PHYTOTOXKIT. CZ. I. INTERAKCJE KADMU I MIEDZI . . . . . . . . . . . . . . 187 Michał Paluch, Danuta Parylak, Magdalena Giemza-Mikoda, Marta Jabłońska WPŁYW ZABIEGÓW PROEKOLOGICZNYCH W UPRAWIE PSZENŻYTA OZIMEGO W MONOKULTURZE NA WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE GLEBY . . . . . . . . . 197 Małgorzata Rabiega EFEKT ZASTOSOWANIA PRZEDSIEWNEGO NAŚWIETLANIA NASION PIETRUSZKI KORZENIOWEJ PETROSELINUM HORTENSE HOFFM. PROMIENIAMI LASERA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .203 Tomasz Reguła, Radosław Rogoziński OCENA MOŻLIWOŚCI ZASTOSOWANIA WŁAŚCIWOŚCI GEOMETRYCZNYCH PSZENICY ORKISZOWEJ JAKO CECH ROZDZIELCZYCH . . . . . . . . . . . . . 211 Ewa Sosińska, Katarzyna Zalewska WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE PESTEK DYNI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 Joanna Szkutnik PRODUKCYJNOŚĆ TRZECH GÓRSKICH ZBIOROWISK ŁĄKOWYCH . . . . . . . . . . . . 227 Weronika Włodarczyk, Daria Kortylewska OCENA PRZYDATNOŚCI SKARBONIZOWANYCH PODŁOŻY PO UPRAWIE PIECZAREK I BOCZNIAKÓW JAKO MATERIAŁÓW POPRAWIAJĄCYCH WŁAŚCIWOŚCI GLEB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 Aneta Wójtowicz WPŁYW STOSOWANIA STYMULATORA ROŚLIN TERRA-SORB NA PLONOWANIE RZEPAKU OZIMEGO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 spis treści II. EKONOMIA Michał Borowy PARKI NAUKI JAKO ELEMENT OTOCZENIA BIZNESOWEGO INNOWACYJNEJ PRZEDSIĘBIORCZOŚCI AKADEMICKIEJ - PRZYKŁAD PARKU IDEON W SZWECJI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 Marcin Kobuszewski, Michał Cupiał ANALIZA PRZYCHODÓW I ROZCHODÓW GOSPODARSTWA RODZINNEGO . . . 259 Elżbieta Kornalska, Witold Trela OCENA MOŻLIWOŚCI FINANSOWANIA PROCESÓW MODERNIZACYJNYCH W GOSPODARSTWACH ROLNYCH WOJEWÓDZTWA ŚWIĘTOKRZYSKIEGO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 Małgorzata Krotowska ZNACZENIE ROLNICTWA W GOSPODARCE KRAJÓW GRUPY WYSZEHRADZKIEJ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 Katarzyna Łyduch, Piotr Cymanow METODA VAIC JAKO NARZĘDZIE WYCENY POTENCJAŁU INTELEKTUALNEGO WYBRANYCH SPÓŁEK AKCYJNYCH SEKTORA WYSOKICH TECHNOLOGII . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 Halina Pawlak, Agata Pisarek ZRÓŻNICOWANIE PRZESTRZENNE TERENÓW WIEJSKICH KRAKOWSKIEGO OBSZARU METROPOLITALNEGO I RZESZOWSKIEGO OBSZARU METROPOLITALNEGO ZE WZGLĘDU NA POZIOM ŻYCIA MIESZKAŃCÓW . . . . . . . . 291 Monika Szafrańska EDUKACJA FINANSOWA JAKO ELEMENT REALIZACJI IDEI SPOŁECZNEJ ODPOWIEDZIALNOŚCI BANKÓW W POLSCE . . . . . . . . . . . . . . 299 Witold Trela, Elżbieta Kornalska, Andrzej Krasnodębski PRZEDSIĘBIORCZOŚĆ W WOJEWÓDZTWIE MAŁOPOLSKIM . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 spis treści III. LEŚNICTWO Jarosław Bielan WPŁYW MIKROKLIMATU NA ŚMIERTELNOŚĆ KORNIKÓW ZIMUJĄCYCH W ŻEROWISKACH NA GAŁĘZIACH ŚWIERKOWYCH . . . . . . . . . . . . 319 Michał Jasik, Stanisław Małek WPŁYW DRZEWOSTANU NA JAKOŚĆ WYPŁYWÓW WÓD PODZIEMNYCH W GÓRNEJ CZĘŚCI ZLEWNI POTOKU JASZCZE W GORCZAŃSKIM PARKU NARODOWYM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329 Filip Kowalski, Bartłomiej Bednarz CHRONOLOGIE SŁOJÓW ROCZNYCH JESIONÓW WYNIOSŁYCH (FRAXINUS EXCELSIOR L.) Z OBJAWAMI DEFOLIACJI SPOWODOWANEJ PRZEZ GRZYB CHALARA FRAXINEA W NADLEŚNICTWIE BIAŁOWIEŻA . . . . . . . . 337 Szymon Pitek JEDNOCZESNY WPŁYW DWÓCH BEZKRĘGOWCÓW WODNYCH (GAMMARIDAE I TIPULIDAE) NA FRAGMENTACJĘ LIŚCI BUKOWYCH W POTOKU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345 Paweł Przybylski, Szymon Jastrzębowski STRUKTURA GENETYCZNA PLANTACJI NASIENNEJ SOSNY ZWYCZAJNEJ W NADLEŚNICTWIE SUSZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .353 Marzena Albrycht, Anna Przystupińska, Monika Pigulak-Kuś, Katarzyna Trętowska OCENA LICZEBNOŚCI POPULACJI JELENIA W NADLEŚNICTWIE TURAWA, REGIONALNA DYREKCJA LASÓW PAŃSTWOWYCH W KATOWICACH . . . . . . . . . . 359 Kinga Wierzbicka, Marta Wojciuch-Płoskonka, Maciej Ziobrowski SZKODY WYRZĄDZONE PRZEZ JELENIOWATE W UPRAWACH LEŚNYCH NA TERENIE NADLEŚNICTWA LIDZBARK – REGIONALNA DYREKCJA LASÓW PAŃSTWOWYCH W OLSZTYNIE . . . . . . . . . . . 365 spis treści IV. ZOOTECHNIKA I WETERYNARIA Agnieszka Bąk, Wojciech Jagusiak WSTĘPNE OSZACOWANIA ODZIEDZICZALNOŚCI KONDYCJI I LOKOMOCJI ORAZ INNYCH CECH POKROJU KRÓW RASY POLSKIEJ HOLSZTYŃSKO-FRYZYJSKIEJ ODMIANY CZARNO-BIAŁEJ . . . . 375 Anna Czubacka, Kamila Klimek ANALIZA EMISJI CO2 W OBORZE WOLNOSTANOWISKOWEJ BYDŁA MLECZNEGO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381 Beata Marciniak WPŁYW WYDAJNOŚCI RUCHU NA DZIELNOŚĆ WYŚCIGOWĄ KLACZY CZYSTEJ KRWI ARABSKIEJ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387 V. OGRODNICTWO I ARCHITEKTURA KRAJOBRAZU Olga Długosz-Grochowska WPŁYW ZRÓŻNICOWANEJ WIEKOWO ROZSADY I TERMINU UPRAWY NA AKTYWNOŚĆ ANTYOKSYDACYJNĄ ORAZ ZAWARTOŚĆ ZWIĄZKÓW FENOLOWYCH W LIŚCIACH BROKUŁU W FAZIE WIĄZANIA RÓŻ . . . . . . . . . . . . . . 395 Kamila Klimek, Anna Czubacka, Anna Furmańczuk, Agnieszka Rowicka ZNAJOMOŚĆ PROGRAMÓW INFORMATYCZNYCH DO PROJEKTOWANIA ARCITEKTURY KRAJOBRAZÓW I UZYTKÓW ZIELONYCH WSRÓD STUDENTÓW OGRODNICTWA . . . . . . . . . . . . . 403 Beata Jawoszek, Marta Czaplicka-Pędzich, Adam Szewczuk PORÓWNANIE JAKOŚCI OWOCÓW POCHODZĄCYCH Z PRODUKCJI EKOLOGICZNEJ I KONWENCJONALNEJ DOSTĘPNYCH WE WROCŁAWIU . . . . . 411 Daria Kortylewska, Weronika Włodarczyk WPŁYW ŻYWYCH ŚCIÓŁEK NA STAN ODŻYWIENIA DRZEW GRUSZY . . . . . . . . . . 419 spis treści Magdalena Krygier ŻYCICA TRWAŁA I KONICZYNA BIAŁA JAKO ŻYWE ŚCIÓŁKI W UPRAWIE POLOWEJ OBERŻYNY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427 Ewa Muszyńska, Ewa Hanus-Fajerska OCENA MOŻLIWOŚCI OTRZYMANIA SIEWEK PLESZCZOTKI GÓRSKIEJ W WARUNKACH IN VITRO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437 Zofia Nizioł – Łukaszewska, Jan Skrzyński, Małgorzata Leja, Izabela Zawiska PORÓWNANIE KILKU ODMIAN CZEREŚNI I WIŚNI UPRAWIANYCH W MAŁOPOLSCE POD WZGLĘDEM ZAWARTOŚCI ZWIĄZKÓW FENOLOWYCH . . . . . . . . . . . . . . . . . 445 Roksana Rakoczy, Sylwester Smoleń WSTĘPNA OCENA WPŁYWU DOKARMIANIA DOLISTNEGO JODEM I SELENEM NA WIELKOŚĆ, JAKOŚĆ BIOLOGICZNĄ PLONU ORAZ EFEKTYWNOŚĆ BIOFORTYFIKACJI ROŚLIN SAŁATY W JOD I SELEN . . . . . . . 453 Joanna Wierzbińska, Sylwester Smoleń, Marta Liszka-Skoczylas WPŁYW FORMY JODU NA PLONOWANIE ORAZ ZAWARTOŚĆ CUKRÓW W OWOCACH POMIDORA ODMIANY RAMBOZO F1 UPRAWIANEGO W SYSTEMIE CKP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461 Edyta Wilk, Elżbieta Wojciechowicz-Żytko MSZYCE (HEMIPTERA) I ICH DRAPIEŻCY WYSTĘPUJĄCY NA LESZCZYNIE W OGRODZIE BOTANICZNYM W KRAKOWIE . . . . . . . . . . . . . . . . 469 I. ROLNICTWO I INŻYNIERIA ROLNICZA Monika Białkowska Marta Ćwiertniewska EPISTEME 15/2012 s.15-20 ISSN 1895-4421 WPŁYW UPRAWY WSPÓŁRZĘDNEJ NA KSZTAŁTOWANIE SIĘ ZAWARTOŚCI SKŁADNIKÓW MINERALNYCH W NASIONACH I CZĘŚCIACH NADZIEMNYCH ŁUBINU ŻÓŁTEGO INFLUENCE OF CULTIVATION COORDINATE THE FORMATION OF MINERAL CONTECT IN SEEDS OF YELLOW LUPINE Abstrakt. Celem badań przeprowadzonych w roku 2011 było określenie wpływu zróżnicowanego stosunku komponentów w mieszance strączkowo- zbożowej na kształtowanie się zawartości składników mineralnych w nasionach łubinu żółtego. Mieszanki łubinu z pszenżytem były wysiewane współrzędnie, w czterech powtórzeniach. Ocenę jakościową nasion i części nadziemnych dwóch odmian łubinu żółtego przeprowadzono w laboratorium Katedry Szczegółowej Uprawy Roślin Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. W wyniku badań stwierdzono, że spośród ocenianych składników mineralnych nasiona łubinu żółtego gromadziły w największej ilości potas i fosfor a mniej magnez i wapń. Ponadto zmniejszająca się liczba wysianych nasion na jednostce powierzchni istotnie modyfikowała nagromadzenie wszystkich makroskładników w nasionach łubinu. Słowa kluczowe: łubin żółty, uprawa współrzędna, mieszanki strączkowo-zbożowe Summary. The objective of research effectuated in 2011 was to determine the effect of varying the components in the mixture pulses- cereal on the formation of mineral content in seeds of yellow lupine. Lupin mixtures of triticale were sown coordinate, in four replications. A quality assessment and aerial parts of seeds of two varieties of yellow lupine was carried on in the laboratory of the Department of Crop Production Wroclaw University of Enviromental and Life Sciences. The results showed that among the evaluated minerals of yellow lupine seeds cumulate in the largest quantities of potassium and phosphorus and less magnesium and calcium. Moreover, the decreasing number of seeds sown per unit area significantly modifies the accumulation of macronutrients in lupine seeds. Key words: yellow lupine, growing in mixtures, mixture pulses-cereal 15 Monika Białkowska, Marta Ćwiertniewska WSTĘP Rośliny strączkowe należące do rodziny bobowatych (Fabaceae) są to gatunki jednoroczne charakteryzujące się nasionami o masie 1000 sztuk powyżej 15 gramów. Obecnie rośliny te w naszym kraju uprawiane są głównie na zieloną masę lub w międzyplonach a ich udział w strukturze zasiewów wynosi zaledwie 1% [Gawłowska i Święcicki 2007]. Niewielkie zainteresowanie roślinami strączkowymi jest w dużej mierze spowodowane wysokimi cenami materiału siewnego oraz brakiem zainteresowania przemysłu paszowego produkcją mieszanek paszowych z rodzimych źródeł białka. Dopiero konieczność realizacji przez Polskę zapisów Art. 15 „Ustawy o paszach” spowodowało, że wzrosło zainteresowanie roślinami strączkowymi. W literaturze podkreśla się fakt dotyczący znalezienia zastępczych, wysokobiałkowych składników pasz, porównywalnych pod względem jakościowym i ekonomicznym do sprowadzanej genetycznie modyfikowanej śruty sojowej [ Brzóska 2007 a, b]. Takimi doskonałymi wysokobiałkowymi komponentami paszowymi są nasiona grubonasiennych roślin strączkowych, m.in. łubinu żółtego. Celem przeprowadzonych badań było określenie wpływu uprawy współrzędnej na kształtowanie się zawartości składników mineralnych (N, P, K, Ca, Mg) w nasionach i częściach nadziemnych łubinu żółtego. MATERIAŁ I METODY BADAŃ W roku 2011 przeprowadzono w Pawłowicach koło Wrocławia badania polowe dotyczące wpływu uprawy współrzędnej na kształtowanie się zawartości składników mineralnych w nasionach łubinu żółtego. Dwuczynnikowe doświadczenie zostało założone w układzie „ split-plot” na dwa czynniki zmienne. Czynnikiem I rzędu były odmiany łubinu żółtego ( Dukat, Mister), natomiast czynnikiem II rzędu ilości wysiewu na 1m2 (100,80,40). Liczba wysianych nasion i ziaren na 1m2 Łubin żółty Pszenżyto jare- Milkaro 100 (siew czysty) - 80 80 40 240 - 400 Tab. 1. Ilość wysiewanych nasion i ziaren na 1m2 16 Wpływ uprawy współrzędnej na kształtowanie się zawartości… Zakres przeprowadzonych badań obejmował wykonanie doświadczenia polowego i laboratoryjną analizę składu chemicznego nasion oraz części nadziemnych łubinu żółtego. Ważniejsze elementy agrotechniki to: • termin siewu: 22.03.2011, • liczba wysiewanych nasion/ziaren na 1m2: według Tab. 1, • głębokość siewu: 3-4 cm- łubin żółty, 2-3 cm pszenżyto jare, • rozstawa rzędów: 15 cm, • nawożenie w kg.ha-1: P2O5-60 kg w postaci 46% superfosfatu potrójnego, K2O- 120 kg w postaci 60% soli potasowej. Na poletkach z siewem czystym pszenżyta dodatkowo zastosowano 30 kg N przed siewem, oraz 30 kg w fazie strzelania w źdźbło. • Zbiór wykonano 18.08.2011 w dojrzałości pełnej kombajnem poletkowym Seedmaster Universal Hydrostatic produkcji austriackiej. Ocenę jakościową nasion i części nadziemnych roślin przeprowadzono w laboratorium Katedry Szczegółowej Uprawy Roślin Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. W nasionach dwóch odmian łubinu żółtego oznaczono zawartość: • azotu ogólnego (białko ogółem) - zmodyfikowaną metodą Kjeldahla. W nasionach oznaczono azot ogólny, a następnie przeliczono na białko ogółem stosując współczynnik 6,25 dla łubinu żółtego oraz 5,70 dla pszenżyta; • K i Ca - metodą fotometrii płomieniowej; • P i Mg – metodą kolorymetryczną. Doświadczenie założono na glebie lekkiej, definiowanej jako mada rzeczna bardzo lekka na piasku luźnym i żwirze piaszczystym, należącej do V klasy bonitacyjnej. Odczyn gleby był w roku badań lekko kwaśny, a zasobność gleby w makroskładniki była następująca: P- bardzo wysoka, K- niska, Mg- bardzo niska. WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA Zawartość składników mineralnych w nasionach łubinu żółtego była w niewielkim stopniu modyfikowana przez zróżnicowaną ilość wysiewu. Spośród ocenianych składników mineralnych nasiona łubinu żółtego gromadziły w największej ilości potas i fosfor a następnie mniej magnez i wapń ( Tab. 3). Stwierdzono istotną interakcję badanych czynników jedynie w odniesieniu do nagromadzenia wapnia. Odmiana Dukat odznaczała się wyższym nagromadzeniem potasu w nasionach w porównaniu do odmiany Mister. Ilość P, K, Ca, Mg w nasionach łubinu (Tab. 3) była istotnie zależna od liczby wysianych nasion na jednostce powierzchni. 17 Monika Białkowska, Marta Ćwiertniewska Odmiana Dukat Mister Liczba wysianych nasion na 1 m2 P K Ca Mg 100 11,7 16,0 1,3 4,0 80 11,7 15,1 1,7 3,8 40 12,3 15,2 1,6 4,1 średnia 11,9 15,4 1,5 4,0 100 12,1 14,9 1,4 4,3 80 12,1 15,7 1,6 3,8 40 12,5 14,9 1,3 4,3 średnia 12,2 15,1 1,5 4,1 100 11,9 15,5 1,4 4,1 80 11,9 15,4 1,6 3,8 40 12,4 15,0 1,5 4,2 Tab. 2. Skład mineralny dwóch odmian nasion łubinu żółtego (g·kg-1) Liczba wysianych nasion na 1 m2 100 Dukat 80 40 100 Mister 80 40 NIR (α = 0,05) Dukat Mister NIR (α = 0,05) 100 80 40 NIR (α = 0,05) Odmiana P K Ca Mg 25,0 22,7 9,1 24,3 22,9 7,5 r.n. 15,0 14,1 r.n. 24,7 22,8 8,3 1,4 34,3 29,3 11,2 30,1 29,8 8,9 r.n. 19,5 17,6 1,8 32,2 29,5 10,1 1,7 2,8 3,3 1,1 2,8 3,0 0,8 0,3 1,9 1,8 r.n. 2,8 3,1 1,0 0,2 8,6 7,3 3,0 8,5 7,2 2,6 r.n. 5,0 4,7 r.n. 8,6 7,3 2,8 0,5 Tab. 3. Nagromadzenie składników mineralnych w nasionach odmian łubinu żółtego (kg·ha-1) Resztki pozbiorowe łubinu gromadziły najwięcej wapnia, azotu i potasu, a w dalszej kolejności magnezu i fosforu. Gromadzenie składników mineralnych uwarunkowane było wzajemną relacją pomiędzy masą resztek pozbiorowych i zawartością poszczególnych makroskładników (Tab. 4). Doświadczenia prowadzone przez Koteckiego [ 2003] wskazują, że wzrost udziału pszenżyta w mieszance z łubinem żółtym, zmniejsza pobieranie przez nasiona N, P, K, oraz Ca, a przez słomę i ścierń wszystkich badanych składników. 18 Wpływ uprawy współrzędnej na kształtowanie się zawartości… Maksymalne pobieranie K i P przez całe rośliny bobiku następuje na kilka dni przed zbiorem, natomiast magnezu i wapnia w okresie, gdy pierwsze strąki były w pełni wykształcone. Pobieranie magnezu jest wolniejsze i bardziej równomierne niż potasu. Zwiększenie zagęszczenie roślin z 46 do 65 szt. na 1 m2 nie ma znaczącego wpływu na kształtowanie się zawartości K, P, Mg i Ca w liściach, strąkach i łodygach [Księżak 2004]. Na podstawie badań własnych stwierdzono, że wzrost ilości wysiewu łubinu żółtego na 1m2 powodował wzrost zawartości wszystkich badanych składników mineralnych w częściach nadziemnych obu odmian. Czynnik odmianowy miał wpływ na gromadzenie K, P, Mg i Ca, natomiast nie wykazano jego wpływu na zawartość N w liściach, strąkach i łodygach dwóch odmian łubinu żółtego (Tab. 4). Odmiana Dukat Mister Liczba wysianych nasion na 1 m2 N P K Ca Mg 100 20,9 4,3 21,3 24,3 1,7 80 15,8 3,8 18,4 20,1 1,2 40 11,7 2,5 10,7 18,5 1,0 100 23,5 5,0 17,9 27,9 3,3 80 22,1 6,8 18,3 25,5 3,3 40 10,5 3,3 9,4 14,3 1,5 NIR (α = 0,05) 1,4 0,4 1,3 1,8 0,2 14,4 3,4 14,3 18,5 1,1 14,5 3,8 12,1 18,3 2,1 r.n. 0,3 0,9 r.n. 0,1 100 22,2 4,7 19,6 26,1 2,5 80 19,0 5,3 18,3 22,8 2,3 40 11,1 2,9 10,1 16,4 1,3 0,8 0,2 0,7 1,1 0,1 Dukat Mister NIR (α = 0,05) NIR (α = 0,05) Tab. 4. Nagromadzenie składników mineralnych w częściach nadziemnych odmian łubinu żółtego (kg·ha-1) 19 Monika Białkowska, Marta Ćwiertniewska WNIOSKI • Odmiana Dukat odznaczała się wyższym nagromadzeniem potasu w nasionach w porównaniu do odmiany Mister. • Resztki pozbiorowe łubinu żółtego gromadziły najwięcej wapnia, azotu i potasu, a w dalszej kolejności fosforu i magnezu. Gromadzenie składników mineralnych uwarunkowane było wzajemną relacją pomiędzy masą resztek pozbiorowych i zawartością poszczególnych makroskładników. • Wzrost ilości wysiewu na 1m2 łubinu żółtego powodował wzrost zawartości wszystkich badanych składników mineralnych w częściach nadziemnych odmian. LITERATURA Brzóska F. 2007a. Ustawa paszowa – co warto wiedzieć. Cz. I. Wiadomości rolnicze 1(29): 19 Brzóska F. 2007b. Ustawa paszowa – co warto wiedzieć. Cz. II. Wiadomości rolnicze 2(30): 20 Gawłowska M., Święcicki W. 2007. Uprawa, rynek i wykorzystanie roślin strączkowych w Unii Europejskiej. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 522: 505- 513 Kotecki A., Kozak M., Malarz W. 2003. Wpływ współrzędnej uprawy łubinu żółtego z pszenżytem jarym na skład chemiczny i gromadzenie składników mineralnych w nasionach i resztkach pozbiorowych. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 495: 145-161 Księżak J. 2004. Pobieranie i akumulacja P, K, Mg i Ca przez odmiany bobiku o zróżnicowanej budowie morfologicznej. Ann. UMCS Sect. E, vol. 59 (1): 233-240 Adres do korespondencji: Monika Białkowska, Marta Ćwiertniewska Wydział Przyrodniczo-Technologiczny, Katedra Szczegółowej Uprawy Roślin Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu e-mail: [email protected], [email protected] Opiekun naukowy: dr hab. Marcin Kozak prof. nadzw. UP Zadanie współfinansowane przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 20 Łukasz Bolibok EPISTEME 15/2012 s.21-28 ISSN 1895-4421 OCENA WPŁYWU ŚRODOWISKOWEGO PRODUKCJI ENERGII Z BIOMASY ZA POMOCĄ OPROGRAMOWANIA SUSTAINABLE MINDS ENVIRONMENTAL IMPACT ASSESSMENT IN ENERGY PRODUCTION FROM BIOMASS USING SUSTAINABLE SOFTWARE MINDS Abstrakt. Zmiany w prawie energetycznym przyczyniają się do rozwoju sektora rolniczego produkującego biomasę. Kierunek tych zmian wymusza wprowadzanie „nowych” upraw w postaci wielkoobszarowych plantacji. W obawie o skutki środowiskowe zachodzących przeobrażeń, podejmowane są próby oceny wpływu środowiskowego produkcji biomasy. Ze względy na dużą ilość analizowanych czynników, dodatkowo ze sobą skorelowanych, przydatnymi w symulacji obciążeń środowiskowych są techniki komputerowe. Oprogramowanie Sustainable Minds pozwala na ocenę obciążeń środowiskowych związanego z produkcją energii z biomasy. Jednakże wykazuje pewne ograniczenia w postaci braku danych charakterystycznych dla produkcji rolnej, czy też wpływu środowiskowego samych roślin. Rozbudowa baz danych umożliwi przeprowadzanie pełniejszych analiz z uwzględnieniem podziału gatunkowego roślin oraz wyboru alternatywnych procesów produkcji. Słowa kluczowe: rośliny energetyczne, obciążenie środowiskowe Summary. Changes in the law of energy contribute to the development of the agricultural sector producing biomass. The direction of these changes, forcing the introduction of „new” crops in the form of large-scale plantations. Concerned about the environmental effects of transformations taking place, is trying to assess the environmental impact of biomass production. From considerations of the large number of analyzed factors also correlated with each other, useful in the simulation of environmental pressures are computer techniques. Sustainable Minds Software allows the assessment of the environmental burdens associated with energy production from biomass. However, has some limitations in the lack of data specific to agricultural production, or the environmental impact of the plants themselves. Development of a database will be possible through more complete analysis taking into account the distribution of plant species and the selection of alternative manufacturing processes. Key words: energy plants, the environmental load 21 Łukasz Bolibok WSTĘP Prawo energetyczne Polski formułowane w oparciu o uregulowania Unii Europejskiej, obliguje zakłady produkujące energię cieplną i elektryczną do spalania lub współspalania surowców odnawialnych [Dz. U. Nr 104. poz. 971]. Rozporządzenie to stymuluje rozwój gospodarki zapewnieniającej surowce odnawialne. Przyczynia się to do rozbudowy rynku zbytu dla rolnictwa. A spadek opłacalności produkcji roślinnej na cele żywnościowe, przy realnej perspektywie stałego zbytu na biomasę stanowi motywację do zmiany profilu produkcji wielu gospodarstw rolnych. Według szacunków prof. Kusia i prof. Fabera przedstawionych na I Kongresie Nauk Rolniczych realizacja wymogów dotyczących prognozowanej zmiany profilu produkcji rolnej wymagałaby przeznaczenia do roku 2020 1,6 mln ha gruntów pod produkcję roślin energetycznych i wzrostu plonowania w tym okresie od 6 do 11% [Faber i Kuś 2009]. Oznacza to radykalny wzrost intensyfikacji produkcji rolnej na cele nieżywnościowe, co może z kolei wywoływać szereg trudnych do przewidzenia zmian środowiskowych. Wskazują oni na rosnącą odpowiedzialność nauk rolniczych w opracowaniu rozwiązań zapewniających bezpieczeństwo żywnościowe, ekologiczne i energetyczne. Ocena środowiskowych konsekwencji zwiększania asortymentu i powierzchni upraw energetycznych jest zadaniem niezwykle złożonym. Wynika to z konieczności uwzględnienia znacznej liczby trudnych do oceny czynników, a dodatkowo zachodzące pomiędzy nimi interakcje generują powstawanie dodatkowych obciążeń środowiskowych. W celu oceny stopnia oddziaływania produktu na środowisko naturalne zostały opracowane liczne metody. Obecnie do czołowych zalicza się metodę LCA (Life Cycle Assessment) obejmującą wszystkie etapy „życia” wyrobu. W ostatnim okresie podejmowane są próby jej zastosowania do oceny ekologiczności upraw oraz produktów żywnościowych [Roy i in. 2009]. W bogatej literaturze krajowej dotyczącej roślin energetycznych brakuje doniesień o kompleksowej ocenie wpływu upraw energetycznych na środowisko naturalne. Istnieją jednak liczne wyniki badań opisujące pozytywne oraz negatywne skutki wpływu środowiskowego towarzyszące zakładaniu i prowadzeniu plantacji roślin energetycznych. MATERIAŁ I METODY W pracy określono przydatność oprogramowania Sustainable Minds do oceny oddziaływania wpływu środowiskowego produkcji energii z biomasy roślin energetycznych. Ocenę przydatność w/w oprogramowania przeprowadzono na podstawie wykonania analizy wpływu środowiskowego produkcji brykietu. Analiza ta stanowiła sumaryczne zestawienie wielkości obciążeń 22 Ocena wpływu środowiskowego produkcji energii z biomasy… środowiskowych zużycia jednostek materiału podczas produkcji. Wielkość jednostkowego obciążenia charakterystycznego dla wybranego materiału, określono współczynnikiem Okala [White i in. 2007]. Zgodnie z metodyką LCA rozpatrywana analiza powinna zostać rozbudowana o analizę wpływu środowiskowego wynikającego z aspektów rolniczych. WYNIKI I DYSKUSJA Analiza kategorii wpływu oznaczona dla roślin energetycznych. Zastosowanie metody LCA do oceny wpływu środowiskowego produkcji biomasy roślinnej pozwoli na dokonanie analizy w pełnym cyklu jej życia. Ocena taka dla materiałów i technologii przemysłowych prowadzona jest w tzw. kategoriach wpływu. A do podstawowych kategorii wpływu uwzględnianych w metodzie LCA należy zaliczyć: 1. Zakwaszenie gleby 2. Ekotoksyczność 3. Wyczerpywania zasobów paliw kopalnych 4. Globalne ocieplenie 5. Rakotwórcze oddziaływania na ludzi 6. Oddziaływanie na układ oddechowy człowieka 7. Toksyczne oddziaływanie na człowieka 8. Niszczenie warstwy ozonowej 9. Tworzenie smogu fotochemicznego 10. Eutrofizacja wód [PN-EN-ISO 14040]. Wymienione kategorie są charakterystyczne dla produkcji przemysłowej. Podejmując jednak próbę całościowej oceny oddziaływania środowiskowego produkcji biomasy roślinnej, należy uwzględnić charakterystyczne dla tego sektora obciążenia środowiskowe. Proces intensyfikacji produkcji roślinnej sprzyja degradacji gleby. Wynika to z podwyższonego zapotrzebowania roślin w składniki pokarmowe. Z dotychczasowych badań wynika ze proces ten można znacząco ograniczyć poprzez uprawę roślin o szlaku fotosyntezy C4. Przyrost biomasy realizowany jest wówczas poprzez zwiększoną asymilację CO2 z powietrza. Jednak nie tylko wielkość plonu odpowiada za stan gleby, ale również sama roślina stanowi czynnik oddziałujący na glebę. Rośliny wieloletnie oddziałują fitosanitarnie na glebę, co w efekcie poprawia jej żyzność oraz produktywność [Rowe 23 Łukasz Bolibok i in. 2009; Piechota]. Nie można jednak uogólnić tego stwierdzenia wobec wszystkich roślin energetycznych. Blanco [2010] podaje w wynikach swoich badań, negatywne skutki wpływu uprawy roślin energetycznych (kukurydzy, pszenicy i sorga) na stan gleby. Potwierdza to konieczność indywidualnego rozpatrywania wpływu środowiskowego każdego gatunku. Innym aspektem uprawy roślin energetycznych jest przydatność w rekultywacji gleb skażonych i zdegradowanych [Martyn 2003]. W przeprowadzonych dotychczas badaniach wybrane rośliny energetyczne wykazywały wysoką przydatność w rekultywacji gleb, pobierając znaczne ilości metali ciężkich [Borkowska i Styk 2006]. Lokalizacja plantacji to kolejny czynnik wpływający na stan środowiska naturalnego. Dokonane analizy pod względem dostępności wody wykazały, iż plantacje nie powinny być zakładane w środkowej Polsce (Mazowsze, Kujawy i Wielkopolska). Duże zapotrzebowanie roślin energetycznych w wodę, jak również niekorzystny bilans wodny wymienionych regionów Polski spowodowałoby obniżenie poziomu zalegania wód gruntowych. W efekcie mogłyby wystąpić szkodliwe dla środowiska zmiany wynikające z ograniczonego dostępu do wody pozostałych gatunków roślin występujących na tych terenach [Faber 2008]. Kowalik [2009] zwraca także uwagę na zjawisko transpiracji wody z gleby jako niebezpieczeństwo nadmiernego osuszania. Podaje współczynniki transpiracji wyliczone dla różnych gatunków roślin energetycznych. Bioróżnorodność - określa stan występowania różnorodnych form biologicznych w badanym ekosystemie. W wyniku dotychczasowych badań stwierdzono, iż plantacje energetyczne wierzby przyczyniają się do zwiększenia bioróżnorodności flory i fauny w porównaniu z gruntami ornymi [Rowe i in. 2007; Faber i Kuś 2009; Sądej i in. 2007].W samej uprawie roślin zalecana jest także różnorodność gatunkowa z uwagi na problemy związane z monokulturową uprawą roli, występowaniem i rozprzestrzenianiem się chorób oraz szkodników [Radziewicz 2009; Majtkowski 2006]. Potwierdza to masowe wystąpienie jątrewka wiklinówka w roku 2008 w wielu regionach kraju, powodujące uszkodzenia plantacji w postaci całkowitych gołożerów [Pruszyński 2009]. Zagrożeniem biologicznym dla rodzimych ekosystemów są same rośliny energetyczne. W większości rośliny zalecane do uprawy na plantacjach energetycznych to rośliny określane jako inwazyjne. Introdukowanie gatunków obcych powoduje zagrożenie dla rodzimej flory i fauny. Obecnie dostępne bazy danych o roślinach inwazyjnych określają stopień inwazyjności, jak również obszar występowania gatunku oraz szybkość ekspansji. Analizując dane odnośnie wybranych gatunków zauważamy, że dużo z nich obejmuje zasięgiem swojego występowania obszar Polski, stając się tym samym nieodzownym elementem lokalnej flory [Tokarska-Guzik 24 Ocena wpływu środowiskowego produkcji energii z biomasy… i in. 2007]. A niektóre, tak jak np. słonecznik bulwiasty, pomimo ucieczki do środowiska naturalnego, nie wyrządzają strat siedliskom naturalnym w których się zadomowiły [Crosti 2010]. W Instytucie Ochrony Przyrody PAN w Krakowie są prowadzone badania nad rozpoznaniem wpływu uprawy roślin energetycznych na zagrożenie różnorodności biologicznej [www.iop. krakow.pl/ias/Default.aspx]. W opisanych kategoriach zostały poruszone problemy charakterystyczne dla produkcji biomasy roślinnej. Z uwagi na ograniczenia edytorskie problem nie został dostatecznie rozwinięty, przedstawiono jednak rozliczne problemy i kierunki badań. Wskazując zarazem źródło danych w celu uzupełnienia baz danych. Analiza oprogramowania na podstawie studium przypadku. W celu wykonania analizy środowiskowego oddziaływania produkcji energii z biomasy wytypowano program Sustainable Minds oferowany przez firmę GreenerDesign Staff. Program ten został opracowany do oceny wpływu oddziaływania środowiskowego wytwarzania produktów przemysłowych. Zgodnie z przeznaczeniem programu wykonano analizę produkcji brykietu Rys. 2. Symulacja wpływu środowiskowego obejmowała analizę produkcji 1000 kg brykietu zgodnie z opracowaną technologią produkcji. Następnie wykonano projekt korygujący na podstawie wytycznych projektu podstawowego. ZAŁOŻENIA PROJEKTOWE OKREŚLENIE WYMAGAŃ ŚRODOWISKOWYCH 1. PRODUKCJA PELETU MATERIAŁ + PROCES DREWNO + POZYSKANIE 2. WYKORZYSTANIE MAT. POMOCNICZYCH MATERIAŁ + PROCES MAT. EKSPLOATACYJNE + WYTWARZANIE 3. KONIEC UŻYTKOWANIA WYROBU MATERIAŁ + PROCES BRYKIET + SPALANIE 4. TRANSPORT MATERIAŁ + PROCES BRYKIET + DOSTAWA OPIS PRODUKTU OKREŚLENIE GRANIC SYSTEMOWYCH; WYBÓR JEDNOSTKI FUNKCJONALNEJ ZATWIERDZENIE DANYCH OKREŚLENIE ILOŚCI ZUŻYTYCH MATERIAŁÓW ZGODNIE Z JEDNOSTKĄ FUNKCJONALNĄ WPŁYW NA ŚRODOWISKO MIERZONY ZA POMOCĄ WSPÓŁCZYNNIKA OKALA Ryc. 1. Schemat działania programu. Źródło: opracowanie własne 25 Łukasz Bolibok Działania te pozwoliły na symulacje produkcji tej samej masy produktu finalnego, jednak przy mniejszym obciążeniu środowiskowym. Opracowano również schemat działania programu Rys.1 w celu zobrazowania budowy oprogramowania. Wykonana analiza oraz opracowana zasada działania oprogramowania wzbudza uzasadnione przesłanki w kierunku rozbudowy aplikacji o wyżej wymienione kategorie. Tym samym czyniąc w przyszłości oprogramowanie znacznie skuteczniejszym, pozwalającym na realizacje obszerniejszych analiz zgodnie ze specyfiką rolniczą i metodyką LCA. Poglądowy schemat działania programu na podstawie studium przypadku przedstawia Rys.1. Rys. 1. Schemat działania programu. Opracowanie własne autora Rozbudowa bazy danych może zostać zrealizowana wyłącznie z poziomu administratora/programisty. Prace takie powinny zostać wykonane zgodnie z przyjętymi metodami, a dane wyrażone współczynnikiem Okala. Współczynnik ten to wielkość wpływu środowiskowego badanego materiału lub technologii, wyliczany na podstawie najnowszych metod ważenia opracowanych w Narodowym Instytucie Standardów i Technologii (NIST). Działania w kierunku modyfikacji oprogramowania mogą zostać wykonane w porozumieniu z producentem oprogramowania, z uwagi na ochronę prawną oprogramowania opatrzonego prawami autorskimi. Rys. 2. Widok ekranu przedstawiający oddziaływanie środowiskowe produkcji brykietu. Źródło: obliczenia własne autora PODSUMOWANIE Przeprowadzona analiza potwierdza przydatność oprogramowania Sustainable Minds w ocenie wpływu środowiskowego produkcji energii z biomasy. Program umożliwia nie tylko wykonanie analizy, ale również podpowiada jak zmniejszyć negatywny wpływ środowiskowy. Ponadto modułowa budowa programu pozwala na uwzględnienie dodatkowych kategorii wpływu. Wymusza to jednak konieczność uzupełnienia baz danych o informacje z zakresu wymienionych kategorii. Dane powinny zostać oznaczone współczynnikiem Okala, gwarantując tym samym wiarygodność wykonanej analizy. 26 Ocena wpływu środowiskowego produkcji energii z biomasy… LITERATURA Blanko H. 2010. Energy Crops and Their Implications on Soil and Environment. American Society of Agronomy Nr.2, 820, 403-419. Borkowska B. Styk B. 2006. Ślazowiec pensylwański. Wydawnictwo Akademii Rolniczej w Lublinie. Crosti R. 2010. Inwazyjność upraw przeznaczonych na produkcję biopaliw i potencjalne szkody wyrządzone naturalnym siedliskom i gatunkom rodzimym – raport. Faber A. 2008. Przyrodnicze skutki uprawy roślin energetycznych. Studia i raporty IUNG - PIB zeszyt 11. Puławy, 133: 43-53. Faber A. Kuś J. 2009. Produkcja roślinna na cele energetyczne a racjonalne wykorzystanie rolniczej przestrzeni produkcji Polski. Puławy, 75: 63-76. Gatunki obce w Polsce [online]. [dostępny 5.02.2012]. Dostępny w Internecie www. iop.krakow.pl/ias/Default.asp Kowalik P. Scalenghe R. 2009. Potrzeby wodne roślin energetycznych jako problem oddziaływania na środowisko w Polsce. Polska inżynieria środowiskowa pięć lat po wstąpieniu do unii europejskiej Tom 3, 292: 61-68. Majtkowski W. 2006. Bioróżnorodność upraw energetycznych podstawy zrównoważonego rozwoju. Problemy Inżynierii Rolniczej Nr.2, 145: 25-36. Martyn W. 2003. Ogólne warunki przyrodnicze dla uprawy roślin energetycznych. Rośliny energetyczne. Wydawnictwo Akademi Rolniczej w Lublinie, 143: 42-43. Piechota A. Uprawa roślin energetycznych na biomasę [online]. [dostęp 5.02.2012]. Dostępny w Internecie: http://www.agrosukces.pl/ PN-EN-ISO 14040. 2009. Zarządzanie środowiskowe – Ocena cyklu życia - zasady struktura. Pruszyński S. 2009. Masowe występowanie organizmów szkodliwych na roślinach energetycznych. Postępy w ochronie roślin 49 (1), 454: 51-55. Radziewicz J. 2009. Rośliny energetyczne Nr.31 CBR ISSN 1734-3070. Rowe R, Street N, Taylor G. 2009. Identifying potential environmental impacts of large scale deployment of dedicated bioenergy crops in the UK. Renewable and Sustainable Energy Reviews Elsevier, 295: 271-290. Roy P. Nei D. Orikasa T. Xu Q. Okadome H. Nakamura N. Shiina T. 2009. A reviewof Life cycle assessment (LCA) on some food products. Jurnal of Food Engineering, 140: 1-10. Sądej W. Waleryś G. Tworkowski J. 2007. Rośliny alternatywne czynnikiem stymulującym występowanie zoofagów. Postępy w ochronie roślin 47(4), 391: 202-211. 27 Łukasz Bolibok Tokarska -Guzik B., Bzdęga K., Koszela K. 2007. Zróżnicowanie gatunkowe flory i zagrożenia wywołane inwazyjnymi gatunkami roślin na obszarze chronionego krajobrazu Polsko-Czeskich meandrów odry. Przyrodnicze wartości PolskoCzeskiego pogranicza jako wspólne dziedzictwo Unii Europejskiej. Centrum studiów nad bioróżnorodnością, Uniwersytet Opolski 226: 151-167. White P. Pierre L., Belletire S. Okala ecological design: course guide. S.N., 64: 3-59. Adres do korespondencji: Łukasz Bolibok Katedra Podstaw Techniki Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie e-mail: [email protected] Opiekun naukowy: dr hab. Jerzy Grudziński prof. UP 28 Małgorzata Borek, Renata Bączek-Kwinta Karolina Maruszak, Katarzyna Stalmach EPISTEME 15/2012 s.29-35 ISSN 1895-4421 CZY WARTO ZADBAĆ O WIĘKSZĄ ROZSADĘ KAPUSTY GŁOWIASTEJ BIAŁEJ? IS IT WORTH PRODUCING BIGGER SEEDLINGS DURING CULTIVATION OF WHITE CABBAGE? Abstrakt. Celem badań była ocena wpływu wielkości wielodoniczek użytych do produkcji rozsady na jej kondycję i późniejsze plonowanie. Materiał badawczy stanowiła rozsada kapusty głowiastej białej odmiany ‘Discover F1’, rosnąca w doniczkach o pojemności 30 cm3 oraz 100 cm3. Pomiary zawartości chlorofilu (fotometryczne) wykonano na roślinach przed wysadzeniem na poletko doświadczalne. Po zbiorze wykonano analizy biometryczne oraz pomiary zawartości cukrów rozpuszczalnych (metodą biochemiczną) w główkach. Stwierdzono, że rozsada z małych wielodoniczek była mniejsza niż wytworzona w dużych, ale bardziej zielona, co sugerowało większą zawartość chlorofilu. Na etapie zbioru rośliny uzyskane z większej rozsady charakteryzowały się jednak lepszymi parametrami, wystąpiły bowiem różnice w biomasie główek i obwodzie – odpowiednio ok. 17 i 11% na korzyść rozsady uprawianej w większych wielodoniczkach. Zawartość cukrów, decydująca o szybkości kiszenia, była zbliżona w obu grupach roślin. Zatem stosowanie stosunkowo dużych wielodoniczek podczas produkcji rozsady może skutkować lepszym plonowaniem roślin. Słowa kluczowe: kapusta głowiasta biała, cukry rozpuszczalne, chlorofil Summary. The aim of this study was to evaluate the influence of size of the multicell trays used for seedling production on the condition and subsequent yield of plants. The research material was a white cabbage seedlings of cultivar ‘Discover F1’ grown in the multicell trays of cell volume of 30 cm3 and 100 cm3. Measurements of chlorophyll content (photometrically) were performed on seedlings before planting in the experimental field. After the harvest, biometric analyzes and measurements of soluble sugars (biochemical method) in the heads were performed. Results revealed that seedlings grown in small multicell trays were smaller than produced in large ones, but less green, suggesting a lower content of chlorophyll. However, at the stage of harvest, the sugar content, which determines the rate of silage, showed no differentiation. Additionally, there were differences in head biomass and perimeter − about 17 and 11%, respectively, in favour of seedlings grown in larger multicell trays. Thus, the use of relatively large multicell trays during seedling production can result in better yield. Key words: white cabbage, soluble sugars, chlorophyll 29 Małgorzata Borek, Renata Bączek-Kwinta, Karolina Maruszak, Katarzyna Stalmach WSTĘP Kapusta głowiasta biała zarówno w Polsce, jak i na świecie należy do najważniejszych gospodarczo warzyw. Powierzchnia jej uprawy wynosi w Polsce ponad 48 tysięcy hektarów, co daje kapuście pierwsze miejsce w produkcji warzyw w Polsce i drugie w Europie [Orłowski 2000; Rumpel 2002]. Warzywo to ma duże znaczenie gospodarcze ze względu na wysoką wartością odżywczą, a także możliwość całorocznego użytkowania [Skąpski i Dąbrowska, 1994]. Kapustę spożywa się bowiem zarówno na surowo, jak i w formie przetworzonej. Do produkcji kapusty kwaszonej wykorzystuje się odmiany o dużej zawartości cukrów (minimum 4%) ze względu na to, że związki te wpływają korzystnie na przebieg fermentacji [Wize 2000]. Powodzenie w uprawie kapusty w dużej mierze zależy od kondycji rozsady. Dlatego w gospodarstwach specjalizujących się w uprawie tego warzywa wykonuje się bardzo starannie i skrupulatnie wszystkie zabiegi związane z jej produkcją [Wize 2000; Rumpel 2002]. Bardzo często producenci kapusty do produkcji rozsady używają wielodoniczek o objętości pojedynczej komórki 25 cm3, co jest podyktowane względami ekonomicznymi [Wize 2000]. Dzięki temu podczas produkcji rozsady zużywa się mniejszą ilość substratu torfowego, co obniża koszty produkcji, ale może rzutować na obniżenie jej jakości. W związku z tym postawiono pytanie, czy wielkość komórek wielodoniczek użytych do produkcji rozsady może mieć wpływ na jej kondycję oraz późniejsze plonowanie. MATERIAŁ I METODY Materiał roślinny i warunki uprawy. Badania przeprowadzono na rozsadzie kapusty białej głowiastej odmiany ‘Discover F1’. Produkcja rozsady odbywała się w warunkach kontrolowanych. Roślinom zapewniono stałą temperaturę: 16ºC dzień/12 ºC noc. Do produkcji rozsady użyto zaprawionych nasion, które wysiewano na głębokość 1,5 cm po 1 szt. do pojedynczych komór wielodoniczek o pojemności 30 cm3 oraz 100 cm3. Jako podłoża użyto gotowego substratu torfowego. Rozsadę nawadniano w miarę potrzeb. Wschody nastąpiły 5−7 dni po wysiewie. Podczas produkcji rozsady nie dokarmiano roślin. Rozsadę wysadzono na poletko doświadczalne w III dekadzie maja w momencie, gdy siewki wykształciły po 7−8 liści. Rośliny uprawiano w rozstawie 40x45 cm. W miarę potrzeb nawadniano je oraz chroniono przed patogenami i chwastami (ochrona biologiczna). W trakcie wegetacji roślin w polu zastosowano nawożenie NPK (120 mg dm-3, P – 60 mg dm-3, K - 180 mg dm-3) gleby oraz przeprowadzono wapnowanie (0,16 g CaO dm-3). Dawkowanie azotu wykonano w trzech terminach. Przed wysadzeniem roślin zastosowano saletrzak, natomiast saletrę amonową 14 dni po wysadzeniu roślin oraz po zwarciu się główek. Zbiór przeprowadzono we wrześniu. 30 Czy warto zadbać o większą rozsadę kapusty głowiastej białej? Pomiary i analizy. Przed wysadzeniem rozsady na poletko doświadczalne dokonano jej wizualnej oceny oraz przeprowadzono fotometryczny pomiar ogólnej zawartości chlorofilu w liściach kapusty przy pomocy urządzenia SPAD (prod. Konica Minolta, Japonia). Po zbiorze główek wykonano analizy biometryczne, które uwzględniały następujące cechy: masę główek z liśćmi zewnętrznymi oraz po ich usunięciu, a także obwód główki, oraz pobrano korkoborem próbki do głębokiego mrożenia (długość wycinka pobranego do badań − ok. 5,5 cm). Pomiar zawartości cukrów rozpuszczalnych odgrywających ważną rolę podczas kiszenia kapusty wykonano metodą antronową [Ashwell 1975]. Próbki homogenizowano w moździerzu, w wodzie destylowanej. Następnie gotowano przez 15 min. we wrzącej łaźni wodnej (temp. 90ºC). Po ostygnięciu homogenat odwirowano przy 4400 obr./min. przez 10 min. (wirówka: model 5702R firmy Eppendorf). Nasącz przenoszono do nowych probówek i rozcieńczano 20-krotnie. Następnie pobierano po 0,5 cm3 każdego z rozcieńczeń, dodawano po 1 cm3 0,2-proc. antronu (w/v) w stężonym H2SO4, wytrząsano na worteksie (Tecno Kartell TK 3S) i ogrzewano przez 3 minuty w łaźni wodnej o temperaturze 90ºC. Po ostygnięciu próbek do temperatury pokojowej mierzono absorbancję przy λ = 620 nm względem ślepej próby (zamiast roztworu cukru z roztworem antronu zmieszano 0,5 cm3 wody). Krzywą kalibracyjną wykonano w oparciu o standard glukozy. Kolejne rozcieńczenia uzyskiwano poprzez kolejne rozcieńczanie wzorcowego roztworu glukozy o stężeniu 1g/dm3. Do szklanych probówek pobierano po 0,5 cm3 każdego z rozcieńczeń. Następnie do każdej z probówek dodano 1cm3 0,2-proc. antronu (w/v) w stężonym H2SO4.Probówki zamykano korkiem i wytrząsano na worteksie. W dalszym etapie ogrzewano je przez 3 minuty we wrzącej łaźni wodnej. Po ostygnięciu próbek do temperatury pokojowej zmierzono absorbancję przy λ = 620 nm względem ślepej próby. Stężenie cukru w próbkach kapusty obliczono stosując równanie regresji liniowej otrzymane podczas wyznaczania krzywej kalibracyjnej. Analiza statystyczna wyników. Dane opracowano statystycznie z wykorzystaniem arkusza kalkulacyjnego MS Excel 2003. Prezentowane dane są średnimi z 10 powtórzeń ± odchylenie standardowe (SD). W celu stwierdzenia, czy średnie różnią się istotnie statystycznie, zastosowano test t-Studenta. WYNIKI I DYSKUSJA Rozsada uzyskana z wielodoniczek paletowych o mniejszej objętości komórek (30 cm3) wykształcała małe rośliny, o drobnych i bardziej zielonych blaszkach liściowych aniżeli rozsada z większych wielodoniczek (o pojemności pojedynczej komórki 100 cm3). Bardziej intensywne 31 Małgorzata Borek, Renata Bączek-Kwinta, Karolina Maruszak, Katarzyna Stalmach zabarwienie liści rozsady wyprodukowanej w małych paletach sugerowało większą ilość chlorofilu w liściach, co potwierdzono na podstawie pomiarów fotometrycznych wykonanych przy pomocy urządzenia SPAD (Rys. 1). 3 małe komórki (30 cm ) 3 duże komórki (100 cm ) jednostki SPAD 80 60 ** 40 20 0 zawartość chlorofilu Rys. 1. Ogólna zawartość chlorofilu (zmierzona metodą fotometryczną) w liściach rozsady kapusty głowiastej białej odmiany ‘Discover F1’ wyrosłej w 2 wielkościach wielodoniczek paletowych (o pojemności 30 cm3 oraz 100 cm3). Podano średnie (n=10) ± odchylenie standardowe (SD). Gwiazdkami oznaczono istotność zróżnicowania statystycznego średnich: ** - P=0,01 (test t-Studenta) W przypadku kapusty przeznaczonej do kiszenia nie jest wymagane aby główki zawierały dużą ilość chlorofilu, wręcz przeciwnie − bardziej korzystna jest mniejsza ilość tego barwnika w liściach. Kapusta do kwaszenia poddawana jest bowiem procesowi bielenia [Wize 2000]. Z drugiej strony, zawartość chlorofilu jest jednym z głównych czynników decydujących o procesie fotosyntezy, który dostarcza roślinie cukrów niezbędnych do wzrostu i rozwoju, a zatem i do plonowania. W związku z tym przeprowadzono badania biometryczne główek kapusty. Jak wynika z danych zamieszczonych w Tab.1 produkcja rozsady w paletach o większej objętości pojedynczych komórek wykazała korzystny wpływ na późniejsze plonowanie roślin, pomimo mniejszej zawartości chlorofilu w liściach. Stwierdzono bowiem różnice zarówno w biomasie główek, jak i obwodzie – odpowiednio ok. 17 i 11% na korzyść rozsady uprawianej w większych wielodoniczkach. Według Rumpla (2002) dokarmianie rozsady podczas jej produkcji w komórkach o różnej wielkości może także skutkować dodatnim wpływem na jej jakość. Należy jednak zaznaczyć, że mniejsze potrzeby dokarmiania ma rozsada wyprodukowana w większych komórkach palet, ze względu na większą ilość substratu przypadającą na pojedynczą roślinę. 32 Czy warto zadbać o większą rozsadę kapusty głowiastej białej? Objętość komórki w palecie [cm3] Parametr Masa główki z liśćmi zewnętrznymi [kg] 30 100 średnia ± SD 2,55 ± 0,20 2,86 ± 0,32 * Masa wyrażona w % 87 100 Masa główki po usunięciu liści zewnętrznych [kg] średnia ± SD 1,98 ± 0,27 2,38 ± 0,23 ** Masa wyrażona w % 83 100 średnia ± SD 57 ± 3 63 ±6 ** Obwód główki [cm] Obwód wyrażony w % 89 100 Tab. 1. Parametry główek kapusty głowiastej białej odmiany ‘Discover F1’ wyprodukowanej z rozsady wyrosłej w 2 wielkościach wielodoniczek paletowych (o pojemności 30 cm3 oraz 100 cm3). Podano średnie (n=10) ± odchylenie standardowe (SD). Gwiazdkami oznaczono istotność zróżnicowania statystycznego średnich: ** - P=0,01; * - P=0,05; (test t-Studenta) Jak podają Gajewski i Radzanowska [2004], ważne jest aby podczas produkcji kapusty do kiszenia zawartość cukrów była jak największa, bowiem z główek o małej zawartości tego związku uzyskuje się produkt o ostrym zapachu i gorzkawym smaku. Jednak w niniejszym doświadczeniu, na etapie zbioru, zawartość cukrów będąca ważnym parametrem decydującym o szybkości kwaszenia nie wykazała zróżnicowania (Rys. 2). Badania wykonane przez Cebulę i współpracowników [2010] na roślinach kalafiora nie wykazały również związku pomiędzy wielkością palet, w jakich została wyprodukowana rozsada, a poziomem większości analizowanych składników odżywczych. Wyniki uzyskane w niniejszej pracy świadczą to o tym, że większe główki wytworzone przez rozsadę uzyskaną z palet o większych pojedynczych komórkach są dobrym materiałem do kwaszenia, a zatem ich wielkość przemawia za tym, aby w produkcji kapusty stosować większe wielodoniczki niż bywa to często praktykowane. Plantator powinien więc wyliczyć, czy większy zysk ze sprzedaży większej ilości kapusty przeważy większe nakłady finansowe poniesione na zakup substratu torfowego. WNIOSKI Produkcja rozsady w większych wielodoniczkach wpłynęła dodatnio na późniejsze plonowanie (nie powodując zmian w zawartości cukrów), pomimo że rośliny te zawierały w początkowym etapie wzrostu mniej chlorofilu w liściach aniżeli rośliny wyprodukowane w mniejszych paletach. 33 Małgorzata Borek, Renata Bączek-Kwinta, Karolina Maruszak, Katarzyna Stalmach W produkcji kapusty głowiastej białej warto rozważyć stosowanie większych wielodoniczek niż bywa to praktykowane. małe komórki 3 (30 cm ) 3 -1 mg (cukrów) *1 g (F W ) duże komórki (100 cm ) 100 n.s. 75 50 25 0 cukry rozpuszczalne Rys. 2. Zawartość cukrów rozpuszczalnych w główkach kapusty głowiastej białej odmiany ‘Discover F1’ wyprodukowanej z rozsady wyrosłej w 2 wielkościach wielodoniczek paletowych (o pojemności 30 cm3 oraz 100 cm3). Podano średnie (n=10) ± odchylenie standardowe (SD); n.s. – różnice nieistotne statystycznie wg testu t-Studenta 34 Czy warto zadbać o większą rozsadę kapusty głowiastej białej? LITERATURA Ashwell G. 1975. Colometric analysis of sugar. Methods in Enzymology. 3: 476-471. Cebula S., Kalisz A., Sękara A. 2010. Niektóre elementy wartości odżywczej kilku form kalafiora w zależności od sposobu przygotowania rozsady. Materiały z Ogólnopolskiej Konferencji Naukowej. Proekologiczna uprawa warzyw – problemy i perspektywy. Siedlce: 40-11. Gajewski M., Radzanowska J. 2004. Skład chemiczny i jakość sensoryczna kapusty głowiastej w zależności od jej odmiany i dawki azotu stosowanej w nawożeniu mineralnym. Żywność, Nauka, Technologia, Jakość. 2(39): 108-120. Orłowski M. [red.] 2000. Polowa uprawa warzyw. Wydawnictwo Błasika: 6-29. Rumpel J. 2002. Uprawa kapusty białej, czerwonej, włoskiej. Wydawnictwo Hortpress, Sp. z o.o. Skąpski H., Dąbrowska B. 1994. Uprawa warzyw w polu. Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego: 22-27. Wize A. 2000. Uprawa kapusty białej, czerwonej i włoskiej. Wydawnictwo Plantpress, Sp. z o.o.: 100-102. Adres do korespondencji: Małgorzata Borek Wydział Rolniczo-Ekonomiczny, Katedra Fizjologii Roślin Uniwersytet Rolniczy w Krakowie ul. Podłużna 30-239 Kraków e-mail: [email protected] Dziękujemy Panu Kazimierzowi Pieroniowi za udostępnienie rozsady 35 Marcin Czora EPISTEME 15/2012 s.37-44 ISSN 1895-4421 MEASURMENT OF DEHYDROGENASE ACTIVITY (DHA) IN SOIL NEAR BOLESLAW MINE AND METALURGICAL PLANT S.A. Summary. The human interference with natural environment that use to be well dynamically balanced, has become more and more extensive. The introduced changes impacted mostly soil environment. Not only soil humidity and its structure but also the microorganisms living in it have changed. The main aim was to determine the influence of distances the source of pollution on dehydrogenase activity in soil. We compared dehydrogenase activity (DHA) in soil samples taken from different distances to Boleslaw Mine and Metallurgical Plant S.A. located near Olkusz in Malopolska. The dehydrogenase activity analysis was based on a modified method Casida et al. [1964] with 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride (TTC). Measurements and was conducted using Beckman DU 640 spectrometer. In this research we didn’t find differences of DHA in relation to distance from the Metallurgical Plant. Key words: dehydrogenase activity (DHA), heavy metals, TTC 37 Marcin Czora INTRODUCTION One characteristic the soil features is its biological activity. This activity differentiates soil from other geological formations. The highest impact on the soil activity have microorganisms living in it and enzymes excreted by them [Kieliszewska-Rokicka 2001]. Microorganisms play an important role in metabolic processes, particularly in the changes of soil components, which have a significant impact on growth and yield of crops. Therefore, knowledge of the impact on soil microorganisms and providing them with optimal conditions can significantly affect the development of agriculture and the whole economy [Drążkiewicz 1989]. Biological oxidation substrates by living microorganisms is carried out mainly with the participation of dehydrogenases, therefore determining the dehydrogenase activity becomes an important element in assessing the microbiological status in the soil [Aoyama & Nagumo 1995; Camina et al. 1998; Coello-Oviedo et al. 2005; Haigh & Rennie 1994; Nannipieri et al. 1990; Schnurer & Rosswall 1982] MATERIALS AND METHODS Soil samples were collected near the Boleslaw Mine and Metalurgical Plant S.A. municipality of Olkusz, between two large industrial centers: Silesia and Krakow. It is an area where there were large quantities of heavy metals in all segments of the ecosystem in the soil, plants and animal organisms [Cabała 2009, Damek-Poprawa & Sawicka-Kapusta 2003]. The second area is a region with much less polluted agricultural land near the village of Kolonia III. Kolonia III lies approximately 2 kilometers from the Boleslaw Mine. The samples were collected between the months of June to August 2008. In this study we collected soil from the surface layer (0 - 10 cm). Individual soil samples were taken from several places in a circle with a radius of 5 meters. Collected soil samples were placed in a cloth bag. The samples, after transport to the laboratory, were refined from plant residues and dried to a temperature of about 330K, to reach constant weight. The material was then sieved through mesh with diameter of 2 mm. We prepared 20 samples from both locations. In this study was used the method proposed by Casida et al. [1964]. Into a glass flask we put 6g of soil, 60 mg CaCO3 as a buffer, and 4 cm3 of distilled water. Then added 1 cm3 of substrate (3% TTC – 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride). The flask was sealed and stirred. The prepared sample was incubated in a thermostatic cabinet heated to a temperature of 310K for 20 hours. After incubation we added 25 cm3 of methanol and left in a dark place for 1 hour. The contents of the flask were filtered. Absorbance measurements were carried out with a spectrophotometer Beckman DU 640 38 Measurment of dehydrogenase activity (DHA) in soil… (λ = 485 nm). The method is based on the incubation of soil from a colorless, water-soluble substrate - TTC, which is enzymatically reduced to colored, insoluble liquid trifenyloformazan (TPF). By replacing the oxygen and other naturally occurring acceptors, TTC takes electrons and protons, separated by a dehydrogenase from oxidized organic compounds. Then TPF is extracted from the soil with alcohol and determined colorimetrically [Czora 2011]. Results of analysis presented in Table 1. DATA ANALYSIS AND RESULTS In this study we used the Student’s t test for independent samples. The normality of distributions was check using the Shapiro-Wilk test and homogeneity of variance was tested using Leven’s test. A. Variability was analyzed in both groups of normal distribution. Shapiro-Wilk test indicates no reason to reject the hypothesis of normal distribution (p>0.05); B. Both based on the variance ratio test and Levene’s test conclusion is that there is no reason to reject the hypothesis of homogeneity of variance (p>0.05); C. T test for independent samples revealed no grounds for reject the null hypothesis assumes no difference between the average (p=0.8668 for p>0.05). Conclusion: It was demonstrated that the content of the analyzed samples in the locations were not significantly different. Amounts of DHA [μmol TPF*] in soil near Kolonia III Amounts of DHA [μmol TPF*] in soil near “Bolesław” S.A 0,26 0,57 0,13 0,64 0,43 0,43 0,69 0,22 0,45 0,09 0,10 0,50 0,52 0,11 0,05 0,09 0,65 0,05 0,22 0,62 Tab. 1. Amounts of dehydrogenase in soil. (μmol TPF* = μmol TPF⋅g-1 d.w.⋅20 h-1) 39 Marcin Czora DISCUSSION AND CONCLUSIONS Zhang et al. [2008] assesed the soil microbial characteristics under longterm heavy metal stress. The soil dehydrogenase activity (DHA) was measured by the reduction of 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride (TTC) to triphenylformazan (TPF), as described by Casida and modified by Tabatabai (1994). Soil samples were collected from Zhangshi Wastewater Irrigation Area in the suburb of Shenyang City (China). The soil in the test area was heavily polluted by Cd and to a lesser degree by Zn and Cu in the year of research (2005). Soil dehydrogenase activity was the highest in April and the lowest in July. Dehydrogenase activity (DHA) had no persistent correlations with soil heavy metal content but it had significant positive correlations with soil total C and total N in the sampling seasons. It is not clear whether the coexistence of plant species can offset the impacts of heavy metals on soil microbes and soil enzyme activities, therefore Yang et al. [2007] tested effects of coexisting plant species on soil microbes and soil enzymes. Dehydrogenase activity was based on a modified method Casida adopted from Zhu et al. [1996]. 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride (TTC) was used as acceptor of H and Na2S was used as reducing agent. The experiment was a factorial design with three Pb levels, and three plant species combinations (1, 2 and 4 species) with four replicates. The plant species treatments are single species Festuca arundinacea, two species combination of F. arundinacea and Kummerowia striata, four species combination of F. arundinacea, K. striata, Echinochloa crusgalli var. mitis and Solidago canadensis. Mesocosms (47.5 cm - 34.5 cm -15.4 cm) were used in this experiment. Each mesocosm was filled with a 16 kg of soil. Three levels of Pb (0, 300 and 600 mg·kg soil) were designed to simulate the uncontaminated control and two levels of Pb pollution sites near a lead in upland, respectively. Pb was applied as lead acetate (Pb(CH3COO)2·3H2O). Dehydrogenase is an intracellular enzyme and is sensitive to Pb contaminated soil [Pereira et al. 2006]. But in this study elevated Pb concentrations unexpectedly did not reduce dehydrogenase activity. The reasons are still not clear and they need further investigations. Xie et al. [2009] tested short-term effects of copper, cadmium and cypermethrin (popular insecticide) and their combinations on dehydrogenase activity in different fertilized soils. Three fertilization modes are arranged: wheat straw compost (OM), fertilizer NPK (NPK) and no fertilization (CK). Due to long-term different fertilization, DHA differed significantly in three fertilized soils (P < 0,01). The highest value was observed in OM soil, followed by NPK, and the lowest in CK soil. During the entire period of incubation, Cu decreased DHA by 52,3%, 41,4% and 25,6% in NPK soil, CK soil and OM soil, respectively. The results indicated that DHA in NPK 40 Measurment of dehydrogenase activity (DHA) in soil… and CK soils were more sensitive to Cu than that in OM soil. Therefore, cypermethrin can significantly improve DHA, which was in accord with the report by Rangaswamy et al. [1994]. Other research where the Casida method has been used, is a study by Chander et al. [1995], in which unenriched (low-metal) sludges or high-metal sludges, enriched with the single added metals Cu, Zn, Ni or Cd, were added separately to soil at four different rates so that total soil concentrations of each metal were between 1-4 times the EU current permitted limits (CEC, 1986). Soil (0-23 cm depth, 5 cm diameter cores) was sampled in July 1989 from a nonexperimental field growing cereals at Woburn Experimental Farm, U.K. It was a sandy loam (Cottenham series; FAO classification – Eutric Cambisol) containing 1,11% organic C and 0,109% total N. Sludge addition increased total C by about 30% at the lowest rate of application (40 t·ha-1) and about 4.5-fold at the highest rate (160 t·ha-1) after 4 week of incubation, irrespective of whether the sludgewas metal-enriched or not. However, during the longer 64-week incubation, the amounts of microbial biomass declined exponentially. Larger applications of high-metal sludges caused final biomasses which were smaller than those both in soils showed no sludge and low-metal sludge. None of the metals at about the currently permitted EU soil limits showed any adverse effects on microbial biomass. However, Zn, Cu or Cd individually at about twice the EU limits decreased total C by about 20%, whereas Ni at 4 times the limit decreased the biomass by about 15%. The authors showed similarly that the dehydrogenase assay is sensitive to other soil constituents including nitrate, nitrite and Fe3+. Carrasco et. al. [2006] investigated the relationship of the zonal pattern followed by the vegetation in a polluted Mediterranean salt marsh with the microbiological and biochemical properties (labile C fractions, oxidoreductases and hydrolases) of the rhizosphere soil of two halophyte species, Arthrocnemum macrostachyum and Sarcocornia fruticosa, and with the degree of arbuscular mycorrhizal (AM) colonisation in their rhizospheres. Levels of plant biomass and cover were inversely related to heavy metal (Fe, Cu, Mn and Pb) contents and salinity. Dehydrogenase activity was based on a modified method Casida adopted from Garcia et al. [1997]. The dehydrogenase activity was higher in the salt marsh zones of lower soil salinity and lower metal concentration. However the percentage of root colonised by AM fungi was related positively (p < 0.01) with soil dehydrogenase activity. Soil microbial activity has been assessed frequently by biological and biochemical parameters such as total C and enzyme activities. Therefore dehydrogenase activity has been proposed as a measure of global microbial activity in soil under aerobic conditions [Garcia et. al. 1997]. In this research we didn’t find differences of DHA in relation to distance from the Metallurgical Plant. It follows that the dehydrogenase activity 41 Marcin Czora measurement must be along with other environmental research, because there may be situations that one factor may reduces the activity of dehydrogenases and the other raises it. REFERENCES Aoyama, M., Nagumo. T. 1995. Factors affecting microbial biomass and dehydrogenase activity in apple orchard soils with heavy metal accumulation. Soil Science and Plant Nutrition. 42: 821-831. Cabała J. 2009. Metale ciężkie w środowisku glebowym olkuskiego rejonu eksploatacji rud Zn-Pb. Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego. Katowice. p.130. Camina, F., Trasar-Cepeda, C., Gil-Sotres, F., Leiros, C. 1998. Measurement of dehydrogenase activity in acid soil rich in organic matter. Soil Biology & Biochemistry. 30: 1005-1011. Carrasco L., Caravaca F., Alvarez-Roger J., Roldan A. 2006. Microbial processes in the rhizosphere soil of a heavy metals-contaminated Mediterranean salt marsh: A facilitating role of AM fungi. Chemosphere. 64: 104-111. CEC – Commission of the European Communities. 1986. Council directive on the protection of the environment, and in particular of the soil, when sewage sludge is used in agriculture. Official Journal of the European Communities L181, Annex lA, p. 10. Chander K., Brookes P.C., Harding S.A. 1995. Microbial biomass dynamics following addition of metal-enriched sewage sludges to a sandy loam. Soil Biol. Biochem. 27(11): 1409-1421. Casida L.E., Klein D.A., Santoro T. 1964. Soil dehydrogenase activity. Soil Sci. 98: 371-376. Coello-Oviedo M.D., Baragan-Sanchez J., Quirogo-Alonso J.M. 2005. Enzymatic estimation of biosolids stability in aerobic digestion systems. Enzyme and Microbial Technology. 36: 191-197. Czora M. 2011. Aktywność dehydrogenaz świadectwem jakości gleb. W: Monografia – Nowe trendy w naukach przyrodniczych. Creativetime. Krakow, p. 111-118. Damek-Poprawa M., Sawicka-Kapusta K. 2003. Damage to the liver, kidney, and testis with reference to burden of heavy metals in yellow-necked mice from areas around steelworks and zinc smelters in Poland. Toxicology. 86: 1-10. Drażkiewicz M. 1989. Relacje pomiędzy fazą stałą gleby a mikroorganizmami. Post. Mikrobiol. 28(2–4): 161–172. 42 Measurment of dehydrogenase activity (DHA) in soil… Garcıa, C., Hernandez, M.T., Costa, F. 1997. Potential use of dehydrogenase activity as an index of microbial activity in degraded soils. Commun. Soil Sci. Plant Anal. 28: 123–134. Haigh, S.D., Rennie, A.F.K. 1994. Rapid methods to assess the effects of chemicals on microbial activity in soil. Environmental Toxicology and Water Quality: An International Journal. 9: 347-354. Kieliszewska-Rokicka B. 2001. Enzymy glebowe i ich znaczenie w badaniach aktywności biologicznej gleby. W: Drobnoustroje środowiska glebowego. Pr. zbior. Red. H. Dahn, A. Pokojska-Burdziej. Toruń: Wydaw. A. Marszałek. 37–47. Nannipieri, P., Greco, S., Ceccanti, B. 1990. Ecological significance of the biological activity in soil. In: Stotzky, G., Bollag, J.M. (Eds.). Soil Biochemistry. Vol.6. Marcel Dekker Inc, New York. 233-355. Pereira, R., Sousa, J.P., Ribeiro, R., Goncalves, F. 2006. Microbial indicators in mine soils (S. Domingos Mine, Portugal). Soil Biol. Biochem. 15: 147–167. Rangaswamy, V., Reddy, B.R., Venkateswarlu, K. 1994. Activities of dehydrogenase and protease in soil as influenced by monocrotophos, quinalphos, cypermethrin and fenvalerate. Agric. Ecosyst. Environ. 47: 319–326. Schnurer, J., Rosswall, T. 1982. Fluorescein diacetate hydrolysis as a measure of total microbial activity in soil litter. Applied and Environmental Microbiology. 43: 1256-1261. Tabatabai, M. A. 1994. Soil enzymes. In Weaver, R. W., Angle, J. S. and Bottomley. P. S. (eds.) Methods of Soil Analysis. Part 2. Microbiological and biochemical properties. Soil Science Society of America. Madison. Wis. 775–833. Yang R., Tang J., Chen X., Hu S. 2007. Effect of coexisting plant species on soil microbes and soil enzymes in metal lead contaminated soils. Applied Soil Ecology. 37: 240-246. Zhang Y., Zhang H.W., Su Z.CH., Zhang Ch.G. 2008. Soil microbial characteristics under long-term heavy metal stress: A case study in Zhangshi Wasterwater Irrigation Area, Shenyang. Pedosphera. 18(1): 1-10. Zhu, N.W., Min, H., Chen, M.C., Zhao, Y.H. 1996. The study of determination on TTC-dehydrogenase activity. China Biogas. 14: 3–5. Xie W., Zhou J., Wang H., Chen X., Lu Z., Yu J., Chen X. 2009. Short-term effects of copper, cadmium and cypermethrin on dehydrogenase activity and microbial functional diversity in soils after long-term mineral or organic fertilization. Agriculture, Ecosystems and Environment. 129: 450-456. 43 Marcin Czora Postal adress: Marcin Czora Department of Agricultural and Environmental Chemistry University of Agriculture in Krakow 31-120 Krakow, al. Mickiewicza 21, pok. 348 e-mail: [email protected] Supervisor: professor Florian Gambuś Ph. D., D. Sc. 44 Małgorzata Czubacka Leszek Rachoń EPISTEME 15/2012 s.45-52 ISSN 1895-4421 WPŁYW POZIOMU AGROTECHNIKI NA SKŁAD CHEMICZNY ZIARNA PSZENICY OZIMEJ IMPACT OF AGROTECHNICAL LEVEL ON THE CHEMICAL COMPOSITION WINTER WHEAT GRAIN Abstrakt. W pracy dokonano oceny składu chemicznego ziarna 4 gatunków pszenicy ozimej: pszenica zwyczajna (Triticum aestivum L. ssp. vulgare) − cv. Tonacja, pszenica twarda (Triticum durum Desk.) – cv. Komnata, pszenica orkiszowa (Triticum aestivum L. ssp. spelta) – cv. Schwabenkorn, pszenica jednoziarnowa (Triticum monococcum L.). W ziarnie badanych gatunków pszenicy określono zawartość białka, popiołu surowego, tłuszczu surowego i włókna przy dwóch poziomach agrotechniki. Badania polowe przeprowadzono w sezonie 2010/2011 na terenie Gospodarstwa Doświadczalnego Felin należącego do Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie. Uzyskane wyniki wskazują na pozytywne oddziaływanie wyższego poziomu agrotechniki na zawartość białka i włókna w ziarnie wszystkich badanych gatunków. Spośród porównywanych gatunków najwyższą zawartością wszystkich badanych składników wyróżniała się pszenica jednoziarnowa. Słowa kluczowe: pszenica orkisz, pszenica zwyczajna, pszenica twarda, pszenica jednoziarnowa, skład chemiczny, poziom agrotechniki Summary. The research conducted in 2010-2011 at the University of Life Sciences in Lublin was to evaluate the effect of two growing technology, variable intensity, we examined the protein concentration in grain and ash, fat, crude fiber, selected varieties of winter wheat. selected species of Triticum aestivum ssp. vulgare − Tonacja, Triticum durum – Komnata, Triticum aestivum ssp. spelta – Schwabenkorn, Triticum monococcum. Key words: spelled, common wheat, durum wheat, monococcum wheat , chemical composition, level of crop 45 Małgorzata Czubacka, Leszek Rachoń WSTĘP Pszenica ze względu na duże znaczenie w żywieniu człowieka oraz duży potencjał plonowania zajmuje czołowe miejsce w powierzchni zasiewów roślin zbożowych nie tylko w Polsce, ale i na świecie [Suwara i in. 2007]. Pszenica jest najstarszym zbożem chlebowym uprawianym od co najmniej 6 tysięcy lat. Najbardziej rozpowszechnionym gatunkiem w uprawie jest Triticum aestivum ssp. vulgare (pszenica zwyczajna), której ziarno jest podstawowym zbożem konsumpcyjnym. Na świecie zajmuje 93% powierzchni obsiewanej pszenicą, z której uzyskuje się 550 milionów ton ziarna [National Association of Wheat Growers, 2009]. Drugim gatunkiem pszenicy pod względem powierzchni uprawy jest Triticum durum Desf. (pszenica twarda). Według danych FAO stanowi ona 6% światowej produkcji ziarna, czyli około 36 milionów ton. Plonuje niżej niż pszenica zwyczajna, stąd ceny ziarna tego gatunku są wyższe od cen ziarna pszenicy zwyczajnej [www.ihar.edu.pl]. Znaczną część ziarna pszenicy twardej musimy importować, a w latach 90-tych ceny transakcyjne importu z Kanady były około 1,5- krotnie wyższe niż średnie ceny skupu pszenicy krajowej [Rachoń, Szumiło 2006]. Stan ten niejako sprowokował hodowców do podjęcia prac hodowlanych nad krajową uprawą odmian Triticum durum. W latach 1999-2001 w doświadczeniach prowadzonych na Lubelszczyźnie, średni plon krajowych linii hodowlanych pszenicy twardej wynosił 4,0t · ha-1 co stanowiło 75,2% plonu pszenicy zwyczajnej [Rachoń, Szumiło 2002]. Prace hodowlane zakończyły się sukcesem i w marcu 2009 zarejestrowano w Polsce pierwszą ozimą odmianę pszenicy twardej - Komnata. Wraz z rozwojem rolnictwa ekologicznego, do łask powracają mniej znane, dawne gatunki pszenic, takie jak pszenica orkisz (Triticcum aestivum L. spp. spelta), pszenica jednoziarnowa (Triticum monococcum L.) i pszenica płaskurka (Triticum dicoccum L.). Ponowne zainteresowanie się rolników tymi gatunkami jest wynikiem zahamowania postępu w pracach nad jakością ziarna pszenic wysokoplennych. Wysoki plon pszenicy zwyczajnej czy twardej nie dawał już ziarna o takich cechach jakościowych jakie dają pszenice mniej plenne. Zawartość białka, jak podaje Wiwart i Perkowski [2005] u tych form pszenicy wynosi średnio dla T. monococcum 13,8% , T. dicoccum 13,5% a Triticum aestivum ssp. spelta 15,4%, co jest oczywistym powodem dla którego wznowiono prace nad odnawianiem starych gatunków zbóż. Pszenica orkiszowa rozprzestrzeniła się w Europie w epoce brązu. Wiwart i Perkowski [2005] podają, że przybyła ona poprzez Bałkany z Bliskiego Wschodu. Już w czasach starożytnych była znana, ceniona i częściej uprawiana niż obecnie. Na Bliskim Wschodzie uprawiali ją Izraelici, a w Europie Germanie i Rzymianie. Jeszcze na przełomie XIX i XX wieku powierzchnia uprawy orkiszu była większa niż innych pszenic chlebowych. 46 Wpływ poziomu agrotechniki na skład chemiczny… Brak zainteresowania orkiszem spowodowany został przede wszystkim masową produkcją pszenicy zwyczajnej. Duże zapotrzebowanie na zboża konsumpcyjne spowodowało, że zaczęto preferować gatunki dające duży plon. Obecnie przeżywa swój renesans. Tak duże zainteresowanie wynika z właściwości prozdrowotnych orkiszu, oraz z faktu iż pszenica ta jest mało podatna na choroby i nie wymaga intensywnej ochrony [HołubowiczKliza 2008]. Autorka ta podaje, że obecnie powierzchnia uprawy orkiszu w Europie wynosi ok. 18 tys. hektarów i skoncentrowana jest głównie w gospodarstwach ekologicznych w Niemczech, Szwajcarii, Austrii, Belgii, Czechach. W Polsce uprawia się obecnie ponad 1,4 tys. hektarów i z roku na rok powierzchnia ta wzrasta. Jakość ziarna w największym stopniu zależy od odmiany, ale kształtują ją również warunki pogodowe oraz czynniki agrotechniczne. Celem podjętych badań było określenie wpływu poziomu agrotechniki na skład chemiczny ziarna różnych gatunków pszenicy. MATERIAŁ I METODY Badania polowe przeprowadzono w sezonie wegetacyjnym 2010/2011 na terenie Gospodarstwa Doświadczalnego Felin należącego do Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie. Pole doświadczalne położone było na glebie zaliczanej do kompleksu pszennego dobrego. Charakteryzuje ją wysoka zasobność w składniki pokarmowe: P2O5 – 17,5; K2O – 14,3 i Mg – 5,5 (w mg 100g-1 gleby), a jej pH w roztworze KCL wynosi 6,3. Doświadczenie zostało założone w układzie bloków losowanych w czterech powtórzeniach. Powierzchnia poletek do zbioru wynosiła 1 m2. Pierwszym czynnikiem doświadczenia były ozime gatunki pszenicy: • Pszenica twarda (Triticum durum Desf.) cv. Komnata; • Pszenica orkisz (Triticum aestivum L. ssp. spelta) Shwabencorn; • Pszenica zwyczajna (Triticum aestivum L. ssp vulgare) odmiana Tonacja; • Pszenica jednoziarnowa (Triticum monococcum L.). Drugim czynnikiem doświadczenia były poziomy agrotechniki: • przeciętny poziom agrotechniki: nawożenie mineralne (N-70, P- 30,8, K-99,6 kg·ha -1), zaprawa nasienna (Oxafun T 75 DS/WS w dawce 200 g.100kg-1 ziarna), zwalczanie chwastów (herbicyd Chwastox Trio 540 SL w dawce 2 dm3.ha-1). • wysoki poziom agrotechniki: zwiększone nawożenie azotowe (N -140, P - 30,8, K - 99,6 kg.ha-1), zaprawianie ziarna (zaprawa nasienna Oxafun) zwalczanie chwastów (herbicyd Puma Uniwersal 069 EW w dawce 1,2 dm3.ha-1 i Chwastox 47 Małgorzata Czubacka, Leszek Rachoń Trio 540 SL w dawce 2 dm3.ha-1), dwa zabiegi przeciw chorobom (fungicyd Alert 375 SC w dawce 1 dm3.ha-1), insektycyd (Decis 2,5 EC w dawce 250 cm3.ha-1) i regulator wzrostu (Stabilan 750 SL w dawce 1,8 dm3.ha-1). Wszystkie gatunki pszenicy zostały wysiane ręcznie w ilości 450 ziarniaków na m2 w stanowisku po rzepaku ozimym. Siewu dokonano 1 października. Uprawa roli była typowa dla systemu płużnego. Po zbiorze przedplonu został wykonany zespół uprawek pożniwnych następnie orka siewna a przed siewem rola została doprawiona agregatem uprawowym. Zbioru dokonano ręcznie po uzyskaniu przez rośliny dojrzałości pełnej. Po zbiorze ziarno doczyszczono i pobrano próby do analiz chemicznych. Oznaczono zawartość suchej masy, popiołu surowego, białka (metodą Kjeldahla), tłuszczu surowego (metodą Soxhleta), włókna surowego (metodą wagową) oraz węglowodanów. grudzień -4,7 1,9 -1,6 listopad 5,4 2,4 2,6 październik 5,6 8,0 7,6 12,6 15,2 wrzesień 12,5 17,2 18,8 sierpień 20,6 18,0 18,4 lipiec 21,6 16,3 18,6 czerwiec 18,0 13,0 14,5 maj 14,4 9,4 7,4 3,2 kwiecień 9,4 3,4 1,0 -2,0 marzec -2,3 -2,8 -8,1 2010 luty -8,2 średnio z lat 1951-2010 lata styczeń 2011 -3,7 Temperatura [oC] grudzień 1,0 34,5 38,2 31,4 32,4 listopad 28,5 40,1 46,8 październik 5,4 53,7 11,2 wrzesień 65,3 70,7 119,0 sierpień 189,0 82,0 132,8 lipiec 67,8 65,9 101,1 czerwiec 42,2 60,7 65,6 maj 29,9 39,0 156,7 kwiecień 8,1 28,0 24,5 marzec 25,2 średnio z lat 1951-2010 25,8 18,6 luty 24,8 34,6 2011 23,4 2010 35,6 lata styczeń Opady [mm] Tab. 1. Średnie miesięczne temperatury powietrza i sumy opadów atmosferycznych w sezonie 2010/1011 na tle wielolecia 1951-2010 48 Wpływ poziomu agrotechniki na skład chemiczny… Warunki klimatyczne, w okresie wegetacyjnym 2010 (Tab. 1) różniły się od danych z wielolecia, co wpłynęło na plonowanie i jakość ziarna badanych gatunków pszenicy – Tab. 1. Okres przedzimowej wegetacji roślin charakteryzował się wysokimi opadami i umiarkowaną temperaturą, nieznacznie wyższą od średniej wieloletniej. W kwietniu, maju i czerwcu temperatury kształtowały się na nieznacznie wyższym poziomie niż temperatury z wielolecia. Lipiec i sierpień były miesiącami znacznie cieplejszymi w porównaniu do średniej wieloletniej. W lipcu średnia miesięczna temperatura powietrza wyniosła 18,4oC i była większa od średniej z wielolecia o 0,4oC, natomiast w sierpniu ta różnica wyniosła 1,6oC. W większym stopniu zróżnicowane były sumy opadów. Średnia suma opadów w tym okresie wyniosła 499,2 mm i była o 161 mm wyższa niż w wieloleciu. W marcu i kwietniu sumy opadów były mniejsze (w marcu o 19,9 mm i kwietniu o 9,1 mm) od średnich miesięcznych opadów z wielolecia. Najwięcej opadów odnotowano w maju (o 98,4 mm więcej niż w wieloleciu) w sierpniu (o 63,1 mm więcej niż w wieloleciu) i lipcu (o 23 mm więcej w wieloleciu). WYNIKI I DYSKUSJA Jakość ziarna pszenicy jest wypadkową cech genetycznych, warunków glebowo-klimatycznych oraz stosowanej agrotechniki [Nowak i in. 2004, Sułek i Podolska 2006]. Jak podkreślają Grzesiuk i Kulka [1988], zawartość białka w ziarniakach jest cechą dziedziczną i waha się w pewnych granicach dla poszczególnych gatunków pszenicy, co bardzo wyraźnie zaobserwować można na podstawie badań własnych - Tab. 2. Niezależnie od poziomu agrotechniki wszystkie badane gatunki różniły się między sobą w sposób istotny. Zawartość białka w ziarnie badanych gatunków pszenicy zawiera się w przedziale 10,8 % (pszenica zwyczajna) do 17,8 % (pszenica jednoziarnowa). Ilość tego składnika ogółem w ziarnie pszenicy twardej była istotnie większa – średnio o 1,2 % – w porównaniu z ziarnem pszenicy zwyczajnej, podobne wyniki uzyskali Rachoń i Szumiło [2006]. Niezależnie od gatunku wysoki poziom agrotechniki wpłynął na istotny wzrost zawartości białka w ziarnie 1,6 %. Potwierdza to również w swoich badaniach Woźniak (2009). W badaniach tego autora wyższa dawka azotu (150 kg · ha-1) zwiększała o 1,7% zawartość białka w ziarnie, w stosunku do niższej dawki (90 kg · ha-1). Podobne wyniki uzyskali również Oleksy i in. [2008], którzy stwierdzili, że stosowanie technologii intensywnej zwiększyło udział tego składnika w ziarnie przeciętnie o 0,9 punktu procentowego w porównaniu z technologią średnio intensywną. Wystąpiła interakcja pomiędzy gatunkiem a poziomem agrotechniki w przypadku pszenicy orkiszowej, która zareagowała wzrostem zawartości białka pod wpływem wyższego poziomu agrotechniki. Podobne wyniki składu chemicznego orkiszu podaje Grela [1996], z badań tego autora wynika, że pod wpływem 49 Małgorzata Czubacka, Leszek Rachoń zwiększonego nawożenia azotem nastąpił wzrost zawartości białka ogólnego w ziarnie. Również w badaniach Oleksego i in. [2008] zawartość tego składnika w ziarnie w istotny sposób uzależniona była od współdziałania poziomów intensywności uprawy z odmianami. Jak podaje Gąsiorowski [2004] zawartość popiołu w ziarnie polskich pszenic mieści się w przedziale od 1,6 do 2,0%. Najwyższą zawartością popiołu surowego w ziarnie charakteryzowała się pszenica jednoziarnowa (1,59%), najniższą pszenica twarda (1,03%), również pozostałe z badanych gatunków charakteryzowała istotnie niższa zawartość tego składnika w porównaniu z pszenicą jednoziarnową. Poziom agrotechniki nie wpłynął istotnie na wartość tej cechy. Nastąpiła natomiast interakcja pomiędzy poziomem agrotechniki a gatunkami. Pszenica twarda zareagowała spadkiem tego składnika pod wpływem wysokiej agrotechniki, natomiast pozostałe gatunki nie wykazały istotnych zmian. Zawartość tłuszczu surowego wahała się w granicy od 0,92 % (pszenica zwyczajna) do 1,76 % (pszenica jednoziarnowa). Wszystkie z badanych gatunków różniły się między sobą w sposób istotny. Poziom agrotechniki nie wpłynął na zawartość tłuszczu. Inne wyniki uzyskał Grela (1996) który w swoich badaniach wykazał wzrost zawartość tłuszczu pod wpływem wyższej agrotechniki. O wartości pokarmowej w dużej mierze decyduje zawartość włókna surowego. W badaniach własnych największą zawartością włókna charakteryzowała się pszenica jednoziarnowa - 2,73%, istotnie niższą wartość tego składnika zanotowano u pozostałych gatunków, najniższą u pszenicy orkiszowej - 1,91%. Wysoki poziom agrotechniki wpłynął na wzrost zawartości włókna u pszenicy orkiszowej, spadkiem zareagowała pszenica zwyczajna. Natomiast niezależnie od gatunku wyższy poziom agrotechniki wpłynął na wzrost zawartości tego składnika. Zawartość węglowodanów w ziarnie badanych gatunków mieściła się w przedziale 76,1 do 85,1 %. Najniższą zawartością charakteryzowała się pszenica jednoziarnowa wszystkie pozostałe gatunki zawierały istotnie więcej tego składnika. WNIOSKI • Wysoki poziom agrotechniki niezależnie od gatunku wpłynął pozytywnie na zawartość białka i włókna w ziarnie. • Spośród porównywanych gatunków najwyższą zawartością wszystkich badanych składników wyróżniała się pszenica jednoziarnowa. 50 Wpływ poziomu agrotechniki na skład chemiczny… średnio Popiół Surowy średnio Białko Odmiana Poziom przeciętny Tonacja 10,2 11,3 10,8 1,07 1,04 1,05 Komnata 11,8 12,1 12,0 1,11 0,96 1,03 Poziom wysoki Poziom przeciętny Poziom wysoki Schwabenkorn 13,0 16,2 14,6 1,24 1,29 1,27 Monococcum 17,0 18,7 17,8 1,55 1,64 1,59 1,05 Średnio 13,0 14,6 1,24 1,23 NIR dla gatunku a- 0,98 a- 0,071 Poziomu agrotechniki b- 0,73 b- r.n interakcja a*b - 1,71 a*b - 0,134 Odmiana Poziom przeciętny Poziom wysoki Tonacja 85,5 84,8 85,1 średnio Włókno Surowe średnio Węglowodany Poziom przeciętny Poziom wysoki 2,22 1,98 2,10 Komnata 83,9 83,5 83,7 2,21 2,23 2,22 Schwabenkorn 82,8 79,0 80,9 1,67 2,15 1,91 76,1 2,73 Monococcum 77,0 75,2 Średnio 82,3 80,6 Odmiana 2,67 2,79 2,19 2,29 a- 3,96 a- 0,134 b- r.n b- 0,081 a*b - r.n a*b - 0,187 Tłuszcz surowy Poziom przeciętny Poziom wysoki średnio Tonacja 0,97 0,87 0,92 Komnata 1,03 1,13 1,08 Schwabenkorn 1,36 1,35 1,35 Monococcum 1,80 1,72 1,76 Średnio 1,29 1,27 0,92 a- 0,072 b- r.n a*b- r.n Tab. 2. Skład chemiczny ziarna wybranych gatunków pszenicy (% s.m.) 51 Małgorzata Czubacka, Leszek Rachoń LITERATURA Gąsiorowski H. 2004. Składniki mineralne [w: Pszenica chemia i technologia]. Red. H. Gąsiorowski. PWRiL, Poznań: 204–208. Grela E. R. 1996. Nutrient composition and content of antinutritiond factors in spelt (Triticum spelta L.) cultivars. J. Sci. Food Agric. 71 (3): 399-404. Grzesiuk S., Kulka L. 1988. Białka [w: Biologia ziarniaków zbóż]. PWN,Warszawa: 189–210. Hołubowicz-Kliza G. 2008. Uprawa orkiszu. Wyd. IUNG, Puławy. Nowak W., Zbroszczyk T., Kotowicz L. 2004. Wpływ intensywności uprawy na niektóre cechy jakościowe ziarna odmian pszenic. Pam. Puł., 135: 199-21. Oleksy A., Szmigiel A., Kołodziejczyk M. 2008. Wpływ intensywnościuprawy na zawartość i plon białka pszenicy ozimej. Acta Sci. Pol., Agricultura 7(1): 47-56. Rachoń L., Szumiło G., 2002. Plonowanie i jakość niektórych polskich i zagranicznych odmian i linii pszenicy twardej (Triticum durum Desf.). Pam. Puł. 130: 619-624. Rachoń L., Szumiło G. 2006. Plonowanie a opłacalność uprawy pszenicy twardej (Triticum durum Desf.). Pam. Puł., 142: 404-409. Sułek A., Podolska G. 2006. Kształtowanie się cech jakościowych ziarna pszenicy ozimej pod wpływem herbicydów. Progres in Plant Protection, 46 (2): 300-304. Suwara I., Lenart S., Gawrońska-Kulesza A 2007. Wzrost i plonowanie pszenicy ozimej po 50 latach zróżnicowanego nawożenia i zmianowania. Acta Agroph., 10(3): 695-704. Wiwart M., Perkowski J. 2005. Dawniej uprawiane pszenice stają się znów atrakcyjne. Przegląd Zbożowo-Młynarski 10: 5-7. Woźniak A. 2009. Plonowanie i jakość ziarna pszenicy twardej odmiany Floradur w różnych systemach uprawy roli. Acta Agroph., 14(2): 515-526. Strony internetowe: www.wheatworld.org, www.ihar.edu.pl, www.fao.org Adres do korespondencji: Małgorzata Katarzyna Czubacka Katedra Szczegółowej Uprawy Uniwersytet przyrodniczy w Lublinie e-mail: [email protected] Opiekun naukowy: dr hab. Leszek Rachoń prof. UP Lublin, PWS Chełm 52 Marta Ćwiertniewska Monika Białkowska EPISTEME 15/2012 s.53-58 ISSN 1895-4421 ANALIZA WYBRANYCH CECH PLONOTWÓRCZYCH PSZENŻYTA JAREGO W WARUNKACH SIEWU CZYSTEGO I MIESZANEGO THE ANALYSIS OF CHOSEN YIELD-RELATED TRAITS OF SPRING TRITICALE IN TERMS OF PURE AND MIXED SOWING Abstrakt. Badania przeprowadzono w stacji doświadczalnej Katedry Szczegółowej Uprawy Roślin w Pawłowicach w latach 2010-2011, a ich celem było określenie wpływu wysiewu mieszanego na cechy plonotwórcze pszenżyta jarego. Mieszanki wysiewane były w czterech powtórzeniach na poletkach o powierzchni 15 m2 według schematu doświadczenia. Doświadczenie założono na glebie lekkiej, zaliczanej do V klasy bonitacyjnej. Oznaczono wysokość roślin, długość kłosa, długość liścia flagowego, liczbę i masę ziaren z 1 kłosa. W celu określenia wpływu struktury łanu na cechy plonotwórcze pszenżyta określono współczynniki korelacji dla różnego udziału pszenżyta w mieszance z łubinem wąskolistnym w postaci macierzy współczynników korelacji. Słowa kluczowe: pszenżyto jare, łubin wąskolistny, siew mieszany, korelacje Summary. The experiment was conducted at the experimental station belonging to the Department of Crop Production in Pawłowice in 2010-2011, and their aim was to determine the effect of mixed sowing on morphological traits of triticale. Mixtures were sown in four replications on plots with an area of 15 m2 according to the scheme of experience. The experiment was established on sandy soil, classified as V class. Plant height, spike length, flag leaf length, number and weight of grains of one ear were determined. Matrix of correlation coefficients for morphological traits of triticale in different triticale participation in a mixture with narrow-leaf lupine was determined. Key words: spring triticale, narrow-leaf lupine, mixed cropping, correlations 53 Marta Ćwiertniewska, Monika Białkowska WSTĘP In ne Au st ria C ze ch y ec ja hi ny Sz w C Li tw a 6 5 4 3 2 1 0 Po ls ka N ie m cy Fr an cj a Bi ał or uś Plon pszenżyta [Mt] Według danych FAOSTAT [2009] Polska jest czołowym producentem pszenżyta na świecie, (Rys. 1). Jednak w strukturze zasiewów na terenie Polski dominujące miejsce zajmuje pszenica, ponad dwukrotnie przewyższając wielkość produkcji pszenżyta [FAOSTAT 2009]. W roku 2010 według danych GUS zboża uprawiane na ziarno stanowiły 73% powierzchni zasiewów [Powszechny Spis Rolny 2010]. Rys. 1. Produkcja pszenżyta na świecie wg danych FAOSTAT (2009) Rosnąca dominacja zbóż w całkowitym areale upraw powoduje spadek udziału powierzchni upraw nie zbożowych. Jest to zjawisko niekorzystne ze względów ekologicznych i fitosanitarnych. Monokultura zbożowa prowadzi do nadmiernej eksploatacji naturalnych zasobów gleb oraz nagromadzenia patogenów powodując w efekcie spadek plonowania [Jończyk i in. 2007]. Można zapobiegać negatywnym skutkom monokultury wprowadzając do płodozmianu inne gatunki roślin uprawnych [Noworolnik 2000]. Sposobem na urozmaicenie upraw jest wprowadzanie mieszanek międzygatunkowych [Wiech i Kałmuk 2005]. Celem podjęcia badań było określenie wpływu różnego udziału pszenżyta w mieszance z roślina strączkową na wybrane cechy morfologiczne związane z plonem ziarna. MATERIAŁ I METODY Badania przeprowadzono w stacji doświadczalnej Katedry Szczegółowej Uprawy Roślin w Pawłowicach w latach 2010-2011, a ich celem było określenie wpływu siewu mieszanego na cechy plonotwórcze pszenżyta jarego. Mieszanki pszenżyta jarego odmiany Dublet z łubinem wąskolistnym odmiany Zeus były zróżnicowane pod względem udziału poszczególnych komponentów (Tab. 1). Obiektem kontrolnym był siew czysty pszenżyta. 54 Analiza wybranych cech plonotwórczych pszenżyta jarego... Liczba wysianych ziaren pszenżyta jarego Dublet na 1m2 400 320 240 160 80 - Liczba wysianych nasion łubinu wąskolistnego Zeus na 1 m2 20 40 60 80 100 Udział pszenżyta jarego [%] 100 80 60 40 20 0 Tab. 1 Liczba wysianych na 1 m2 ziaren pszenżyta jarego i łubinu wąskolistnego w mieszankach Mieszanki wysiewane były w czterech powtórzeniach na poletkach o powierzchni 15 m2 według schematu doświadczenia. Doświadczenie założono na glebie lekkiej, zaliczanej do V klasy bonitacyjnej. Przedsiewnie zastosowano nawożenie w dawkach: 30 kg·ha-1 N, 60 kg·ha-1 P2O5, 120 kg·ha-1 K2O, a w siewie czystym pszenżyto było nawożone dodatkową dawką 30 kg·ha-1 N w fazie strzelania w źdźbło. Dawki nawozów dobrano zgodnie z wytycznymi literaturowymi w odniesieniu do wyników analiz składu chemicznego gleby. Z każdego poletka na losowo wybranych 10 roślinach oznaczono wysokość roślin, długość kłosa, długość liścia flagowego, liczbę i masę ziaren z 1 kłosa. Wybrane cechy posłużyły do oceny aspektu agroekologicznego uprawy mieszanej, aby w pełni ocenić plonowanie pszenżyta w przyszłych opracowaniach uwzględnione zostaną obsada oraz masa tysiąca ziaren. WYNIKI W celu określenia wpływu struktury łanu na cechy plonotwórcze pszenżyta obliczono współczynniki korelacji dla różnego udziału pszenżyta w mieszance z łubinem wąskolistnym w postaci macierzy współczynników korelacji (Tab.2). Obliczenia wykazały, iż niezależnie od udziału pszenżyta w mieszance, występowała silna bądź bardzo silna korelacja dodatnia pomiędzy wysokością rośliny a długością liścia flagowego. Korelacją, której należało oczekiwać, jest również występująca we wszystkich mieszankach silna lub bardzo silna zależność dodatnia między masą i liczbą ziaren z jednego kłosa. W przypadkach udziału od 20 do 60 % pszenżyta w mieszance korelacje pomiędzy pozostałymi cechami dotyczą pojedynczych współczynników i nie wykazują silnej relacji. Natomiast wszystkie badane cechy prezentują silną lub bardzo silną zależność dodatnią gdy udział pszenżyta w mieszance wynosi 80%. Analogiczne wyniki uzyskano w przypadku siewu czystego pszenżyta. 55 Marta Ćwiertniewska, Monika Białkowska Udział pszenżyta [%] 20 40 60 80 100 Cecha Długość liścia flagowego Liczba ziaren z 1 kłosa Długość liścia flagowego Liczba ziaren z 1 kłosa Długość liścia flagowego Liczba ziaren z 1 kłosa Długość kłosa Długość liścia flagowego Masa ziaren z 1 kłosa Liczba ziaren z 1 kłosa Długość kłosa Długość liścia flagowego Masa ziaren z 1 kłosa Liczba ziaren z 1 kłosa Wysokość roślin Długość kłosa Długość liścia flagowego Masa ziaren z 1 kłosa 0,94*** 0,89** 0,95*** 0,96*** 0,81** 0,92*** 0,54* 0,81** 0,80** 0,80** 0,63* 0,79** 0,65* 0,89** 0,87** 0,76** 0,81** 0,80** 0,84** 0,99*** 0,84** 0,96*** 0,94*** 0,86** 0,89** 0,99*** Tab. 2. Istotne współczynniki korelacji pomiędzy wybranymi cechami morfologicznymi przy różnym udziale pszenżyta jarego w mieszance. * korelacja średnia (z przedziału 0,4-0,7) dla poziomu istotności 0,05. ** korelacja silna (z przedziału 0,7-0,9) dla poziomu istotności 0,05. *** korelacja bardzo silna (z przedziału 0,9 – 1,0) dla poziomu istotności 0,05 DYSKUSJA I WNIOSKI Prezentowane wyniki odnoszą się do zależności między cechami morfologicznymi przy zróżnicowanym udziale pszenżyta w mieszance. W przypadku większego udziału pszenżyta w mieszance cechy morfologiczne wykazują silną dodatnią korelację. Natomiast dodatek rośliny strączkowej, która odmiennym pokrojem zmienia strukturę łanu skutkuje współczynnikami korelacji o obniżonej sile zależności pomiędzy poszczególnymi cechami. Bardziej zagęszczony łan pszenżyta cechuje większa konkurencja o zasoby i dostęp do światła, co przekłada się na kształtowanie cech morfologicznych roślin. Kozdój i in. [2010] badając potencjał plonotwórczy jęczmienia jarego stwierdzili wysoce istotną zależność pomiędzy długością kłosa a liczbą ziarniaków w 1 kłosie i masą ziarniaków w 1 kłosie. Uzyskali oni także istotną dodatnią korelację między masą ziarniaków z 1 kłosa i liczbą ziarniaków z 1 kłosa. Wysoce istotną zależność między długością kłosa a ilością ziarniaków z 1 kłosa u pszenicy stwierdzili w swoich badaniach Ahmad i in. [2010]. W badaniach nad pszenicą ozimą przeprowadzonych przez Dubisa i Budzyńskiego [2006] stwierdzono iż, gęstość wysiewu wpływa na badane 56 Analiza wybranych cech plonotwórczych pszenżyta jarego... cechy plonotwórcze powodując spadek liczebności ziaren w kłosie wraz ze wzrostem zagęszczenia roślin. Również Kościelniak [1999] oraz Jarecki i Bobrecka-Jamro [2011] uzyskali zmniejszenie liczby ziaren w kłosie pod wpływem większej ilości siewu. Jednak Wesołowski i Kwiatkowski [2004] nie zaobserwowali istotnego statystycznie obniżenia liczby i masy ziarna w kłosie ze wzrostem gęstości siewu pszenicy jarej. Nawiązując do kształtowania się cech plonotwórczych w uprawach mieszanych z roślinami strączkowymi Kotecki i in. [2003] odnotowali spadek ilości i masy ziaren z jednego kłosa wraz ze wzrostem udziału pszenżyta w mieszance. Ignaczak i Andrzejewska [1997] zaobserwowali, że zboża uprawiane z roślinami strączkowymi plonują lepiej niż w siewie czystym. PODSUMOWANIE W przypadku wysiewów z 20, 40 i 60 % udziałem pszenżyta uzyskano zależność pomiędzy wysokością roślin i długością liścia flagowego oraz liczbą i masą ziaren z jednego kłosa. Natomiast gdy udział pszenżyta w mieszance wzrasta do 80 i 100 % wszystkie badane cechy są ze sobą skorelowane dodatnio. Podsumowując można stwierdzić iż, większe zagęszczenie łanu pszenżyta skutkowało wzrostem zależności pomiędzy cechami plonotwórczymi pszenżyta. W mieszankach o mniejszych udziałach pszenżyta wielkość cech generatywnych nie jest skorelowana z wielkością cech wegetatywnych roślin. LITERATURA Ahmad B. Khalil I.H. Iqbal M. Rahman H. 2010. Genotypic and phenotypic correlation among field components in bread wheat under normal and late plantings. Sarhad J. Agric. Vol. 26, no. 2: 259-265 Dubis B. Budzyński W. 2006. Reakcja pszenicy ozimej na termin i gęstość siewu. Acta Sci. Pol., Agricultura 5(2): 15-24 Food and agriculture organization of the United Nations – FAOSTAT, 2009, http:// faostat.fao.org/site/339/default.aspx (17.02.2012) Ignaczak S. Andrzejewska J. 1997: Rozwój i produktywność bobiku oraz zbóż w siewach jednogatunkowych lub mieszanych cz. I. rozwój roślin, Zesz. Probl. Post. Nauk Rol., 1997, 446: 355-363 Jarecki W. Bobrecka-Jamro D. 2011. Reaction of spring wheat cv. Parabola to diversified sowing density. Acta Sci. Pol., Agricultura 10(4): 79-86 57 Marta Ćwiertniewska, Monika Białkowska Jończyk K. Kuś J. Stalenga J. 2007. Produkcyjne i środowiskowe skutki różnych systemów gospodarowania, Probl. Inż. Rol., 1/2007: 13 – 21 Kościelniak W. 1999. Uprawa pszenicy ozimej przy małej ilości wysiewu. Pam. Puł. 118: 207-214 Kotecki A. Kozak M. Malarz W. 2003. Ocena przydatności odmian łubinu żółtego do współrzędnej uprawy z pszenżytem jarym, Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 495: 129-143 Kozdój J. Mańkowski D. Oleszczuk S. 2010, Analiza potencjału plonotwórczego linii podwojonych haploidów jęczmienia jarego. Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin, nr 256: 97-103 Noworolnik K. 2000. Mieszanki zbożowo-strączkowe w systemie rolnictwa zrównoważonego, Pamiętnik Puławski, 120: 325-329 Powszechny Spis Rolny 2010 - Uprawy rolne i wybrane elementy metod produkcji roślinnej, 2012, Główny Urząd Statystyczny, Warszawa Wesołowski M. Kwiatkowski C. 2004. Wpływ gęstości siewu na budowę łanu i plon ziarna pszenicy jarej. Annales Universitatis Mariae Curie-Skłodowska Lublin – Polonia vol. LIX, nr 2 Sectio E, 951-958 Wiech K. Kałmuk J. 2005. Uprawy współrzędne sposobem na zmniejszenie zużycia pestycydów. Ochrona środowiska naturalnego w XXI wieku, nowe wyzwania i zagrożenia. Fundacja na rzecz wspierania badań naukowych W.O., AR w Krakowie: 126-136 Adres do korespondencji: mgr inż. Marta Ćwiertniewska, mgr inż. Monika Białkowska Katedra Szczegółowej Uprawy Roślin Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu e-mail: [email protected] Zadanie współfinansowane przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 58 Krzysztof Dziedzic EPISTEME 15/2012 s.59-64 ISSN 1895-4421 ANALIZA PRZYDATNOŚCI ŁUSKI ZIARNA SŁODU DO CELÓW ENERGETYCZNYCH ANALYSIS OF THE SUITABILITY OF MALT GRAIN HUSK FOR ENERGY PURPOSES Abstrakt. W pracy przedstawiono analizę łuski ziarna słodu jako potencjalnego źródło biomasy na cele energetyczne. Celem pracy było określenie wartości opałowej, zawartości części lotnych, popiołu oraz wilgotności badanego materiału zaraz po procesie produkcji brzeczki piwnej. Wartość opałową określono przy użyciu kalorymetru, zawartość popiołu i części lotnych w piecu muflowym, a wilgotność przy użyciu suszarki komorowej. Dodatkowo zebrane wyniki zostały zestawione z innymi surowcami pochodzenia roślinnego przeznaczony na cele energetyczne. Wartość opałowa materiału w zależności od wilgotności kształtowała się na poziomie 10–15 MJ·kg-1, co wskazuje na to, że może być potencjalnym dodatkiem do produkcji brykietów pod warunkiem uzyskania wilgotności na poziomie 10-15%, zawartość popiołu wyniosła średnio 2,4%, a części lotnych 22,4%. Słowa kluczowe: biomasa, łuska ziarna słodu, wartość opałowa, popiół, części lotne Summary. The paper presents analysis of the suitability of malt grain husk for energy purposes. The aim of the paper was determine the calorific value, moisture and ash content and humidity of the test material after the wort production process. The calorific value determined using the calorimeter, the contents of ash and volatiles in a muffle furnace and the humidity using a chamber dryer. Additionally, the results were combined with other raw materials intended for energy purposes. The calorific value of the material depending on the humidity was at the level of 10–15 MJ·kg-1 which makes it a potential additive in the manufacture of briquettes, provided that the humidity level 10-15%. Ash content was at the level of 2,4% and the volatiles content 22,4%. Key words: biomass, malt grain husk, calorific value 59 Krzysztof Dziedzic WSTĘP Konieczność dostosowania się Polski do przyjętych przez Radę Europejską aktów prawnych, które określają ilość energii pozyskanej z odnawialnych źródeł w bilansie energetycznym kraju na poziomie 20% w roku 2020 [Pach i in. 2010], spowodowała wzrost zainteresowania wśród przedsiębiorców energią pozyskaną z biomasy, która w chwili obecnej stanowi dwie trzecie energii odnawialnej i bardzo prawdopodobne, że w przyszłości będzie odgrywać kluczową rolę w gospodarce energetycznej Europy [Pach i in. 2010]. W związku ze wzrostem zapotrzebowania biomasy na cele energetyczne 14 sierpnia 2008 roku Minister Gospodarki wydał rozporządzenie pozwalające na traktowanie ziarna zbóż jako odnawialne źródło energii z przeznaczeniem na spalanie [Dz.U.Nr 156, poz.969]. Właściwości fizykochemiczne biomasy powodują, że jest ona paliwem różniącym się od tradycyjnych paliw kopalnych spalanych w kotłach energetycznych. Co za tym idzie, przed wdrożeniem paliwa pochodzącego z biomasy, należy dokładnie ustalić jego parametry: wilgotność, wartość opałową, zawartość popiołu czy zawartość części lotnych [Więcławski 2010]. Ocena biomasy pod względem energetycznym wymaga zastosowania tych samych zasad, co przy ocenie paliw kopalnych [Winnicka i in. 2005]. Najważniejszym z parametrów ocenianych przy analizie możliwości wykorzystania biomasy na cele energetyczne jest wartość opałowa, wyznaczana dla materiału o danej wilgotności, która zmienia się wraz z okresem suszenia. Optymalna zawartość wilgoci dla biomasy przeznaczonej do spalania nie powinna przekraczać 15% [Kubica i in. 2003]. Celem pracy była analiza możliwości wykorzystania łuski ziarna słodu jako biomasy przeznaczonej na cele energetyczne, poprzez określenie właściwości energetycznych takich jak: wartość opałowa i ciepło spalania w zależności od wilgotności biomasy, części lotnych i popiołu. MATERIAŁ I METODY Materiał badawczy stanowiły świeże łuski ziarna słodu stanowiące produkt uboczny produkcji brzeczki piwnej, który w chwili obecnej jest używany głównie jako dodatek do paszy dla bydła. Materiał po wcześniejszym rozdrobnieniu został poddany analizie na zawartość wilgoci, a następnie oznaczono jego wartość opałową, zawartość popiołu i części lotnych. W tym celu wykorzystano stanowisko laboratoryjne wyposażone w następujące urządzenia: suszarkę konwekcyjną ECLON, kalorymetr KL-12, piec muflowy SNOL, wagę analityczną. 60 Analiza przydatności łuski ziarna słodu… Wilgotność materiału została wyznaczona wg PN-80/G-04511 za pomocą metody suszarkowej, poprzez suszenie próbki paliwa w suszarce komorowej ECLON z termostatyczną regulacją temperatury w temperaturze 105 [°C] w czasie 90 minut. Następnie naczynie zostało wyjęte i umieszczone w estykatorze, po ochłodzeniu zważone na wadze analitycznej. Suszenie powtarzano, do uzyskania stałej masy próbki z dokładnością ±0,0010 g. Do oznaczenia wilgotności stosowano paliwo rozdrobnione do frakcji poniżej 0,2[mm] w ilości ok. 1[g]. Oznaczenie zawartości popiołu zostało wykonane wg PN-81/G-04512 przy użyciu pieca muflowego. Zawartość popiołu została oznaczona poprzez prażenie do stałej masy, w temperaturze 815 ± 15 [°C], porcji pobranej z kilku miejsc właściwej próbki analitycznej. Porcję o masie 1 [g] zważono z dokładnością do 0,0002 [g] wraz z uprzednio wyprażonym i wytarowanym naczyniem. Następnie umieszczono ją w piecu muflowym. W metodzie powolnego spopielania, po umieszczeniu naczynia w piecu muflowym, rozgrzewa się go stopniowo tak, aby po ok. 60-80 minutach osiągnął temperaturę 815 ± 15 [°C]. W tej temperaturze naczynie prażone było przez 90 minut. Następnie naczynie wyjęto, ochłodzono do temperatury pokojowej i zważono przy użyciu wagi analitycznej. Oznaczenie zawartości części lotnych zostało wykonane wg PN-81/G-04516. Analizę zawartości części lotnych w paliwach stałych przeprowadzono przez prażenie odważki pobranej z próbki analitycznej w temperaturze 850 ± 15 [°C] przez 7 minut bez dostępu powietrza. Odważkę o masie 1[g] umieszczono w wyprażonym i wytarowanym porcelanowym tyglu z doszlifowaną pokrywką i zważono z dokładnością do 0,0002 [g]. Odważkę pokryto wyprażonym piaskiem kwarcowym o masie 3÷4[g]. Zamknięty pokrywką tygiel umieszczono w podstawie eksykatora. Całość została wprowadzona do pieca muflowego nagrzanego do temperatury 850 ± 15 [°C]. Po upływie 7 minut od chwili zamknięcia pieca podstawkę z tyglami wyjęto i ochłodzono do temperatury pokojowej – początkowo na powietrzu, później przy użyciu eksykatora. Po ostudzeniu tygiel został zważony z dokładnością do 0,0002 [g]. Ciepło spalania zostało wyznaczone metodą kalorymetryczną zgodnie z normami PN–81/G–04515 i PN–ISO 1928. Oznaczenie zostało przeprowadzone na odważce o masie1 ± 0,1 [g] umieszczonej w bombie kalorymetrycznej w postaci sprasowanej pastylki. Zapłon próbki dokonany został za pomocą stalowego drutu o średnicy 0,1 [mm] wprasowanego w pastylkę. Wartość opałowa została obliczana za pomocą programu komputerowego sterującego pracą kalorymetru (zgodnego z normami PN – 80 / G – 04511 oraz PN – ISO 1928). Wilgotność wraz z popiołem stanowią balast paliwa. Jego zawartość zmniejsza udział masy organicznej w paliwie, w związku z czym ze wzrostem zawartości balastu maleje wartość opałowa paliwa roboczego [Kostrzewski i Rabiega 1981]. 61 Krzysztof Dziedzic WYNIKI I DYSKUSJA Wyniki badania łuski ziarna słodu zostały zestawione w porównaniu z wynikami badań zbóż (owies, jęczmień, pszenica). Świeża łuska ziarna słodu charakteryzuje się wilgotnością na poziomie 74 – 76 %, co czyni ją nieprzydatną do celów energetycznych bez wcześniejszego suszenia do wilgotności poniżej 15%. Poniższe tabele przedstawiają zawartość popiołu oraz wartość opałową badanego materiału zestawione dla porównania z ziarnami owsa, jęczmienia i pszenicy przy danej wilgotności (Tab. 1, 2). Badana biomasa Łuska ziarna słodu Owies [Mółka, Łapczyńska 2011] Pszenica [Mółka, Łapczyńska 2011] Jęczmień [Mółka, Łapczyńska 2011] Wilgotność [%] 10,2 10,5 10,4 10,9 Zawartość popiołu [%] 2,35 2,37 1,92 2,92 Tab. 1. Zawartość popiołu w łusce ziarna słodu oraz w wybranych zbożach. Źródło: opracowanie własne Badany materiał Łuska ziarna słodu Owies (Mółka, Łapczyńska 2011) Pszenica (Mółka, Łapczyńska 2011) Jęczmień (Mółka, Łapczyńska 2011) Wilgotność [%] 10,2 10,5 10,4 10,9 Wartość opałowa [kJ·kg-1] 14422 16596 15471 15249 Tab. 2. Wartość opałowa badanego materiale oraz porównywanych ziaren zbóż. Źródło: opracowanie własne Na podstawie wyników badań wartości opałowej wykonano wykres zależności wartości opałowej badanego materiału od wilgotności (Rys. 1). Wyniki badań wartości opałowej aproksymowano prostą uzyskując bardzo wysoki współczynnik determinacji (R2=0,94), co świadczy o bardzo dobrym dopasowaniu modelu do uzyskanych wyników. Jest to model empiryczny, opisany następującym równaniem: W = -187.5w + 16299, Gdzie: W – wartość opałowa [kJ·kg-1], w – wilgotność [%] Wyraz wolny w modelu jest ciepłem spalania badanego materiału. Wartość ta pokrywa się z jego średnią wartością uzyskaną w badaniach. 62 Analiza przydatności łuski ziarna słodu… Rys. 1. Zależność wartości opałowej łuski ziarna słodu od wilgotności. Źródło: opracowanie własne Analiza właściwości energetycznych łuski ziarna słodu, jako pozostałości z procesu browarniczego, wykazała, że wartość opałowa badanego materiału przy danej wilgotności jest zbliżona do wartości opałowej zbóż przy podobnej wilgotności i wynosi ok. 15 MJ·kg-1. W zakresie wilgotności 10-20% wartość opałowa badanego materiału zawiera się w granicach 12 -14 MJ·kg-1 dzięki czemu może z powodzeniem być stosowany jako dodatek przy produkcji peletów czy brykietów. Zawartość popiołu w przypadku badanego materiału osiąga wartość 2,35% co jest analogiczne jak dla ziaren zbóż, jednocześnie znacznie mniejsza od zawartości popiołu dla większości węgli (15-20%) [Ściążko i in. 2006]. Dodatkowo dla łuski ziarna słodu została określona zawartość części lotnych wynosząca średnio 22,4%. Dla porównania drewno charakteryzuje się zawartością części lotnych na poziomie 70-80%, natomiast dla węgli wartość ta zawiera się w przedziale 30-60% (wartości niższe są charakterystyczne dla węgla kamiennego natomiast wyższe dla węgla brunatnego). PODSUMOWANIE I WNIOSKI Metodyka oraz stanowisko badawcze wykorzystane przy ocenianiu możliwości energetycznych badanego materiału może być z powodzeniem wykorzystane do badania innych materiałów pochodzenia roślinnego z przeznaczeniem na cele energetyczne. Badanie pokazuje, że łuska ziarna słodu może z powodzeniem być stosowana jako potencjalne źródło energii mimo, iż jej wartość opałowa, przy tej samej wilgotności, jest mniejsza niż wartość opałowa porównywanych ziaren zbóż. Łuska ziarna słodu może być stosowana również jako dodatek do brykietów czy peletów w formie lepiszcza, jeśli zachowana będzie wilgotność na poziomie ok. 20%, co poprawi jakość komprymacji biomasy. Wytworzone w taki sposób brykiety czy pelety charakteryzują się dużą koncentracją energii. Na podstawie otrzymanych wyników sformułowano następujące wnioski: 63 Krzysztof Dziedzic • wartość opałowa badanego materiału wynosi 10–15 MJ·kg-1 w zakresie wilgotności 10 – 30%, jest ona nieznacznie niższa niż wartość opałowa porównywanych ziaren zbóż, • zawartość popiołu wynosi 2,35% i jest porównywalna z zawartością popiołu ziarna owsa, pszenicy i jęczmienia, • zawartość części lotnych wynosi 22,4%, • wilgotność świeżego materiału zawiera się w granicach 74-76%, co uniemożliwia wykorzystanie materiału na cele energetyczne bezpośrednio po wytworzeniu bez wcześniejszego kondycjonowania. LITERATURA Dz.U. Nr 156, poz.969, Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 14 sierpnia 2008r Kostrzewski T., Rabiega M. 1981. Paliwa [W:] Pomiary cieplne i energetyczne. Mieszkowski M. (red.). Wyd. Naukowo-Techniczen Warszawa Kubica K., Sciążko M., Rainczak J. 2003. Wspólspalanie biomasy z węglem. Polityka Energetyczna. Wyd. Instytutu GSMiE PAN, Kraków. Zeszyt specjalny t. 6. s. 297-307 Mółka J., Łapczyńska-Kordon B. 2011. Właściwości energetyczne wybranych gatunków biomasy. Inżynieria Rolnicza. Nr 6 (131). s. 141-147 Pach M., Kołodziej Z., Bartkowicz L. 2010. Plantacje roślin energetycznych [W:] Produkcja biomasy na cele energetyczne. Frączek J. (red.). Wyd. PTIR Kraków. Ściążko M., Zuwała J., Pronobis M., 2006 – Zalety i wady współspalania biomasy w kotłach energetycznych na tle doświadczeń eksploatacyjnych pierwszego roku współspalania biomasy na skalę przemysłową. Energetyka, s. 207–220 Więcławski A. 2010. Parametry energetyczne biomasy malwy pensylwańskiej – zrębki. BIOTEK Winnicka G., Tramer A., Swieca G. 2005. Badanie właściwości biomasy do celów energetycznych. IChPW. Zabrze. Maszynopis Adres do korespondencji: Krzysztof Dziedzic Wydział Inżynierii Produkcji i Energetyki, Katedra Inżynierii Mechanicznej i Agrofizyki Uniwersytet Rolniczy w Krakowie e-mail: [email protected] Opiekun naukowy: dr hab. inż Bogusława Łapczyńska-Kordon 64 Paweł Frąk Agnieszka Klimek - Kopyra EPISTEME 15/2012 s.65-72 ISSN 1895-4421 DYNAMIKA WZROSTU I WYBRANE CECHY BIOMETRYCZNE SORGA CUKROWEGO (SORGHUM SACCHARATUM) DYNAMICS OF GROWTH AND SOME BIOMETRIC FEATURES SWEET SORGHUM (SORGHUM SACCHARATUM) Abstrakt. Przedmiotem jednorocznego doświadczenia przeprowadzonego w 2007 była odmiana sorga cukrowego (Sorghum saccharatum) - Sucrosorgo 506. Celem pracy było określenie dynamiki wzrostu i ocena zachowania się wybranych cech biometrycznych roślin sorga w okresie wegetacyjnym. Cotygodniowe pomiary biometryczne pozwoliły zaprezentować kształtowanie się i rozwój liści, blaszek liściowych, międzywęźli a także całych roślin oraz pokazanie współzależności pomiędzy tymi elementami. Słowa kluczowe: sorgo cukrowe, dynamika wzrostu, zielona masa Summary. The subject of one-year experiment conducted in 2007 was a variant of sweet sorghum (Sorghum saccharatum) - Sucrosorgo 506. The aim of this study was to assess their growth and behavior of selected biometric sorghum plants during the growing season. Allowed biometric weekly measurements show the formation and development of leaves, leaf plates, and internodes of whole plants and to show the relationships between these elements. Key words: sweet sorghum, growth dynamics, green mass 65 Paweł Frąk, Agnieszka Klimek – Kopyra WSTĘP Ocieplenie klimatu ma decydujący wpływ na wielkość i rozkład opadów, częstotliwość pojawiania się burz i ich intensywność, a także występowanie suszy [Farre i Faci 2006]. Zmiany klimatyczne mogą mieć wpływ na zubożenie składu gatunkowego drzewostanu, flory obszarów podmokłych, ale także roślin rolniczych uprawianych w Europie. [Pompe i in 2008, Wilfried i in. 2005]. Pogarszające się warunki pogodowe „zmuszają” do prowadzenia badań nad doborem roślin uprawnych, komplementarnych lub alternatywnych wobec gatunków nietolerancyjnych na czynniki stresowe [Piskier 2006, Elfadel i in. 2005, Amelchanka i in. 2009 ]. Do grupy roślin odpornych zarówno na stres termiczny jak i wodny należą gatunki z rodzaju Sorghum. Jednym z najważniejszych gatunków jest sorgo cukrowe /Sorgum saccharatum/. Gatunek ten wyróżnia się wielokierunkowym wykorzystaniem. W krajach tropikalnych może być uprawiany na ziarno, zaś w Europie czy w Kanadzie, ze względu na wysoki potencjał produkcyjny zielonej masy, uprawiany jest z przeznaczeniem na paszę dla zwierząt, produkcję bioetanolu, alkoholu i papieru. Plon i jakość sorga w znacznym stopniu uzależniony jest od rodzaju gleby [Röhricht i Zander 2009], pH i nawożenia stanowiska uprawy [Zielewicz i Kozłowski 2008, Sowiński 2009] oraz stosowania odpowiednich środków ochrony roślin [Kaczmarek i in. 2009]. Wartość pokarmowa świeżej masy całych roślin sorga stanowi 60-70 % wartości pokarmowej kukurydzy [Sowiński, Liszka-Podkowa 2008]. Nie jest zatem trafnym zaliczenie sorga do grupy roślin alternatywnych dla kukurydzy. Śmiało natomiast można uznać sorgo jako roślinę komplementarną wobec roślin kukurydzy. Na udział blaszek liściowych będących źródłem przede wszystkim białka oraz łodyg stanowiących o zawartości cukrów w zielonce wpływ, choć statystycznie nieistotny, ma tempo przyrostu zielonej masy [Zielewicz i Kozłowski 2008, Sowiński 2009]. Celem pracy było określenie dynamiki wzrostu i ocena zachowania się wybranych cech biometrycznych roślin Sorgo saccharatum w okresie wegetacyjnym. Jednoroczne badania własne pozwoliły zrealizować założony cel. MATERIAŁ I METODY Doświadczenie polowe realizowano w roku 2007 na czarnoziemie zdegradowanym o składzie granulometrycznym pyłu zwykłego, wytworzonym z lessu, zaliczanym do kompleksu pszennego bardzo dobrego i I klasy bonitacyjnej, wykazującym wysoką zasobność w przyswajalny fosfor i magnez, średnią w potas oraz lekko kwaśny odczyn. Przedmiotem badań było sorgo cukrowe – odmiana Sucrosorgo 506, wysiane na 66 Dynamika wzrostu i wybrane cechy biometryczne sorga cukrowego… przełomie pierwszej i drugiej dekady maja w ilości 30 szt·m2. Nawożenie azotem wykonano pogłównie w ilości 160 kg·ha-1. Nawożenie fosforem i potasem zastosowano w dawkach 80 kg P2O5·ha-1 i 120 kg K2O·ha-1 . Ze względu na brak zarejestrowanych środków przeznaczonych do ochrony badanych roślin, nie stosowano żadnych pestycydów. W początkowych fazach rozwoju w miarę potrzeby wykonywano ręcznie pielenie. Przez cały okres wegetacji w odstępach 1-2 tygodniowych dokonywano pomiarów długości blaszek i pochew liściowych, długości i liczby międzywęźli oraz wysokości roślin, a także obserwowano współzależności pomiędzy badanymi cechami. Pomiary wykonywano na losowo wybranych, przed pierwszym pomiarem piętnastu roślinach sorga. Ostatni pomiar wykonano pod koniec drugiej dekady września tj. tydzień przed zbiorem roślin. WYNIKI W roku 2007 w okresie od maja do września zarówno suma opadów jak i średnia temperatura powietrza były wyższe w stosunku do średniej wieloletniej. Wyższe temperatury powietrza w trzeciej dekadzie kwietnia i w pierwszej dekadzie maja pozwoliły wysiać sorgo w odpowiednio nagrzaną glebę. Utrzymujące się stosunkowo wysokie temperatury w maju i w czerwcu oraz stanowiące 73,5 % średniej wieloletniej opady w czerwcu spowolniły wschody roślin. Niewielki wzrost opadów na przełomie czerwca i lipca zdecydowanie przyczynił się do ich znacznego wzrostu (Rys. 1). Utrzymujący się przez kilka kolejnych dni okres suszy nie przyhamował rozwoju roślin. Stopniowo wzrastające ilości opadów w trzeciej dekadzie lipca i w sierpniu, a także wyższe o ok. 3 oC w stosunku do trzydziestolecia temperatury sierpnia wpłynęły pozytywnie na systematyczny wzrost roślin. Spadek temperatur w drugiej dekadzie września i ponad trzykrotnie wyższe w stosunku do wielolecia opady nie miały większego wpływu na wzrost roślin, które w większości już na początku września osiągnęły swoją optymalną wysokość. Rok 2007 Miesiąc / Temperatura [o C] IV V VI VII VIII IX 9,4 15,3 18,4 19,4 21,8 12,4 Średnia z 30-lecia 8,1 13,7 16,5 18,2 17,9 13,4 2007 15,2 56,5 58,8 71,7 124,9 212,8 Średnia z 30-lecia 50,2 65,3 80,0 74,9 78,5 64,5 Opady [mm] Tab. 1 Rozkład średnich miesięcznych temperatur powietrza [o C] i miesięcznych sum opadów [mm] w okresie wegetacji 67 400 90 350 80 70 300 60 250 50 200 40 150 30 100 20 50 10 0 Tempo przyrostu roślin (%) Wyskość roślin (cm) Paweł Frąk, Agnieszka Klimek – Kopyra 0 26.06 12.07 19.07 26.07 2.08 9.08 16.08 23.08 30.08 6.09 13.09 20.09 Termin pomiarów w odstępach 1-2 tygodniowych Wy skość roślin Temp o p rzy rostu Rys. 1. Dynamika wzrostu roślin sorga w okresie wegetacji Długość blaszki liściowej (cm) Pierwszych pomiarów długości blaszek i pochew liściowych dokonano, gdy większość roślin wykształciła trzeci liść. Wykonując raz w tygodniu pomiary przez większość okresu wegetacyjnego dla sorga zauważono, że od momentu, gdy roślina osiąga fazę 3-4 liści wykształca każdy kolejny liść, aż do drugiej dekady sierpnia, średnio raz na tydzień (Rys. 4). Najkrótszą żywotnością, ok. 2-3 tygodni, wykazały się pierwsze trzy liście (Rys. 2). Kolejne dwa liście swoją aktywność wykazywały przez około 3-4 tygodnie, zaś szósty liść u większości obserwowanych roślin, zasychał po ponad 4 tygodniach. Najdłużej pełniącym funkcję, jako organ asymilacyjny, okazał się wykształcony w dziesiątym tygodniu wegetacji siódmy liść (Rys. 3). Na roślinie utrzymywał się aż do zbioru roślin. 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Liść 1 Liść 2 Liść3 26.06 12.07 19.07 Data pomiaru Rys. 2. Kształtowanie się długości blaszek liściowych u poszczególnych liści U wszystkich liści zauważono do pewnego momentu rozwoju wydłużanie się blaszki liściowej, po czym następowało jej nieodwracalne kurczenie się. W większości przypadków spowodowane to było naturalnym zamieraniem blaszki liściowej. Liczba międzywęźli u roślin sorga wynosiła przeciętnie 10-11. Pierwsze cztery międzywęźla znajdujące się w dolnej części pędu były najkrótsze. 68 Dynamika wzrostu i wybrane cechy biometryczne sorga cukrowego… Pomiędzy długością kolejnych czterech nie zauważono istotnej różnicy. Od drugiej dekady sierpnia przez okres 4 tygodni zaobserwowano stopniowe wydłużanie każdego kolejnego międzywęźla, na co wpływ mogły mieć stosunkowo duże opady i wysokie temperatury (Rys. 5). Długość blaszki liściowej (cm) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Liść 4 Liść 5 Liść 6 Liść 7 19.07 26.07 2.08 9.08 16.08 23.08 30.08 6.09 13.09 Data pomiaru Rys. 3. Kształtowanie się długości blaszek liściowych u poszczególnych liści Długość blaszki liściowej (cm) 90 85 80 75 Liść 8 70 Liść 9 65 2.08 9.08 16.08 23.08 30.08 6.09 Liść 10 13.09 Data pomiaru (cm) Rys. 4. Kształtowanie się długości blaszek liściowych u poszczególnych liści 90 80 70 60 50 40 30 20 M iędzywęźle 10 Blaszka liściowa 0 26.06 12.07 19.07 26.07 2.08 9.08 16.08 23.08 30.08 6.09 13.09 Data pomiaru Rys. 5. Współzależność pomiędzy rozwojem blaszek liściowych i międzywęźli Od wykonania pierwszego pomiaru, gdy rośliny osiągnęły fazę trzeciego liścia stwierdzono zależność między długością blaszki liściowej, a wysokością 69 Paweł Frąk, Agnieszka Klimek – Kopyra (cm) rośliny. W miarę wzrostu rośliny każdy kolejny liść osiągał długość większą od poprzedniego. Zależność tę obserwowano do trzeciej dekady sierpnia. Podczas dwóch następnych pomiarów zauważono nieznaczne zmniejszanie się długości liści. Od początku września pomimo ciągłego wzrostu roślin blaszki liściowe u najmłodszych liści zmniejszały swoją długość (Rys. 6). 400 350 300 250 200 150 100 Blaszka liściowa 50 Wysokość roślin 0 26.06 12.07 19.07 26.07 2.08 9.08 16.08 23.08 30.08 6.09 13.09 20.09 Data pomiaru Rys. 6. Współzależność pomiędzy wysokością rośliny, a długością blaszek liściowych Przez początkowe fazy rozwoju roślin zauważono pewną zależność zachodzącą pomiędzy rozwojem międzywęźli i blaszek liściowych. Stopniowe wydłużanie się kolejnych międzywęźli wpływało na długość blaszek liściowych. Jednak przez większość okresu wegetacji w czasie prowadzenia doświadczenia nie zaobserwowano jednoznacznych zależności pomiędzy długością międzywęźli, a długością blaszek liściowych (Rys. 5). W ostatnich dwóch tygodniach przed zbiorem zasychanie, a tym samych kurczenie się blaszek liściowych szło w parze z nieznacznym kurczeniem się międzywęźli. DYSKUSJA I WNIOSKI Warunki pogodowe w sezonie wegetacyjnym sprzyjały rozwojowi sorga. Wyższe od średnich wieloletnich temperatury i stosunkowo wysokie opady prawdopodobnie wpłynęły na wysokość roślin, jak również kształtowanie się cech biometrycznych. Wysokość roślin kształtowała się do końca okresu wegetacyjnego. Rośliny w ostatnim tygodniu rozwoju osiągnęły średnią wysokość 337 cm. Wpływ współdziałania temperatury z opadami na wysokość roślin i plon zielonej masy potwierdzają Sowiński [2009], który zanotował maksymalną wysokość roślin sorga na poziomie 270 cm i Zielewicz i Kozłowski [2008]. 70 Dynamika wzrostu i wybrane cechy biometryczne sorga cukrowego… Zastosowana w doświadczeniu wysoka dawka azotu, mogła mieć wpływ na wzrost udziału liści w strukturze całych roślin, przy zmniejszającym się udziale łodyg [Sowiński 2009]. Wyniki przeprowadzonego doświadczenia poświadczają tezę na temat żywotności liści na roślinach zbożowych. Większość liści wykazywała swoją aktywność asymilacyjną maksymalnie przez 30 dni. Ich zasychanie nie było bynajmniej efektem porażenia przez choroby i szkodniki, lecz następowało w wyniku naturalnego zamierania. Liście wyrastające z wyżej położonych węzłów swoją żywotność zachowywały przez znacznie dłuższy okres. LITERATURA Amelchanka S.L., Brand D., Kälber T., Kreuzer M. und Leiber F. 2009. Buchweizen: eine Futterpflanze für Milchkühe? Tiergesundheit und Tierernährung: Perspektiven der Tierernährung: 166-167 Elfadel E. Y., Reinbrecht C., Claupein W., Witzke-Elbrecht S. 2005. Potential des Anbaus von Saflor (Carthamus tinctorius L.) unter den Bedingungen des Ökologischen Landbaus in Mitteleuropa. Gemüse, Kräuter, Sonderkulturen. 77-78. Farre I. Faci J. M. 2006. Comparative response of maize /Zea mays L./ and sorghum / Sorghum bicolor L. Moench/ to deficit irrigation in a Mediterranean environment. Agric. Water Mang. 8(3): 135-143. Kaczmarek S., Matysiak K., Krawczyk R. 2009. Badania nad chemicznym odchwaszczaniem sorga zwyczajnego /Sorghum vulgare PERZ./. Acta Sci. Pol., Agricultura 8(1): 27-35. Piskier T. 2006. Nakłady robocizny i koszty uprawy topinamburu. Inżynieria Rolnicza 11: 359-365. Pompe S, Hanspach J, Badeck F, Klotz S, Thuiller W, Kühn I. 2008. Climate and land use change impacts on plant distributions in Germany. Biol Lett. 4(5): 564. Röhricht Ch., Zander D. 2009. Anbautechnik Sorghumhirsen. Landesamtes für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie. Schriftenreihe, Heft 36/2009. Sowiński J. 2009. Porównanie plonowania kukurydzy i sorga cukrowego pod wpływem zróżnicowanych dawek nawożenia azotem. Pam. Puł. 151: 649-660. Sowiński J. Liszka-Podkowa A. 2008. Wielkość i jakość plonu świeżej i suchej masy kukurydzy /Zea mays L./ oraz sorga cukrowego /Sorghum bicolor L. Moench/ na glebie lekkiej w zależności od dawki azotu. Acta Sci. Pol., Agricultura 7(4): 105-115. Wilfried Thuiller, Sandra Lavorel, Miguel B. Araújo, Martin T. Sykes and I. Colin Prentice. 2005. Climate change threats to plant diversity in Europe. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 102(23): 8245–8250. 71 Paweł Frąk, Agnieszka Klimek – Kopyra Zielewicz W. Kozłowski S. 2008. Ograniczenie nawożenia a skład chemiczny sorga cukrowego. Łąkarstwo w Polsce, 11: 223-235. Adres do korespondencji: Paweł Frąk, Agnieszka Klimek-Kopyra Instytut Produkcji Roślinnej, Zakład Szczegółowej Uprawy Roślin Uniwersytet Rolniczy w Krakowie e-mail: [email protected] Opiekun naukowy: Prof. dr hab. Aleksander Szmigiel 72 Anna Gał, Iwona Kozikowska Katarzyna Suprewicz, Magdalena Czajkowska EPISTEME 15/2012 s.73-81 ISSN 1895-4421 ZAWARTOŚĆ RTĘCI W ZBIORNIKU WODNYM I WYBRANYCH ORGANIZMACH Z RÓŻNYCH POZIOMÓW TROFICZNYCH THE CONTENT OF MERCURY IN FRESHWATER RESERVOIR AND CHOSEN ORGANISMS FROM DIFFERENT LEVELS OF THE TROPHIC CHAIN Abstrakt. Prezentowane badania dotyczyły oceny zawartości rtęci w wodzie, osadzie dennym oraz wybranych organizmach z różnych poziomów troficznych – zrostnicy (Zygnema sp.), żabieńcu babce wodnej (Alisma plantago-aquatica), ośliczce (Asellus aquaticus), a także raku amerykańskim (Orconectes limosus) i jego narządach. Materiał do badań pochodził ze zbiornika w miejscowości Woźniki (50°37′31″N 19°03′52″E) w woj. Śląskim. Wodę i osad denny pobierano z trzech wyznaczonych w nim stanowisk, o odmiennych warunkach mikrośrodowiskowych. Zawartość rtęci oznaczana była za pomocą atomowej spektrofotometrii absorpcyjnej z techniką zimnych par (CVAAS). Zawartość rtęci w wodzie była znacznie niższa niż w osadzie dennym, przy czym wykazano istotne statystycznie różnice pomiędzy stężeniem rtęci w osadzie pobranym z różnych stanowisk tego samego zbiornika. Nie stwierdzono takich różnic w wodzie powierzchniowej. Najwyższe stężenie rtęci odnotowano w organizmie ośliczki, choć różnice w stosunku do jej zawartości u żabieńca babki wodnej statystycznie nie są istotne. Najniższe stężenie rtęci stwierdzono u zrostnicy. W przypadku raków, nie wykazano różnic ani pomiędzy zawartością rtęci u osobników dojrzałych i młodocianych, ani pomiędzy jej zawartością w badanych narządach. Słowa kluczowe: rtęć, rak amerykański, ośliczka, zrostnica, babka wodna Summary. The aim of presented studies was to assess mercury content in water, bottom sediments and chosen organisms representing different levels of the trophic chain - Zygnema sp, Alisma plantago-aquatica, Asellus aquaticus and organs of Orconectes limosus. They were taken from freshwater reservoir in Woźniki (50°37′31″N 19°03′52″E) in Silesia Voivodeship, Poland. Water and bottom sediments were collected from three chosen sites of different environmental conditions prevailed. The content of mercury was estimated with the Cold Vapour Atomic Absorption Spectrometry (CVAAS). Mercury content in water was significantly lower than in the bottom sediment. We have observed statistically significant differences between the concentration of mercury in sediments taken from various sites of the studied reservoir. No differences in mercury concentration occurred between samples of surface water taken from the studied sites. The highest mercury content was detected in Asellus aquaticus, although the differences in relation to the Hg content in Alisma plantago-aquatica were not statistically significant. The lowest mercury content was detected in Zygnema sp. In crayfish, there were no differences in mercury content neither between adult and juvenile specimens, nor between the tested organs. Key words: mercury, crayfish, waterlouse, green filamentous alga, water plantain 73 Anna Gał, Iwona Kozikowska, Katarzyna Suprewicz, Magdalena Czajkowska WSTĘP Rtęć jest ksenobiotykiem, coraz silniej zanieczyszczającym środowisko naturalne. Wzrost jej poziomu w całej biosferze jest wynikiem rozwoju przemysłu, komunikacji, chemizacji rolnictwa, a także wzmożonego odprowadzania ścieków i odpadów komunalnych [Bogdanik i in. 1999; Kabata-Pendias i Pendias 1993; Wang et al. 2004; Michalik 2009]. Uwalniana z różnych źródeł szybko rozprzestrzenia się w środowisku, trafiając również do zbiorników wodnych. Sprzyjają temu jej specyficzne właściwości fizykochemiczne, takie jak duża lotność par, mobilność, aktywność biochemiczna, a przy tym znaczna trwałość [Kowalski i in. 2005]. Toksyczność rtęci zależy od chemicznej formy występowania [Bogdanik i in. 1999]. Może ona występować w formie elementarnej, w postaci związków organicznych i nieorganicznych, które różnią się właściwościami toksykologicznymi. Dla organizmów żywych najbardziej niebezpieczne są związki organiczne, w szczególności metylortęć [Kowalak 1991; Boening 1999; Horne 1996; Segadea 2003]. Największe zagrożenie wynika z mutagennego i teratogennego działania tego pierwiastka [Ariza et al. 1994; Tchounwou et al. 2003; Coelho et al, 2005]. Związki rtęci ulegają bioakumulacji i biomagnifikacji. Istnieje przy tym wyraźna zależność pomiędzy zanieczyszczeniem rtęcią środowiska naturalnego, a jej zawartością w organizmach żywych. Badając zawartość rtęci u pospolicie występujących gatunków roślin i zwierząt, możemy śledzić losy tego pierwiastka w organizmach, a także monitorować stan środowiska naturalnego. Reakcja różnych organizmów na ekspozycję metalu może być jednak różna i zależy od indywidualnych właściwości biologicznych oraz cech osobniczych. Aby zatem otrzymać wiarygodny obraz stanu zanieczyszczenia środowiska, zalecane jest prowadzenie badań na organizmach z różnych grup ekologicznych. Daje to możliwość szczegółowej analizy zachodzących zmian i zależności oraz wyciągania trafnych wniosków [Luoma et Rainbow 2008; Soto et al. 2011]. Celem badań była ocena zawartości rtęci w wodzie i osadzie dennym wybranego zbiornika wodnego oraz u wybranych organizmów wodnych z różnych poziomów troficznych w tym zbiorniku. MATERIAŁ I METODYKA Materiał do badań stanowiły organizmy roślinne - zrostnica (Zygnema sp.), żabieniec babka wodna (Alisma plantago-aquatica) oraz zwierzęce - ośliczka (Asellus aquaticus) i rak amerykański (Orconectes limosus), a także woda i osad denny. Pochodził on ze zbiornika wodnego w miejscowości Woźniki (50°37′31″N 19°03′52″E) w woj. Śląskim. Wodę i osad denny pobierano z trzech wyznaczonych w nim stanowisk, określonych numerami: I, II i III. Wybór ich podyktowany był zróżnicowanymi warunkami mikrośrodowiskowymi jakie zaobserwowano w poszczególnych stanowiskach, a także różnymi dla nich, 74 Zawartość rtęci w zbiorniku wodnym i wybranych organizmach… potencjalnymi źródłami zanieczyszczenia wody i osadu dennego. Stanowisko I zlokalizowane było w pobliżu czynnej cegielni i charakteryzowało się bogatą roślinnością wodną i nadwodną, a także zróżnicowaną fauną bezkręgowców (podłoże bogate w szczątki organiczne). Stanowiska nr II i III graniczyły z nieużytkowanymi rolniczo terenami zieleni, przy czym wyraźnie różniły się między sobą pod względem składu osadu dennego. W stanowisku II podłoże było gliniaste, bez roślinności, natomiast w stanowisku III występowała skąpa, niezróżnicowana gatunkowo roślinność wodna i nadwodna. Rośliny i zwierzęta odławiano bez uwzględniania podziału na stanowiska. Schwytane raki podzielono na osobniki młodociane i dojrzałe. Z osobników dojrzałych do badań pobrano pancerz, skrzela, żołądek, mięśnie oraz gruczoł wątrobowo – trzustkowy. W przypadku raków młodych do analiz użyto całych organizmów, bez podziału na narządy. Zawartość rtęci oznaczano za pomocą atomowej spektrofotometrii absorpcyjnej, z techniką zimnych par (CVAAS ang. cold vapor atomic absorption spectrophotometry). W badaniach przy użyciu analizatora rtęci MA-2, do bezpośredniego oznaczania pierwiastka, bez wstępnej mineralizacji próbek, wykorzystano pirolityczny sposób generowania par rtęci. Uzyskane wyniki poddano analizie statystycznej przy pomocy programu Stat-Soft Statistica 9.0. Normalność rozkładu sprawdzano testem ShapiroWilka. Zawartość rtęci we wszystkich grupach badawczych miała rozkład normalny, w związku z tym, w dalszej kolejności przeprowadzono analizę parametryczną ANOVA. Różnice uznawano za statystycznie istotne przy p<0,05 [Wołek, 2006]. WYNIKI Obecność rtęci wykazano we wszystkich badanych próbkach. Najwyższe jej stężenia stwierdzono w osadzie dennym, najniższe w wodzie powierzchniowej. Analiza wariancji wykazała, że istnieją statystycznie istotne różnice w zawartości rtęci w próbkach osadu, pochodzących z różnych stanowisk. Różnice takie stwierdzono pomiędzy stanowiskami I i II (p = 0,0003) oraz II i III (p = 0,0013). Podobnie, różnice statystycznie istotne, wykazano porównując stężenie rtęci w próbkach wody z osadu, pochodzących z różnych stanowisk. Tu także, różnice wykazano pomiędzy stanowiskami I i II (p= 0,00018) oraz II i III (p = 0,00019). Nie wykazano statystycznie istotnych różnic pod względem zawartości rtęci, w pochodzącej z różnych stanowisk wodzie powierzchniowej. Otrzymane wyniki przedstawiono na wykresie nr 1. Średnią zawartość rtęci u organizmów wodnych prezentuje wykres nr 2. 75 Anna Gał, Iwona Kozikowska, Katarzyna Suprewicz, Magdalena Czajkowska Średnia zawartość Hg (ng/g ś.m.) 60 50 40 30 20 10 0 Zrostnica Babka wodna Ośliczka Młode raki Rys. 1. Średnia zawartość rtęci w wodzie i osadzie dennym, pobranych z trzech stanowisk w badanym zbiorniku wodnym Średnia zawartość rtęci (w ng/g ś.m.) 45 40 35 30 25 Osad de nny 20 Woda powie rzchniowa Woda z osadu 15 10 5 0 Stanowisko I Stanowisko II Stanowisko III Rys. 2. Średnia zawartość rtęci w organizmach badanych roślin i zwierząt, pochodzących ze zbiornika wodnego w miejscowości Woźniki Najwyższą średnią zawartość rtęci (46,26 ± 5,77 ng/g.ś.m.) stwierdzono w organizmie ośliczki (Asellus aquaticus), najniższą natomiast (5,55 ± 0,65 ng/g.ś.m.) u zrostnicy (Zygnema sp.). Wyniki przeprowadzonej analizy wariancji świadczą o istnieniu statystycznie istotnych różnic międzygatunkowych w kumulacji tego pierwiastka. Porównując średnie zawartości rtęci w organizmach badanych roślin i zwierząt, różnice wykazano pomiędzy: zrostnicą i babką wodną (p = 0,0024), zrostnicą i ośliczką (p = 0,0021), babką wodną i młodymi rakami (p = 0,0168), a także pomiędzy ośliczką i młodymi rakami (p = 0,0145). Średnią zawartość rtęci u raka amerykańskiego przedstawia wykres nr 3. Analiza wariancji wykazała brak statystycznie istotnych różnic zarówno pomiędzy zawartością rtęci w poszczególnych narządach, jak i pomiędzy zawartością rtęci w narządach raków dojrzałych i w organizmach raków młodocianych (w każdym przypadku p > 0,05). 76 Zawartość rtęci w zbiorniku wodnym i wybranych organizmach… Średnia zawartość Hg (ng/g.ś.m.) 35 30 25 20 15 10 5 0 Młode raki Pancerz Skrzela Żołądek Mięśnie Gruczoł wątrobowotrzustkowy Rys. 3. Średnia zawartość rtęci w organizmach raków młodocianych oraz narządach raków dojrzałych, pochodzących ze zbiornika wodnego w miejscowości Woźniki DYSKUSJA I WNIOSKI Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, iż największe stężenie rtęci występuje w osadzie dennym. Uzyskane wyniki są zbieżne z danymi literaturowymi, według których osad denny jest największym rezerwuarem rtęci w zbiorniku wodnym [Kabata-Pendias i Pendias 1993; Kennish 1998; Ikingura et Akagi 1999; Ramalhosa et al. 2006; He et al. 2007], gdyż zachodzi w nim stały proces adsorpcji tego pierwiastka do cząstek fazy stałej. W przeprowadzonych badaniach wykazano istnienie statystycznie istotnych różnic pomiędzy średnią zawartością rtęci w próbkach osadu pochodzących z różnych stanowisk. Na kumulację rtęci wpływ mają lokalne źródła zanieczyszczenia. Soto i in. [2011] wykazali zróżnicowanie zawartości rtęci w próbkach osadu, pobranych z różnych stanowisk zbiornika wodnego, graniczącego z zakładami przemysłowymi, w dużych granicach 18 - 170 mg/ kg. W sąsiedztwie badanego zbiornika wodnego, z jednej strony znajduje się czynna cegielnia, z drugiej, nieużytkowane rolniczo tereny zieleni. Różnice w zawartości rtęci w osadach z poszczególnych stanowisk, prawdopodobnie częściowo wynikają z różnego zanieczyszczenia tym pierwiastkiem terenów przyległych. Próbki osadu pobierane z trzech stanowisk różniły się także pod względem składu geochemicznego. Zgodnie z danymi literaturowymi ma on istotny wpływ na formę występowania, a także na gromadzenie bądź uwalnianie zaadsorbowanej rtęci [Lacerda et Gönc-Alves 2001; Martino et al. 2002; Ramalhosa et al. 2006]. Zaznaczyć należy także, iż przybrzeżne osady są bardzo dynamiczne, a warunki istniejące w górnych warstwach zbiornika, w tym obecność roślinności i zwierząt wodnych, wpływają na charakter osadów i rozkład w nich pierwiastków [Sundby 1994]. Zaadsorbowane w osadach nieorganiczne związki rtęci, pod wpływem różnych czynników, m.in. aktywności mikroorganizmów, ulegają transformacji 77 Anna Gał, Iwona Kozikowska, Katarzyna Suprewicz, Magdalena Czajkowska i uwalnianiu do wody porowej, co może prowadzić nawet do równowagi pomiędzy fazą stałą a ciekłą. Skutkiem jest znaczna zawartość rtęci w wodzie z osadu, w dużej mierze przekraczająca wartości określane w toni wodnej [Ramalhosa et al. 2006; He at al. 2007]. Stwierdzona zawartość rtęci w wodzie z osadów z różnych stanowisk, rzeczywiście była wyższa niż w wodzie powierzchniowej. Podobnie jak w przypadku osadów, wykazano istnienie statystycznie istotnych różnic pod względem zawartości rtęci w wodzie z osadów z poszczególnych stanowisk. Różnice stwierdzono pomiędzy tymi samymi stanowiskami, jak w przypadku osadów, z tym że w wodzie z osadu ze stanowiska II wykazano najniższą zawartość Hg (w przypadku osadów zawartość rtęci w stanowisku II była najwyższa). Prawdopodobnie wynika to z faktu, że swobodna cyrkulacja tego metalu między osadem, a wodą porową, zależy od rodzaju podłoża. Najmniejsze stężenie rtęci odnotowano w wodzie powierzchniowej, co jest zgodne z wynikami badań Ramalhosa i współpracowników [2006]. Stwierdzane przez nich stężenie rtęci reaktywnej w toni wodnej wahało się pomiędzy 10 a 37 pmol/dm3, w zależności od odległości od źródła zanieczyszczenia i stanowiło 4 – 16 % całkowitej zawartości tego metalu w wodzie. Stwierdzony przez nas brak różnic w zawartości tego pierwiastka pomiędzy stanowiskami, wynika prawdopodobnie z nieustannego krążenia wody w tej warstwie zbiornika, co skutkuje znacznym rozproszeniem związków rtęci w toni wodnej. Analiza zawartości rtęci w organizmach żywych wykazała istnienie znacznych różnic w kumulacji tego pierwiastka przez różne gatunki roślin i zwierząt. Dostępność rtęci dla organizmów zależy nie tylko od jej koncentracji w środowisku oraz formy występowania, ale także od reprezentowanego poziomu troficznego, sposobu odżywiania i dróg wchłaniania [Boening 1999; Coelho et al. 2005; Soto et al. 2011]. W licznych pracach wskazuje się ponadto na istnienie związku pomiędzy zawartością rtęci, wiekiem badanych osobników, a także indywidualnymi predyspozycjami każdego gatunku do pobierania, transformacji i wydalania bądź też deponowania rtęci w organizmie [Boening 1999; Coelho et al. 2005]. Największe stężenie rtęci odnotowane w organizmie ośliczki, wynika prawdopodobnie z reprezentowanego poziomu troficznego i sposobu jej odżywiania. Ten mały skorupiak żywi się materią organiczną, głównie zgromadzonymi na dnie szczątkami obumarłych roślin. Wraz z pożywieniem pobiera niewątpliwie znaczne ilości zaadsorbowanych związków rtęci. Bardzo wysoki poziom rtęci, porównywalny do ośliczki, odnotowany u żabieńca babki wodnej, reprezentującej poziom producentów, jest zapewne wynikiem zwiększonej możliwości pobierania tego metalu jednocześnie różnymi drogami. Babka wodna jest rośliną zakorzenioną, o liściach wzniesionych ponad powierzchnię wody. Jak wszystkie ukorzenione makrofity, narażona jest na wysokie stężenie rtęci, obecnej w pobieranej przez 78 Zawartość rtęci w zbiorniku wodnym i wybranych organizmach… system korzeniowy wodzie porowej, ale także na formy rozpuszczone w toni wodnej [Soto, 2011]. Dodatkowo nadwodne, rozłożyste liście narażone są na formy rtęci zawartej w atmosferze. W organizmie zrostnicy, reprezentującej ten sam poziom troficzny co babka, stężenie rtęci było najniższe spośród wszystkich badanych organizmów. Prawdopodobnie jest to związane z jedną tylko drogą przenikania tego metalu do organizmu z toni wodnej, jak również z krótkim cyklem wegetacyjnym tej rośliny. Jak pokazują Soto i in. [2011], drobne, wolnopływające rośliny wodne kumulują wielokrotnie mniej Hg niż makrofity ukorzenione. Stosunkowo niską w porównaniu do ośliczki, zawartość rtęci w organizmach młodych raków, tłumaczyć należy kilkoma czynnikami. Uwagę należy zwrócić na fazę rozwoju – były to osobniki bardzo młode, a więc czas ich ekspozycji na rtęć był stosunkowo krótki. Ponadto raki są zwierzętami o dużej mobilności, słabo przywiązanymi do miejsca bytowania. Przemieszczanie się pomiędzy stanowiskami o różnym stopniu zanieczyszczenia, może mieć wpływ na średni stopień narażenia na związki tego metalu. [Gherardi et al., 2002; Soto et al. 2011]. Istotnym jest też rodzaj i stopień zanieczyszczenia pokarmu. Są to organizmy wszystkożerne, jednak najchętniej zjadają glony i drobne rośliny, a drapieżnikami stają się dopiero przy braku alternatywy. Niska zawartość rtęci stwierdzona w intensywnie rozwijających się w zbiorniku glonach, obniża stopień narażenia raków na wnikanie związków rtęci drogą pokarmową. Wyniki badań wykazały brak statystycznie istotnych różnic pomiędzy kumulacją rtęci w poszczególnych narządach raka amerykańskiego. Metylortęć, forma rtęci w największym stężeniu stwierdzana w organizmach żywych, a jednocześnie najbardziej dla nich toksyczna [Boening 1999; Ikingura et Akagi 1999; Coelho et al. 2005], swobodnie przechodzi przez błony biologiczne. Brak skutecznej bariery biologicznej dla rtęci przemieszczającej się w organizmie może powodować równomierny rozkład tego metalu w tkankach miękkich organizmów żywych. Zjawisko to może również tłumaczyć wysoki poziom kumulacji rtęci u młodych raków, który był porównywalny z poziomem kumulacji tego pierwiastka u osobników dojrzałych. Zróżnicowanie zawartości rtęci stwierdzone u różnych organizmów wodnych wykazuje istnienie wyraźnej zależności pomiędzy kumulacją rtęci przez organizmy żywe, mikrośrodowiskiem ich życia, reprezentowanym poziomem troficznym oraz przynależnością do grupy ekologicznej. 79 Anna Gał, Iwona Kozikowska, Katarzyna Suprewicz, Magdalena Czajkowska LITERATURA Ariza M.E. Holliday J. Williams M.V. 1994. Mutagenic effect of mercury (II) in eukaryotic cells. Toxicology in Vivo 8: 559-563. Boening D. 1999. Ecological effects, transport, and fate of mercury: a general review. Chemosphere, 40: 1335−1351. Bogdanik T. Brzeziński J. Chmielnicka J. Jacyszyn K. Jodynis – Liebert J. Jacyszyn K. Kozłowski J. Krechniak J. Ludwicki J. Mrozikiewicz A. Sapota A. Semczuk W. Zielińska-Psuja B. 1999. Toksykologia. Podręcznik dla studentów, lekarzy i farmaceutów. Wydawnictwo Lekarskie PZWL. Coelho J.P. Pereira M.E. Duarte A. Pardal M.A. 2005. Macroalgae response to a mercury contamination gradient in a temperate coastal lagoon (Ria de Aveiro, Portugal). Estuarine, Coastal and Shelf Science, 65 (2005) 492-500 Gherardi F. Tricarico E. Ilhéu M. 2002. Movement patterns of an invasive crayfish, Procambarus clarkii, in a temporary stream of southern Portugal. Ethology, Ecology & Evolution 14: 183-197. He T. Lu J. Yang F. Feng X. 2007. Horizontal and vertical variability of mercury species in pore water and sediments in small lakes in Ontario. Science of the Total Environment 386 (2007) 53–64. Horne P. Williams P. 1996. Sampling and analysis of Merkury species in effluent gases derived from waste incineration. Waste Management, Vol. 16, No.7: 579−586. Ikingura J.R. Akagi H. 1999. Methylmercury production and distribution in aquatic systems. The Science of the Total Environment 234 1999. (1999) 109-118. Kabata-Pendias A. Pendias H. 1993. Biogeochemia pierwiastków śladowych. Wydawnictwo Naukowe PWN. Kennish M.J. 1998. Trace metal-sediment dynamics in estuaries: pollution assessment. In: Ware, G.W. (Ed.), Review Environmental Contamination Toxicology, vol. 155. Springer, Berlin, pp. 69–110. Kowalak A. 1991. Metale śmierci. Centrum Edukacji Ekologicznej Wsi. Iwonicz. Kowalski A. Niedzielski P. Siepak J. Boszke L. 2005. Rtęć w środowisku przyrodniczym. Przegląd Komunalny, 3: 18−19. Lacerda L.D. Gonc-alves G.O. 2001. Mercury distribution and speciation in waters of them coastal lagoons of Rio de Janeiro, SE Brazil. Mar. Chem. 76: 47–58. Luoma S.N. Rainbow P.S. 2008. Metal Contamination in Aquatic Environments: Science and Lateral Management, first ed. Cambridge University Press, New York. Martino M. Turner A. Nimmo M. Millward G.E. 2002. Resuspension, reactivity and recycling of trace metals in the Mersey Estuary, UK. Mar. Chem. 77: 171–186. 80 Zawartość rtęci w zbiorniku wodnym i wybranych organizmach… Michalik P. 2009. Niska emisja − świadomość zagrożeń z niej wynikających wśród różnych grup społecznych na przykładzie rolników z powiatu Płockiego i Sierpeckiego. Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych, 40: 617−622. Ramalhosa E. Susana Segade R. Pereira E. Vale C. Duarte A. 2006. Mercury cycling between the water column and surface sediments in a contaminated area. Water Research 40 (2006) 2893 – 2900 Segadea S.. Tysonb J. 2003. Determination of inorganic mercury and total mercury in biological and environmental samples by flow injection-cold vapor-atomic absorption spectrometry using sodium borohydride as the sole reducing agent. Spectrochimica Acta, Part B, 58: 797–807. Soto D. X. Roig R. Gacia E. Catalan J. 2011. Differential accumulation of mercury and other trace metals in the food web components of a reservoir impacted by a chlor-alkali plant (Flix, Ebro River, Spain): Implications for biomonitoring. Environmental Pollution 159 (2011) 1481-1489. Sundby B. 1994. Sediment–water exchange processes. In: Hamelink J.L. Landrum P.F. Bergman H.L. Benson W.H. (Eds.). Bioavailability: Physical, Chemical and Biological Interactions. Lewis Publishers, USA, pp. 143–149. Tchounwou P.B. Ayensu W.K. Ninashvili N. Sutton D. 2003. Environmental exposure to mercury and its toxicopathologic implications for public health. Environmental Toxicology 18: 149-175. Wang Q. Kim D. Dionysios D. Soriala G. Timberlake D. Sources and remediation for mercury contamination in aquatic systemsda literature review. Environmental Pollution 131 (2004) 323-336. Wołek J. 2006. Wprowadzenie do statystyki dla biologów. Wydawnictwo Naukowe Akademii Pedagogicznej, Kraków. Adres do korespondencji: Anna Gał, Iwona Kozikowska, Katarzyna Suprewicz, Magdalena Czajkowska Instytut Biologii Uniwersytet Pedagogiczny w Krakowie e-mail: [email protected] Opiekun naukowy: dr hab. Grzegorz Formicki prof. UP 81 Marta Gas EPISTEME 15/2012 s.83-88 ISSN 1895-4421 WPŁYW WYBRANYCH CZYNNIKÓW AGROTECHNICZNYCH NA KSZTAŁTOWANIE W NASIONACH ŁUBINU ANDYJSKIEGO (LUPINUS MUTABILIS SWEET) ZAWARTOŚCI TŁUSZCZU I PROFILU KWASÓW TŁUSZCZOWYCH THE INFLUENCE OF SELECTED AGROTECHNICAL FACTORS ON THE FORMATION OF FAT CONTENT AND FATTY ACID PROFILE IN ANDEAN LUPINE (LUPINUS MUTABILIS SWEET) SEEDS Abstrakt. Doświadczenie polowe zostało przeprowadzone w 2011 roku w Stacji Dydaktyczno – Naukowej w Pawłowicach, k. Wrocławia. W trzy czynnikowym doświadczeniu założonymw układzie „split-plot” badano w kolejności: I. dwie formy morfologiczne łubinu andyjskiego: a) semiepigonalna, b) epigonalna; II. terminy siewu: a) najwcześniejszy – siew 30.03.2011 r., b) 14 dni później; III. liczbę wysianych nasion na 1 m2: 60, 90 i 120. Zawartość tłuszczu surowego w nasionach zależała przede wszystkim od formy morfologicznej i terminu siewu. Najwięcej tego składnika gromadziła epigonalna forma wysiana w pierwszym terminie. Forma semiepigonalna, w porównaniu z epigonalną, gromadziła więcej kwasu oleinowego i linolenowego, a mniej linolowego. Olej z łubinu andyjskiego zawierał przede wszystkim kwas oleinowy i linolenowy, z kwasów nasyconych stearynowy. Słowa kluczowe: łubin andyjski, tłuszcz, kwasy tłuszczowe Summary. The field experiment was conducted in 2011 at the Didactic-Research Stationin Pawłowice, near Wrocław. A factorial ‘split-plot’ experiment with three factors testedin a following order: I. the two Andean lupine morphological forms: a) semiepigonal,b) epigonal; II. sowing dates: a) the earliest – 30 March 2011, b) 14 days later; III. number of seeds sown per 1 m2: 60, 90 and 120. Crude fat content in the seeds depended mainly on the morphological forms and sowing date. Most of this component was accumulated in an epigonal form sown in the first period. The semiepigonal form, compared to the epigonal form, contained more oleic acid and linolenic acid and less linoleic acid. Andean lupine oil contained mainly oleic and linoleic acid, as well as the saturated stearic acid. Key words: Andean lupine, fat, fatty acids 83 Marta Gas WSTĘP Łubin andyjski posiada wiele korzystnych cech, wymaga jednak ulepszeniai wyselekcjonowania genotypów, które będą przystosowane do europejskich warunków glebowo – klimatycznych [Brücher 1989; National Research Council 1989; Roemer i John-Doesbauch 1988, 1989, 1992; Roemer i Weissmann 1991]. Lupinus mutabilis charakteryzuje się wysoką zawartością w nasionach białka (ponad 40%) i tłuszczu (około 20%), te dwie cechy decydują o jego atrakcyjności. Olej otrzymywany z łubinu andyjskiego bogaty jest w nienasycone kwasy tłuszczowe, głównie w kwas linolenowy. Olej ma jasno żółte zabarwienie oraz przyjemny zapach [Brücher 1989; National Research Council 1989; Mason i Romero 1990]. Skład kwasów tłuszczowych jest szczególnie korzystny z punktu widzenia żywienia człowieka, ze względu na wysoką zawartość kwasu oleinowego (około 50% ) w połączeniu z dużą zawartością kwasu linolenowego [Roemeri John-Doesbauch 1992]. Celem badań było określenie wpływu wybranych czynników agrotechnicznychna kształtowanie w nasionach łubinu andyjskiego zawartości tłuszczu i profilu kwasów tłuszczowych. MATERIAŁ I METODY Obiektem badań były nasiona pochodzące z doświadczenia polowego prowadzonegow 2011 roku na polach Stacji Dydaktyczno – Naukowej należącej do Katedry Szczegółowej Uprawy Roślin Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu, zlokalizowanej w Pawłowicach (17º02’E, 51º31’N, na wysokości 122 m n.p.m.). W trzy czynnikowym doświadczeniu założonym w układzie „split-plot” badanow kolejności: I. dwie formy morfologiczne łubinu andyjskiego: a) semiepigonalna b) epigonalna; II. terminy siewu: a) najwcześniejszy – siew 30.03.2011 r., b) 14 dni później; III. liczbę wysianych nasion na 1 m2: 60, 90 i 120. W zebranych nasionach łubinu andyjskiego określono zawartość tłuszczu surowego i profil kwasów tłuszczowych. Zawartość tłuszczu surowego w nasionach oznaczono przy pomocy metody odtłuszczonej reszty w aparacie Soxhleta [Krełowska-Kułas 1993]. Skład kwasów tłuszczowych oznaczono za pomocą chromatografii gazowej estrów metylowych kwasów tłuszczowych [Byczyńska i Krzymański 1969]. Na podstawie uzyskanych wyników analiz chemicznych i plonu nasion obliczono wydajność tłuszczu surowego z 1 hektara. Obliczanie statystyczne wykonano zgodnie z metodyką doświadczenia polowegona poziomie ufności 5%. 84 Wpływ wybranych czynników agrotechnicznych… WYNIKI I DYSKUSJA Genotyp i termin siewu wpływały na zawartość tłuszczu surowego w nasionach(Tab. 1), która wynosiła od 135 do 153 g × kg-1 suchej masy. Forma semiepigonalna,w porównaniu z epigonalną, gromadziła o 6,7% mniej tłuszczu, a opóźnienie siewu,w porównaniu z I. terminem, zmniejszyło jego zawartość o 4,7%. Wydajność tłuszczu surowego to funkcja plonu nasion i zawartości tłuszczu surowego w nasionach i kształtowały ją wszystkie badane czynniki oraz ich współdziałania (Tab. 1). Forma semiepigonalna gromadziła w plonie nasion więcej tłuszczu surowego niż forma epigonalna. Wzrost ilości wysiewu z 60 do 120 nasion na 1 m2 zwiększał istotnie plony nasion,co miało wpływ na zawartość tłuszczu surowego i jego wydajność z hektara. Opóźnienie terminu siewu, w porównaniu z I. terminem, spowodowało zmniejszenie plonu nasion u obu badanych form i skutkowało mniejszą wydajnością tłuszczu surowego z drugiego terminu siewu (Tab. 1). W profilu kwasów tłuszczowych dominowały kwasy nienasycone typu C18, których było 4 krotnie więcej od sumy kwasów nasyconych (Tab. 2). Najwięcej było kwasu oleinowego i linolowego, a ich zawartość zależała od genotypu. Forma semiepigonalna, porównaniu z epigonalną, gromadziła więcej kwasu oleinowego i linolenowego, a mniej linolowego. Wpływ pozostałych badanych czynników na kształtowanie profilu kwasów tłuszczowych był mały. Badania własne wykazały, że olej łubinu andyjskiego jest bogaty w nienasycone kwasy tłuszczowe, a zwłaszcza w kwas oleinowy. Podobne wyniki uzyskali także inni autorzy [Brücher 1989; Gross 1988; National Research Council 1989; Mason i Romero 1990],a w warunkach przyrodniczych Polski Sawicka [1993]. Roemer i Jahn-Deesbach [1992] uważają, że wysoka zawartość kwasu oleinowego daje możliwość wykorzystania oleju dla celów przemysłowych. WNIOSKI Na zawartość tłuszczu surowego w nasionach istotnie wpłynęły czynnik genetyczny i termin siewu. Forma semiepigonalna, w porównaniu z epigonalną, gromadziła o 6,7% mniej tłuszczu, a opóźnienie siewu, w porównaniu z I. terminem, zmniejszyło jego zawartość o 4,7%. Olej z łubinu andyjskiego zawierał przede wszystkim kwas oleinowy linolenowy, a z kwasów nasyconych stearynowy. Forma semiepigonalna, w porównaniu z epigonalną, gromadziła więcej kwasu oleinowego i linolenowego, a mniej linolowego. 85 II Wydajność tłuszczu surowego [kg·ha-1] epigonalna I Zawartość tłuszczu surowego [g·kg-1] II Plon nasion [t·ha-1] I Liczba wysianych nasion na 1m2 semiepigonalna Termin siewu Forma morfologiczna Marta Gas 60 2,36 143 294 90 2,53 144 318 120 2,70 143 336 60 1,84 135 217 90 1,85 135 217 120 2,05 135 241 60 1,64 153 218 90 1,81 153 241 120 1,94 152 257 60 1,48 142 183 90 1,58 147 202 120 1,72 149 223 r.n. - r.n. NIR (α = 0,05) Średnie dla czynników semiepigonalna 2,22 139 270 epigonalna 1,70 149 221 0,04 - 5 I 2,17 148 277 II 1,75 141 214 0,06 - 7 60 1,83 143 228 90 1,95 145 245 120 2,10 145 264 0,05 - 6 NIR (α = 0,05) NIR (α = 0,05) NIR (α = 0,05) Tab. 1. Wpływ badanych czynników na plon nasion łubinu andyjskiego oraz zawartość i wydajność tłuszczu surowego. Termin siewu: I – 30. 03. 2011; II – 12. 04. 12011 r.n. – różnica nieistotna 86 epigonalna I II C18:1 C18:2 C18:3 NKT NNKT C18:2/C18:3 C18:0 II Liczba wysianych nasion na 1m2 Termin siewu I Zawartość kwasów tłuszczowych [%] C16:0 semiepigonalna Forma morfologiczna Wpływ wybranych czynników agrotechnicznych… 60 12,1 7,2 42,9 32,8 5,0 19,3 80,7 6,6 90 11,5 6,4 43,5 32,6 6,0 17,9 82,1 5,4 120 12,2 7,3 40,2 37,3 3,0 19,5 80,5 12,4 60 11,2 8,2 44,7 29,6 6,3 19,4 80,6 4,7 90 11,7 7,3 43,5 32,1 5,4 19,0 81,0 5,9 120 11,7 8,4 44,1 30,8 5,0 20,1 79,9 6,2 60 11,5 6,9 43,8 34,1 3,7 18,4 81,6 9,2 90 11,2 6,8 43,2 34,4 4,4 18,0 82,0 7,8 120 11,8 6,7 43,9 34,6 3,0 18,5 81,5 11,5 60 11,5 7,2 41,4 36,0 3,9 18,7 81,3 9,2 90 11,9 7,0 41,2 36,4 3,5 18,9 81,1 10,4 120 11,6 7,2 42,6 35,8 2,8 18,8 81,2 12,8 80,8 6,4 Średnie dla czynników semiepigonalna epigonalna 11,7 7,5 43,2 32,5 5,1 19,2 11,6 7,0 42,7 35,2 3,6 18,6 81,5 9,8 I 11,7 6,9 42,9 34,3 4,2 18,6 81,4 8,2 II 11,6 7,6 42,9 33,5 4,5 19,2 80,9 7,4 60 11,6 7,4 43,2 33,1 4,7 19,0 81,0 7,0 90 11,6 6,9 42,9 33,9 4,8 18,5 81,6 7,1 120 11,8 7,4 42,7 34,6 3,5 19,2 80,8 9,9 Tab. 2. Wpływ badanych czynników na profil kwasów tłuszczowych w oleju z łubinu andyjskiego Termin siewu: I – 30. 03. 2011; II – 12. 04. 12011 kwas: C16:0 – palmitynowy; C18:0 – stearynowy; C18:1 – oleinowy; C18:2 – linolowy; C18:3 – linolenowy. NKT – nasycone kwasy tłuszczowe, NNKT – nienasycone kwasy tłuszczowe (C16:0 + C18:0) (C18:1+ C18:2 + C18:3) 87 Marta Gas LITERATURA Brücher H. 1989. 2. Lupinus mutabilis Sweet, in: Useful Plants of Neotropical Origin and Their Wild Relatives, Springer – Verlag: 80-84. Byczyńska B., Krzemański J. 1969. Szybki sposób otrzymania estrów metylowych kwasów tłuszczowych do analizy metodą chromatografii gazowej. Tłuszcze Jadalne, XIII: 108-114. Gross R. 1988. Lupinus in Human Nutrition. Proceedings. 5th Int. Lupin Conf., Poznań, Poland: 53-54. Krełowska-Kułas M. 1993. Badanie jakości produktów spożywczych. PWE, Warszawa: 24-146. Mason L. & N. Romero 1990. Fatty acid composition of the fat extracted from different lupin seeds varieties, Abstracts 6th Int. Lupin Conf., Temuco – Pucon, Chile, Nov., 1990: 13. National Research Council 1989. Lost Crops of the Incas: Little-Known Plants of the Andes with Promise for Worldwide Cultivation, National Academy Press, Washington: 414. Roemer P., Jahn-Deesbach W. 1988. Proc. 5th Int. Lupin Conf., Poznań, Poland:40-50. Roemer P., Jahn-Deesbach W. 1989. XII Eucarpia Congress, Vörtrage für Pflanzezüchtg., 15: 14-11. Roemer P., Jahn-Deesbach W. 1992. EUR 14102: 77-85. Roemer P., Weissmann E. 1991. Proc. 6th Int. Lupin Conf., Temuco-Pucon, Chile: 350-362. Sawicka E.J. 1993. Indukowane mutacje u Łubinu andyjskiego (Lupinus mutabilis Sweet), Prace ogrodu botan. PAN, Warszawa-Powsin; Zeszyt 3, 1993: 10-13. Adres do korespondencji: Marta Gas Katedra Szczegółowej Uprawy Roślin Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu e-mail: [email protected] Opiekun naukowy: prof. dr hab. inż. Andrzej Kotecki 88 Marta Jabłońska, Magdalena Giemza-Mikoda Anna Lehmann, Michał Paluch EPISTEME 15/2012 s.89-95 ISSN 1895-4421 WPŁYW SYSTEMÓW UPRAWY ROLI ORAZ WYBRANYCH BIOPREPARATÓW NA ZACHWASZCZENIE ŁANU PSZENŻYTA JAREGO UPRAWIANEGO W KRÓTKOTRWAŁEJ MONOKULTURZE INFLUENCE OF TILLAGE SYSTEMS AND SELECTED BIO-PLANT CONDITIONERS ON WEED INFESTATION OF SPRING TRITICALE GROWN IN SHORT-THERM MONOCULTURE Abstrakt. Rezygnacja z tradycyjnej uprawy roli na rzecz uprawy uproszczonej podyktowana jest względami ekonomiczno-organizacyjnymi. Uproszczenia te oprócz niewątpliwych zalet, prowadzić mogą również do niekorzystnych zmian środowiska glebowego oraz zmian w strukturze łanu rośliny uprawnej. Szczególnie w uprawach monokulturowych może to prowadzić do wzrostu zachwaszczenia i co za tym idzie obniżenia plonów roślin. Jednym ze sposobów ograniczenia ujemnych skutków monokultury i uproszczeń jest stosowanie preparatów, które stymulują rozwój roślin uprawnych. Celem podjętych badań była ocena wpływu wybranych czynników na zachwaszczenie łanu pszenżyta jarego uprawianego w monokulturze. W doświadczeniu mikropoletkowym prowadzonym w latach 2010-2011, uwzględniono dwa czynniki: systemy uprawy (tradycyjny, uproszczony i zerowy), a także preparaty poprawiające kondycję roślin (efektywne mikroorganizmy, preparat Biojodis). Wykazano nieistotny statystycznie wpływ zastosowanych preparatów na zachwaszczenie. Poletka z uprawą tradycyjną odznaczały się niższym zachwaszczeniem niż poletka z uprawą uproszczoną i zerową. Słowa kluczowe: zachwaszczenie, monokultura, efektywne mikroorganizmy, Biojodis, uprawa tradycyjna, uprawa uproszczona, siew bezpośredni, pszenżyto jare Summary. Resigning from traditional tillage for reduced one is the effect of economic and organizational aspects. These simplifications except for obvious advantages, can also lead to adverse changes in the soil environment and in the structure of the crop canopy. Especially in continuous crops it can lead to weed infestation increasing and therefore reduction of crop yields. One of method limiting negative effects of monoculture and simplification in tillage is application of preparations which stimulate development of crops. The objective of this study was to assess the influence of selected factors on weed infestation of spring triticale growing in monoculture. The microplot experiment, was conduced in 2010-2011 and two factors were included: tillage system (traditional, reduced and direct sowing), and preparations to improve plant status (effective microorganisms, Biojodis). The effect of used preparations on weed infestation was statistically insignificant. The plots with traditional tillage were less choked with weeds than plots with reduced tillage and direct sowing. Key words: weed infestation, monoculture, Effective Microorganisms, Biojodis, traditional tillage, reduced tillage, direct sowing, triticale 89 Marta Jabłońska, Magdalena Giemza-Mikoda, Anna Lehmann, Michał Paluch WSTĘP Przez szereg lat dominującym systemem uprawy roli był system tradycyjny, jednak warunki ekonomiczne, zmusiły rolników do poszukiwania innych, alternatywnych sposobów uprawy, które są bardziej energooszczędne [Sekutkowski i Rola 2010]. Jednak systemy uproszczone poza zaletami (m.in. ochrona gleby przed erozją, zmniejszenie kosztów na uprawę itd.) niosą ze sobą wiele niebezpieczeństw. Niewątpliwie jednym z głównych zagrożeń jest wzrost zachwaszczenia, które ujemnie wpływa na rozwój i plonowanie roślin uprawnych [Blecharczyk i in. 2007; Orzech i in. 2011]. Rezygnacja z prawidłowego płodozmianu oraz wzrost udziału zbóż w strukturze zasiewów podyktowane są wciąż zwiększającą się specjalizacją gospodarstw rolnych. Prowadzi to do negatywnego zjawiska, jakim są monokultury zbożowe, które wyraźnie pogarszają strukturę gleby, zubożają ją w składniki pokarmowe, obniżają plonowanie roślin a także powodują wzrost zachwaszczenia. Również przejście z systemu płużnego na system bezorkowy powoduje szereg zmian w środowisku rośliny uprawnej, zarówno tych pozytywnych jak i negatywnych. Wielu autorów w swych pracach stwierdziło, iż uproszczenia w uprawie oraz monokultury prowadzą do kompensacji chwastów, głównie tych, których rytm rozwojowy jest podobny do rytmu rozwojowego roślin uprawnych [Rola i Rola 1995; Wesołowski i in. 2003; Gołębiowska i Kaus 2009]. Zastosowanie biopreparatów wpływających na lepszy rozwój roślin może, zdaniem producentów, niwelować negatywne skutki uproszczeń uprawy i rezygnacji z prawidłowego następstwa roślin po sobie. Celem badania była ocena wpływu systemów uprawy oraz biopreparatów w postaci efektywnych mikroorganizmów oraz preparatu Biojodis na zachwaszczenie łanu pszenżyta jarego uprawianego w krótkotrwałej monokulturze. MATERIAŁY I METODY Doświadczenie założono w Rolniczym Zakładzie Doświadczalnym Swojec należącym do Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu, metodą pasów prostopadłych w czterech powtórzeniach na mikropoletkach o powierzchni 1m2. Było to doświadczenie dwuczynnikowe gdzie, pierwszy czynnik stanowiły różne systemy uprawy roli (system tradycyjny, uproszczony i siew bezpośredni), natomiast drugim były preparaty poprawiające wzrost i plonowanie roślin uprawnych (preparat EM-Farming i preparat Biojodis). Badanie prowadzono w latach 2010-2011, na pszenżycie jarym odmiany Kargo, które uprawiano w krótkotrwałej monokulturze. Obiektem kontrolnym były poletka, gdzie nie zastosowano oprysku biopreparatem. Pozostałe 90 Wpływ systemów uprawy roli oraz wybranych biopreparatów… warianty obejmowały zastosowanie preparatu EM-Firming lub preparatu Biojodis. Preparaty te wykorzystano do zaprawienia ziarna pszenżyta przed siewem w dawkach: 1,5 l EM-Farming na 100 kg ziarna, 1 l Biojodis na 1 t ziarna. Na pasach uprawy tradycyjnej i uproszczonej siew rośliny wykonano siewnikiem tradycyjnym, zaś w pasie siewu bezpośredniego zastosowano siewnik specjalnie przystosowany do tego systemu uprawy. W trakcie wegetacji roślin zastosowano oprysk preparatami dwukrotnie: w fazie krzewienia oraz w fazie strzelania w źdźbło pszenżyta, w dawkach: preparat EM-Farming - oprysk 20 l/100 l H2O/ha i Biojodis - oprysk 3 l/10 l H2O/ha. Na podstawie potrzeb nawozowych roślin i zasobności gleby ustalono nawożenie NPK. Oceny zachwaszczenia łanu dokonywano dwukrotnie: wiosną w fazie krzewienia pszenżyta metodą ilościowojakościową (ramką 0,2 m2 – następnie przeliczano na ilość chwastów na szt./1m2) oraz przed zbiorem rośliny metodą ilościowo jakościowo-wagową (ramką 0,5m2- następnie przeliczano ilość chwastów na szt./1m2 oraz ważono suchą masę części nadziemnych chwastów). Wyniki, które uzyskano poddano analizie statystycznej w autorskim programie (FR – ANALWAR) prof. Franciszka Rudnickiego z Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego w Bydgoszczy. Program ten służy do wykonywania analiz wariancji danych źródłowych z doświadczeń rolniczych. Dla średnich wyliczono NIR przy poziomie istotności α = 0,05 według testu porównań wielokrotnych Tukey’a. WYNIKI I DYSKUSJA W przeprowadzonym doświadczeniu poletka z tradycyjną płużną uprawą roli odznaczały się istotnie niższym zachwaszczeniem zarówno w fazie krzewienia jak i w fazie strzelania w źdźbło pszenżyta jarego (Tab. 1, 2). Uprawa uproszczona oraz siew bezpośredni w okresie wiosennym doprowadziły do nieistotnego statystycznie wzrostu zachwaszczenia w porównaniu z pasem uprawy tradycyjnej. Średnia liczba chwastów na jednostce powierzchni na obiektach z płużną uprawą była niższa o 22 szt.· m-2 niż na obiektach z uprawą uproszczoną i o 3,4 szt.· m-2 niższa niż na poletkach z uprawą zerową (Tab. 1). Jest to zgodne z wynikami badań Orzecha i in. [2011]. Autor ten także stwierdził wzrost zachwaszczenia wraz z zastosowaniem uproszczeń w uprawie roli. Jednak Faltyn i Kordas [2009] uzyskali w fazie krzewienia pszenicy jarej niższą liczbę chwastów w siewie bezpośrednim, w odniesieniu do tradycyjnej i uproszczonej uprawy. Zastosowane preparaty stymulujące rozwój roślin spowodowały wzrost zachwaszczenia w porównaniu z obiektem kontrolnym (Tab. 1, 2). Na obiektach z opryskiem EM-Farming oraz na obiektach z zastosowaniem preparatu Biojodis liczba chwastów była na wiosnę odpowiednio o 18,2 szt.· m-2 i 11,9 szt.· m-2 wyższa niż na obiekcie kontrolnym (Tab. 1). 91 Marta Jabłońska, Magdalena Giemza-Mikoda, Anna Lehmann, Michał Paluch System uprawy Biopreparaty Obiekt kontrolny EM-Farming Biojodis 62,4 81,5 79,9 Uprawa tradycyjna Średnia 74,6 Uprawa uproszczona 84,4 106,3 99,2 96,6 Uprawa zerowa 87,6 101,3 90,9 93,2 Średnia 78,1 96,3 90,0 - Tab. 1. Zachwaszczenie w fazie krzewienia pszenżyta jarego [szt. · m-2]. Średnia z lat 2010-2011 NIR 0,05 dla uprawy – r.n. NIR 0,05 dla biopreparatów - r.n. NIR 0,05 dla interakcji - r.n. W fazie kwitnienia zachwaszczenie zmniejszyło się na wszystkich testowanych obiektach, w stosunku do oceny zachwaszczenia wykonywanego wiosną (Tab. 2). Było to spowodowane większą konkurencyjnością pszenżyta jarego. Wpływ systemów uprawy roli na zachwaszczenie łanu zachował tendencję z pomiarów wiosennych, nadal najwyższą liczbą chwastów odznaczał się pas uprawy uproszczonej a najmniejszą pas uprawy tradycyjnej (Tab. 2). Średnia liczba chwastów w siewie bezpośrednim i tradycyjnej uprawy roli była niższa o 0,7 szt.· m-2 i o 15,3 szt.· m-2 niż na poletkach z uprawą uproszczoną. Wzrost zachwaszczenia wraz z odejściem od płużnego systemu uprawy na rzecz systemów bezorkowych potwierdzają inni badacze [Orzech i in. 2003; Ciesielska i Rzeźnicki 2007]. Natomiast Faltyn i Kordas [2009] oraz Małecka i in. [2006] stwierdzają, iż siew bezpośredni stosowany przez dłuższy okres czasu może sprzyjać ograniczaniu liczby chwastów na jednostce powierzchni. System uprawy Biopreparaty Średnia Obiekt kontrolny EM-Farming Biojodis Uprawa tradycyjna 49,2 66,7 68,5 61,5 Uprawa uproszczona 71,6 77,8 80,8 76,8 Uprawa zerowa 71,8 78,7 77,7 76,1 Średnia 64,2 74,4 75,7 - Tab. 2 Zachwaszczenie w fazie kwitnienia pszenżyta jarego [szt. · m-2]. Średnia z lat 2010-2011 NIR 0,05 dla uprawy – r.n. NIR 0,05 dla biopreparatów - r.n. NIR 0,05 dla interakcji - r.n. 92 Wpływ systemów uprawy roli oraz wybranych biopreparatów… W przypadku biopreparatów także zachowała się tendencja z wiosennych pomiarów. Obiekty, na których zastosowano EM-Farming oraz obiekty gdzie wykorzystano preparat Biojodis odznaczały się wyższym zachwaszczeniem niż obiekt kontrolny (Tab. 2). Badania nad wpływem efektywnych mikroorganizmów na zachwaszczenie nie są jednoznaczne [Faltyn i Kordas 2009]. Jednak Stielow [2003] stwierdza, że poprzez możliwość ograniczenia nawożenia oraz swój pozytywny wpływ na właściwości gleby, efektywne mikroorganizmy mogą pośrednio obniżać zachwaszczenie pól uprawnych. Również sucha masa chwastów była najwyższa na poletkach z uprawą uproszczoną, gdzie średnia sucha masa chwastów była istotnie, bo aż o 10,4 g, wyższa niż na poletkach z uprawą tradycyjną i o 9,1 g wyższa niż na poletkach z siewem bezpośrednim (Tab. 3). W porównaniu z obiektem kontrolnym zastosowane biopreparaty doprowadziły do nieistotnego wzrostu suchej masy odpowiednio EM- Farming o 3,5 g oraz Biojodis o 2,9g. Uzyskane wyniki są zbieżne z wynikami innych autorów, którzy również stwierdzili wzrost zachwaszczenia w wyniku zastosowania uproszczeń w uprawie roli [Radecki i Opic 1995; Blecharczyk i in. 2004; Sekutkowski i Rola 2010; Orzech i in. 2011]. System uprawy Biopreparaty Obiekt kontrolny EM-Farming Biojodis Średnia Uprawa tradycyjna 35,5 36,8 35,4 35,9 Uprawa uproszczona 44,0 47,3 47,8 46,3 Uprawa zerowa 33,6 39,5 38,6 37,2 Średnia 37,7 41,2 40,6 - Tab. 3. Sucha masa chwastów przed zbiorem pszenżyta jarego [g·m-2]. Średnia z lat 2010-2011 NIR 0,05 dla uprawy – 8,9 NIR 0,05 dla biopreparatów - r.n. NIR 0,05 dla interakcji - r.n. Z kolei Nowicki [1979] nie odnotował wzrostu zachwaszczenia pod wpływem modyfikacji uprawowych, a Dzienia i Boligłowa [1993] zwracają uwagę na pozytywną rolę siewu bezpośredniego na zachwaszczenie, przypisując to allelopatycznemu działaniu rośliny okrywowej pozostawionej na polu w formie mulczu. 93 Marta Jabłońska, Magdalena Giemza-Mikoda, Anna Lehmann, Michał Paluch WNIOSKI • Najmniejsze zachwaszczenie łanu pszenżyta jarego uprawianego w monokulturze wyrażone w liczbie oraz w masie chwastów stwierdzono na poletkach z uprawą tradycyjną, w porównaniu z uprawą uproszczoną i zerową. • Zastosowane biopreparaty przyczyniają się do nieistotnego statystycznie wzrostu zachwaszczenia. LITERATURA Blecharczyk A. Małecka J. Dobrzeniecki T. Zawada D. 2007. Wpływ następstwa roślin oraz uprawy roli na zachwaszczenie jęczmienia jarego. Prog. Plant Prot./ Post. Ochr. Roś. 47(3): 52–55. Blecharczyk A. Małecka I. Skrzypczak G. 2004. Wpływ uproszczonej uprawy roli na plonowanie i zachwaszczenie kukurydzy oraz na właściwości gleby. Acta Sci. Pol., Agricultura 3 (1): 157-163. Ciesielska A. Rzeźnicki B. 2007. Wpływ siewu bezpośredniego na plonowanie i zmiany zachwaszczenia pszenicy jarej. Fragm. Agron. 24 (1): 25-32. Dzienia S. Boligłowa E. 1993. Rola mulczowania w podnoszeniu żyzności i urodzajności gleby. Post. Nauk Rol. 1: 107–111. Faltyn U. Kordas L. 2009. Wpływ uprawy roli i czynników regenerujących stanowisko na zachwaszczenie pszenicy jarej. Fragm. Agronom. 26 (1): 19-24. FR – ANALWAR. Program autorski Prof. F. Rudnickiego z Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich w Bydgoszczy. Gołębiowska H. Kaus A. 2009. Efektywność chemicznej regulacji zachwaszczenia w różnych systemach uprawy kukurydzy. Acta Sci. Pol., Agricultura 8 (1): 3-16. Małecka I. Blecharczyk A. Dobrzeniecki T. 2006. Zachwaszczenie zbóż ozimych w zależności od systemu uprawy roli. Prog. Plant Prot./ Post. Ochr. Roś. 46 (2): 253-255. Nowicki J. 1979. Porównanie siewu bezpośredniego z tradycyjną uprawą płużną. Zesz. Nauk. ART. Olsztyn, Rol. 28: 223–233. Orzech K. Nowicki J. Marks M 2003. Wpływ różnych sposobów uprawy gleby średniej na zachwaszczenie i plonowanie pszenicy ozimej. Zesz. Prob. Post. Nauk Rol. 491: 171-177. Orzech K. Rychcik B. Stępień A. 2011. Wpływ sposobów uprawy roli na zachwaszczenie i plonowanie jęczmienia jarego. Fragm. Agronom. 28 (2): 63-70. Radecki A. Opic J. 1995. Wpływ zróżnicowanej uprawy na zachwaszczenie i zmiany zapasu nasion chwastów w glebie. W: Siew bezpośredni w teorii i praktyce. Mat. Konf. Szczecin-Barzkowice, 12 czerwca: 119–133. 94 Wpływ systemów uprawy roli oraz wybranych biopreparatów… Rola J. Rola H. 1995. Wpływ uproszczonej technologii uprawy kukurydzy i buraków cukrowych na stan zachwaszczenia wtórnego plantacji na Dolnym Śląsku. Mat. 35. Sesji Nauk. Inst. Ochr. Roślin, cz. 1: 139-145. Sekutkowski T. Rola H. 2010. Wpływ monokultury i systemu uprawy roli oraz ochrony herbicydowej na agrofitocenozę kukurydzy. Fragm. Agronom. 27 (1): 128-140. Stielow G. 2003. Żyzna gleba nie wymaga nawożenia [stosowanie nawozów mikrobiologicznych-EM]. J. Res. App. Agric. Eng. 48 (1): 20–22. Wesołowski M. Jędruszczak M. Cierpiała R. 2003. Organizacja zbiorowiska chwastów w zależności od systemu uprawy dwóch odmian pszenicy ozimej. Acta Agroph. 1 (4): 787-793. Adres do korespondencji: Marta Jabłońska, Magdalena Giemza-Mikoda, Anna Lehmann, Michał Paluch Katedra Kształtowania Agroekosystemów i Terenów Zieleni Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu e-mail: [email protected] Opiekun naukowy: prof. dr hab. Leszek Kordas, prof. dr hab. Lesław Zimny, dr hab. Wiesław Wojciechowski, prof. dr hab. Danuta Parylak 95 Ewelina Jamróz Andrzej Para EPISTEME 15/2012 s.97-105 ISSN 1895-4421 FOLIE BIOPOLIMEROWE NA BAZIE KOMPLEKSÓW FURCELLERANU Z BIAŁKAMI BIOPOLYMERS FILMS BASED ON FURCELLARANE/PROTEIN COMPLEXES Abstrakt: Otrzymano kompleks furcelleranu z żelatyną. Warunki jego tworzenia określono poprzez pomiar potencjału zeta czystych komponentów i ich mieszanin w funkcji pH i siły jonowej koloidu. Zbadano możliwości zastosowania kompleksu furcelleran–żelatyna do wytworzenia biopolimerowych folii. Określenie właściwości mechanicznych otrzymanych folii pozwoliło na dobranie optymalnego stosunku polisacharyd–białko. Wykonano wstępne badania biodegradacji otrzymanych folii biopolimerowych. Słowa kluczowe: furcelleran, żelatyna, kompleks, folie biopolimerowe Summary: The furcellarane/gelatin complex was obtained. The conditions of complex formation were determined by measuring zeta potential of pure components and their mixtures as a function of pH and ionic strength. The possibility of using furcellarane/ gelatin complexes to produce biopolymer films (foil) was examined. The determination of mechanical properties of obtained films allowed us establishing the optimal polysaccharide-protein ratio. Preliminary studies of film biodegradation were performed. Key words: furcellarane, gelatin, complex, biopolymers films 97 Ewelina Jamróz, Andrzej Para WSTĘP Ze względu na szeroki wachlarz perspektywicznych zastosowań, badania struktury i właściwości membran biopolimerowych oraz natury oddziaływań między cząsteczkami białek i łańcuchami polielektrolitu, należą do ważniejszych, aktualnych zagadnień nauki światowej w dziedzinie chemii materii miękkiej. Podjęcie takich badań uzasadnione jest szybkim rozwojem nanotechnologii w ostatnim okresie, która znajduje zastosowanie w coraz nowszych dziedzinach przemysłu, m.in. w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym, rolnictwie i innych np. w produkcji biofolii jako opakowań. Specyficzna budowa białek i polisacharydów stwarza możliwość występowania oddziaływań pomiędzy dodatnio naładowanymi białkami i anionowymi polisacharydami, których efektem jest powstawanie mniej lub bardziej trwałych kompleksów. Na skuteczność kompleksowania białek i polisacharydów oprócz siły jonowej i pH, ma wpływ rodzaj zastosowanego białka. Zostało udowodnione, że białka kompleksowane z tymi samymi polisacharydami, tworzą systemy o różnej kompatybilności [Samant i in. 1993]. Istotne znaczenie ma budowa strukturalna białka decydująca o liczbie miejsc dostępności białka, w których dochodzi do kontaktu. Białka globularne posiadają znacznie mniej wolnych miejsc dostępu niż białka o rozwiniętej strukturze. W cząsteczkach o rozwiniętej strukturze łatwiej dochodzi do zobojętnienia ładunku dodatniego przez aniony polisacharydów i w ten sposób powstały kompleks może stać się odrębną fazą obojętną pod względem elektrycznym. Udowodniono, że białka, które łatwo ulegają konformacjom (kazeina, żelatyna) wiążą silniej polisacharydy niż białka globularne (albumina wołowa). W niniejszych badaniach jako polisacharyd anionowy zastosowano furcelleran. Jest on pozyskiwany z czerwonych alg Furcellaria lumbricalis a jego właściwości strukturalne i funkcjonalne są zbliżone do κ-karagenianu [Laos, Ring 2005; Tuvikene i in. 2010]. W porównaniu z κ-karagenianem, furcelleran posiada mniejszą ilość reszt siarczanowych. Do kompleksowania furcelleranu użyto żelatyny, która jest białkiem o wysokiej masie cząsteczkowej, wynoszącej od 10 do 400 kDa [Lim, Mohammad 2011]. Białko to, jest pozyskiwane z kolagenu, który jest głównym składnikiem skóry, ścięgien, chrząstek, kości, a także tkanki łącznej [Morrison i in. 1999]. Dzięki swoim unikalnym właściwościom fizykochemicznym żelatyna jest stosowana w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym i fotografii [Jamilah, Harvinder 2001]. Ważnym problemem współczesnych badań jest poszukiwanie biodegradowalnych materiałów do produkcji opakowań. Aktualnie najczęściej stosowanymi surowcami są tworzywa sztuczne wytwarzane najczęściej 98 Folie biopolimerowe na bazie kompleksów… z polietylenu, polipropylenu, polistyrenu. Takie opakowania cieszą się trwałością, łatwością formowania oraz niskim kosztem produkcji, ale nie są biodegradowalne i ich recykling wiąże się z problemami technicznymi i ekonomicznymi. Dlatego też celem niniejszej pracy jest próba wykorzystania kompleksu furcelleran-żelatyna jako jednego z głównych składników do otrzymywania biodegradowalnych folii MATERIAŁY I METODY Materiały. Furcelleran wyprodukowany przez firmę Est-Agar z Estonii; Żelatyna pozyskana ze skóry ryb z Kanady (Sigma-Aldrich); Skrobia – produkt handlowy; DMSO (dimetylosulfotlenek, czda, POCh). Pomiary potencjału zeta. Do pomiaru potencjału zeta zastosowano Zetasizer Nano ZS Laser LDV firmy Malvern. Przeprowadzono pomiary potencjału zeta w roztworach zawierających furcelleran, żelatynę o stężeniu 1000 ppm i różnych siłach jonowych: 0,005M; 0,01M; 0,15M, regulowanych dodatkiem NaCl. Pomiary prowadzono w zakresie pH od 2 do 10. Wartości pH ustalano za pomocą roztworów NaOH i HCl. Otrzymywanie folii polisacharydowo-białkowych. Sporządzono roztwory: furcelleranu i żelatyny o określonych stężeniach. Odpowiednią ilość skrobi kleikowano przez ogrzanie w temp. 80°C. Tak sporządzone roztwory zmieszano ze sobą, dodano 1 cm3 DMSO i ogrzewano przez 20 min w temp. 60°C ciągle mieszając. Otrzymaną mieszaninę przelano do szalki Petriego i suszono w temp. 50°C przez dwa dni. W identyczny sposób przygotowano folie w różnych stosunkach komponentów. Badanie właściwości mechanicznych folii. Badano właściwości mechaniczne folii przez próbę jednoosiowego rozciągania folii z wykorzystaniem teksturometru TA-xT2i (Stable Micro System, GB). Wytrzymałość folii biopolimerowych charakteryzuje wielkość, którą można wyznaczyć z wykresu jednoosiowego rozciągania, Fmax- obciążenie zrywające [N]. Badanie biodegradowalności folii. Biodegradowalność badano wyznaczając ubytek masy folii przechowywanej w glebie w określonych odstępach czasu w ciągu trzech tygodni. Przy badaniu właściwości biodegradowalnych oraz mechanicznych folii zastosowano analizę wariancji przy zakładanych poziomie istotności α=0,05. Pomiary dokonano w 5 powtórzeniach. Istotność różnic między średnimi wyznaczono testem Duncana. 99 Ewelina Jamróz, Andrzej Para WYNIKI I DYSKUSJA Określenie warunków tworzenia kompleksu polisacharydowo-białkowego. Celem określenia warunków tworzenia kompleksu furcelleran-żelatyna przeprowadzono pomiary potencjału zeta roztworów furcelleranu, żelatyny i ich mieszanin w różnych warunkach pH i siły jonowej roztworów. Zależność potencjału zeta furcelleranu od pH przedstawiono na Rys.1. Stwierdzono, że potencjał zeta jest w przybliżeniu stały przy ustalonej sile jonowej i przyjmuje wartości od -20 mV dla siły jonowej 0,15M do -40 mV dla siły jonowej 0,005M. 25 0,005 M NaCl 0,01 M NaCl 0,15 M NaCl Potencja³ zeta [mV] 20 15 10 5 0 -5 -10 -15 0 2 4 6 8 10 pH Rys.1. Potencjał zeta furcellaranu przy różnych siłach jonowych w funkcji pH Na Rys. 2 przedstawiono wartości potencjału zeta żelatyny o sile jonowej od 0,005M do 0,15M w funkcji pH. Przy sile jonowej 0,005M wartość potencjału zeta spadła z 23 mV przy pH=3 do -7 mV przy pH=10. Przy wyższej sile jonowej 0,15M wartość potencjału zeta wynosiła 9 mV przy pH=2 i spadła do -10 mV przy pH=10. W przypadku żelatyny punkt izoelektryczny zmienia się w zależności od siły jonowej, od pH=8 przy sile jonowej 0,005M do pH=4,7 przy sile jonowej 0,15M. 100 Folie biopolimerowe na bazie kompleksów… 0 Potencja³ zeta [mV] 0,005 M NaCl 0,01 M NaCl 0,15 M NaCl -10 -20 -30 -40 -50 0 2 4 6 8 10 pH Rys. 2. Potencjał zeta żelatyny przy różnych siłach jonowych w funkcji pH 40 FUR 1000ppm ¯EL 1000ppm FUR+¯EL 1/1 FUR+¯EL 1/2 FUR+¯EL 1/3 Potencja³ zeta [mV] 20 0 -20 -40 -60 0 2 4 6 8 10 12 pH Rys. 3. Potencjał zeta mieszanin furcelleran/żelatyna w funkcji pH 101 Ewelina Jamróz, Andrzej Para Rys. 3 przedstawia zależność potencjału zeta mieszanin furcelleran/żelatyna od wartości pH mierzonego przy stałej sile jonowej I=0,005M. Badano mieszaniny furcelleran/żelatyna w stosunku 1/1; 1/2; 1/3 (Rys. 3). Wartości potencjału zeta mieszanin znajdują się pomiędzy wartościami dla czystych składników, co świadczy o powstawaniu kompleksów furcelleran/żelatyna. Krzywe kompleksu dla stosunku 1/2 i 1/3 przechodzą przez wartość zero potencjału zeta w okolicy pH=4. Natomiast, przy stosunku składników 1/1 krzywa nie przechodzi przez wartość zero, ze względu na duży udział ujemnych grup furcelleranu. Otrzymywanie i właściwości mechaniczne folii. Folie wykonane z samego furcelleranu lub z mieszaniny furcelleran/żelatyna w różnym stosunku składników nie wykazują oczekiwanych właściwości mechanicznych. Podobnie folie wykonane ze skrobi. Znacznie lepsze właściwości posiadają folie trójskładnikowe skrobia/furcelleran/żelatyna, co ma związek z powstawaniem kompleksu furcelleran/żelatyna w trakcie tworzenia się folii. Dla polepszenia właściwości folii skrobiowych użyto kompleksu powstałego w wyniku dodatku furcelleranu i żelatyny w stosunku 1/1. W każdym przypadku stosowano dodatek niewielkiej (1 cm3), stałej ilości DMSO w celu polepszenia rozpuszczalności powstającego kompleksu furcelleran/żelatyna. Folie o określonym składzie otrzymano zgodnie z procedurą przedstawioną w rozdziale 1.3. Wykonano 4 rodzaje folii o różnej zawartości skrobi i kompleksu. - 0,2 g skrobia + 0,4 g furcelleran + 0,4 g żelatyna + 1 cm3 DMSO / 40 cm3 H20 (SFŻ4) - 0,4 g skrobia + 0,3 g furcelleran + 0,3 g żelatyna + 1 cm3 DMSO / 40 cm3 H20 (SFŻ3) - 0,6 g skrobia + 0,2 g furcelleran + 0,2 g żelatyna + 1 cm3 DMSO / 40 cm3 H20 (SFŻ2) - 0,8 g skrobia + 0,1 g furcelleran + 0,1 g żelatyna + 1 cm3 DMSO / 40 cm3 H20 (SFŻ1) Przeprowadzono badania właściwości mechanicznych otrzymanych folii. Badania wytrzymałościowe przy pomocy teksturometru TA-xT2i przeprowadzono w 4 etapach. Pierwszy etap, polegał na wykonaniu badań bezpośrednio po otrzymaniu folii, a następnie po upływie jednego, dwóch i trzech tygodni. Folie przechowywano w eksykatorze w atmosferze o wilgotności 75%. Zaobserwowano (Rys. 4), że siła konieczna do zerwania folii biopolimerowych bezpośrednio po ich otrzymaniu osiąga maksymalną wartość ok. 9N. Najlepszymi cechami wytrzymałościowymi w tych warunkach charakteryzuje się folia SFŻ2, oprócz wysokich wartości siły, posiada dobrą powtarzalność wyników. Przeprowadzona dla tego parametru analiza wariancji, przy założonym poziomie istotności, wykazała istotne statystyczne różnice. 102 Folie biopolimerowe na bazie kompleksów… Force (N) SFŻ2 9 8 6 5 4 3 SFŻ4 7 SFŻ1 SFŻ3 2 1 0 0 1 2 3 4 Time (sec) -1 Rys. 4. Wytrzymałość mechaniczna folii bezpośrednio po ich otrzymaniu Force (N) 20 18 16 SFŻ2 14 12 10 8 6 4 SFŻ1 SFŻ3 2 0 0,0 -2 0,5 1,0 1,5 2,0 SFŻ4 2,5 3,0 Time (sec) -4 -6 Rys. 5. Wytrzymałość mechaniczna folii przechowywanych w eksykatorze przez 3 tygodnie 103 Ewelina Jamróz, Andrzej Para Przechowywanie folii w kontrolowanych warunkach (wilgotność 75%) przez trzy tygodnie (Rys. 5) powoduje zmianę jej właściwości mechanicznych. Folia jest bardziej wytrzymała (F = 15 N) i posiada większą elastyczność (dłuższy czas zerwania). Biodegradowalność. Badanie biodegradowalności (Rys. 6) polegało na kontrolowaniu ubytku masy próbek folii umieszczonych w glebie przez okres 3 tygodni. Analiza wariancji dla tego parametru wykazała istotne różnice przy założonym poziomie istotności α=0,05. Zaobserwowano, że już po 2 tygodniach ubytek masy wynosił ok. 50%. Stwierdzono zależność ubytku masy od zawartości kompleksu w foliach. Im większa ona była tym szybciej następował rozkład folii. 100 SF¯1 SF¯2 SF¯3 SF¯4 Pozostałość [%] Pozosta³oœ æ[%] 80 60 40 20 0 0 5 10 15 20 25 Czas [dni] Rys. 6. Biodegradowalność folii o różnej zawartości kompleksu WNIOSKI • Wykazano, że pomiar potencjału zeta mieszaniny furcelleran/żelatyna pozwala na identyfikację obecności powstających kompleksów. • Na podstawie otrzymanych wartości potencjału zeta stwierdzono, że proces kompleksowania zachodzi w układzie furcelleran/żelatyna zmieszanych w stosunku 1/1, 1/2, 1/3. • Dodatek kompleksu furcelleran/żelatyna zdecydowanie właściwości mechaniczne folii skrobiowych. poprawia • Otrzymane folie polisacharydowo-białkowe charakteryzują się wysoka biodegradowalnością. 104 Folie biopolimerowe na bazie kompleksów… LITERATURA Jamilah B., Harvinder K.G. 2001. Properties of gelatins from skins of fish-black tilapia (Oreochromis mossambicus) and red tilapia (Oreochromis nilotica). Food Chemistry 77:81-84. Laos K., Ring S. 2005. Characterisation of Furcellaran Samples from Estonian Furcellaria lumbricalis (Rhodophyta). Journal of Applied Physiology 17: 461464. Lim Y-P., Mohammad A.W. 2010. Physicochemical Properties of Mammalian Gelatin in Relation to Membrane Process Requirement. Food and Bioprocess Technology 4: 304-211. Morrison N.A., Clark R.C., Chen Y.L., Talashek T., Sworn G. 1999. Gelatin alternatives for the food industry. Physical chemistry and industrial application of gellan gum. 127-131. Samant S.K., Singhal R.S., Kulkarni P.R., Rege D. 1993. Protein-polysaccharide interactions: A new approach in food formulations. International Journal of Food Science and Technology 28(60): 547-562. Tuvikene R. Truus K, Robal M., Volobujeva K., Mellikov E., Pehk T., Kollist A., Kailas T., Vaher M. 2010. The extraction, structure, and gelling properties of hybrid galactan from the red alga Furcellaria lumbricalis. Journal of Applied Physiology 22:51-63. Adres do korespondencji: Ewelina Jamróz, dr hab. Andrzej Para Katedra Chemii i Fizyki Uniwersytet Rolniczy w Krakowie ul. Balicka 122, 30-149 Kraków e-mail: [email protected], [email protected] Opiekun naukowy: prof. dr hab. inż. Andrzej Lepiarczyk 105 Andrzej Joniec EPISTEME 15/2012 s.107-112 ISSN 1895-4421 WPŁYW UPROSZCZONEJ UPRAWY ROLI NA PLON BOBIKU I JEGO KOMPONENTY EFFECT OF REDUCED TILLAGE SYSTEM ON YIELD AND YIELD COMPONENTS OF FABA BEAN Abstrakt. Doświadczenie prowadzono w latach 2010-2011 w Stacji Doświadczalnej Katedry Agrotechniki i Ekologii Rolniczej w Krakowie – Mydlnikach. Bobik wysiewano na glebie kompleksu pszennego dobrego, klasy bonitacyjnej II w dwóch wariantach uprawy gleby. Porównano system uprawy roli - tradycyjny (płużny) i uproszczony (bezpłużny), analizując plon i parametry struktury plonu bobiku. Wprowadzone uproszczenia w uprawie oraz warunki pogodowe w poszczególnych latach badań istotnie różnicowały plonowanie bobiku. Szczególnie niesprzyjające warunki dla wegetacji roślin wystąpiły w 2010 r., co znalazło odzwierciedlenie w znacznym obniżeniu plonu oraz masy tysiąca nasion bobiku. System uprawy roli nie różnicował istotnie elementów plonowania bobiku, podobnie jak lata badań, za wyjątkiem masy tysiąca nasion. Słowa kluczowe: bobik, systemy uprawy roli, plon, komponenty plonu Summary. A field experiment has been carried out in 2010–2011 at the Experimental Station in Mydlniki near Cracow, owned by the Agrotechnology and Agricultural Ecology, University of Agriculture in Krakow. The aim of the study was to assess the effect of two soil tillage systems on the yield and yield components of faba bean. The experiment was established on the typical brown soil. The compared tillage systems were: ploughing – a traditional cultivation and ploughles – a reduced tillage system. On both fields (with traditional and reduced tillage system) statistical differences in yield components were not observed. Faba bean yielding was significantly dependent on soil tillage systems and years of cultivation. Key words: faba bean, soil tillage systems, yield, yield components 107 Andrzej Joniec WSTĘP Rośliny strączkowe cieszą się u nas zainteresowaniem jako źródło wartościowej paszy w żywieniu zwierząt oraz ważny element diety człowieka. Uprawa strączkowych wpływa korzystnie na glebę, działają strukturotwórczo, zwiększają żyzność gleby i bilans materii organicznej stanowiąc bardzo dobry przedplon dla wielu roślin następczych. Bobik należący do roślin strączkowych wyróżnia się spośród nich największym potencjałem plonotwórczym, ze średnią plonu często przekraczającą 3 t ∙ ha-1 i zawartością białka w nasionach na poziomie 26 – 32%. Oprócz poprawnej agrotechniki największy udział w wiernym i wysokim plonowaniu bobiku przypisuje się warunkom pogodowym, które determinują zawiązywanie organów generatywnych i dystrybucję asymilatów [Kulig 2004]. W dobie wzrastających kosztów produkcji, przede wszystkim przy wzroście cen paliw i malejących przychodach z produkcji roślinnej coraz większym zainteresowaniem cieszą się uproszczenia w technologii produkcji roślinnej. Tradycyjna płużna uprawa roli jest uznawana za najbardziej energochłonny i pracochłonny element agrotechniki [Kordas 1997, Orzech i in. 2004]. Aspekty ekonomiczno – organizacyjne skłaniają do poszukiwania i stosowania uproszczeń w uprawie, które sprowadzają się najczęściej do zastąpienia orki mniej energochłonnymi zabiegami. Nie można jednak zapominać, że głównym celem produkcji jest przynoszenie zysków, dlatego też badanie wpływu odstępstwa od tradycyjnie przyjętej uprawy roli wydaje się jak najbardziej zasadne. Celem badań była próba odpowiedzi na pytanie, w jakim stopniu uprawa tradycyjna roli i uproszczona wpływa na plonowanie bobiku. MATERIAŁ I METODY Doświadczenie polowe prowadzono w latach 2010-2011 w Stacji Doświadczalnej Katedry Agrotechniki i Ekologii Rolniczej Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie – Mydlnikach, na glebie brunatno ziemnej (kompleks pszenny dobry, klasa bonitacyjna II). Doświadczenie założono w układzie losowanych bloków w czterech powtórzeniach. Bobik odmiany „Kasztelan” uprawiano w 4 polowym płodozmianie zbożowym (bobik, pszenica ozima, pszenica jara, jęczmień jary) i wysiewano w ilości 50 nasion na 1m2. Przed siewem nasion stosowano następujące dawki nawożenia (kg ∙ ha-1): N – 30, P – 60 i K – 70. Chemiczną ochronę bobiku wykonano zgodnie z zaleceniami Instytutu Ochrony Roślin. Czynnikiem doświadczenia były dwa systemy uprawy roli – tradycyjny (płużny) i uproszczony (bezpłużny). Uprawa pożniwna po zbiorze jęczmienia jarego obejmowała w tradycyjnym systemie podorywkę pługiem, a w systemie bezorkowym stosowano kultywator podorywkowy. Jesienią wykonano zespół uprawek przedzimowych – w uprawie 108 Wpływ uproszczonej uprawy roli na plon… płużnej zięblę pługiem na głębokość 30 cm, natomiast w uprawie bezpłużnej zastosowano kultywator podorywkowy. Wiosną na wszystkich obiektach wykonano jednakową uprawę przedsiewną, na którą składał się kultywator z wałem strunowym i bronowaniem. Uzyskane wyniki badań opracowano statystycznie za pomocą analizy wariancji, a istotność różnic testowano testem Tukey’a na poziomie istotności α = 0,05. [mm] Spośród wszystkich roślin motylkowatych grubonasiennych bobik charakteryzuje się największymi wymaganiami wodnymi, a szczególna wrażliwość na niedobory wody przypada na okres kwitnienia i zawiązywania strąków [Kotecki 1990, De Costa i in. 1997]. Na Rys. 1 przedstawiono przebieg opadów atmosferycznych w okresie wegetacji w latach 2010-2011 na tle potrzeb opadowych dla bobiku wyznaczonych przez Dzieżyca [1989]. 320 300 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 299,0 2010 2011 186,4 135,1 127,5 105,2 85,7 69,9 90,8 77,7 39,9 39,4 IV 48,0 V 73,1 potrzeby opadowe 61,0 33,0 VI VII VIII Miesiące Rys. 1. Przebieg opadów atmosferycznych w okresie wegetacji (2009-2010) na tle potrzeb opadowych bobiku [Dzieżyc 1989] Miesięczne sumy opadów w kolejnych sezonach wegetacyjnych podlegały znacznemu zróżnicowaniu (Rys. 1). Rok 2010 obfitował w opady przewyższające zapotrzebowanie roślin na wodę w całym okresie wegetacji. W maju odnotowano ponad trzykrotnie większe opady (o 229,1 mm), które nie ustępowały w kolejnych miesiącach (nadmiar od 14,4 do 66,5 mm względem zapotrzebowania). W następnym roku (2011) okres posuchy wynikający z niedoboru opadów przypadł na maj i czerwiec. Z kolei w kwietniu i lipcu ilość opadów znacznie przewyższała zapotrzebowanie roślin na wodę (odpowiednio o 38,3 i 95,6 mm). 109 Andrzej Joniec WYNIKI I DYSKUSJA [t ∙ ha-1 ] Plon nasion bobiku kształtował się w granicach od 3,7 do 4,4 t ∙ ha-1 (Rys. 2) i był istotnie różnicowany przez zastosowane systemy uprawy roli. System uprawy tradycyjnej zapewniając lepsze warunki do wzrostu i rozwoju roślin powodował istotny wzrost plonu nasion w porównaniu do uproszczonej technologii uprawy roli. Różnica na korzyść uprawy tradycyjnej wynosiła 0,7 t ∙ ha-1 nasion, tj. 19%. O negatywnej reakcji bobiku na uproszczenia w uprawie donoszą m.in. Dzienia i Wereszczaka [1998], uzyskując plon niższy o 11% w stosunku do tradycyjnej uprawy roli. 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 4,7 4,4 3,7 3,3 0,97 0,41 tradycyjny uproszczony NIR 0,05 System uprawy 2010 2011 NIR 0,05 Lata Rys. 2. Plon nasion bobiku w zależności od systemu uprawy roli i lat (t ∙ ha-1) Warunki pogodowe panujące w sezonach wegetacyjnych 2010 - 2011 istotnie wpływały na wschody, rozwój i plonowanie bobiku. Szczególnie ważnym czynnikiem zapewniającym optymalne warunki rozwojowe jest odpowiednie zaopatrzenie wodę [Michalska 1998]. Pod względem opadów atmosferycznych lepszym okazał się rok 2011, gdzie uzyskano średni plon nasion na poziomie 4,7 t ∙ ha-1. Istotnie niższe plony (o 1,4 t ∙ ha-1) uzyskano w 2010 roku, w którym po wiosennym siewie nasion wystąpiły bardzo obfite opady atmosferyczne utrzymujące się w kolejnych miesiącach wegetacji i miały negatywny wpływ na plonowanie bobiku. Badania nie wykazały istotnego wpływu systemu uprawy roli na parametry struktury plonu bobiku (Tab. 1). Zaobserwowano jedynie wyższe wartości liczby nasion i strąków na roślinie w przypadku uprawy uproszczonej. Nie stwierdzono również istotnych różnic w liczbie roślin na 1 m2 oraz liczbie nasion i strąków w analizowanych latach badań. Produkcyjność bobiku w dużej mierze zależy od odpowiedniej ilości roślin w łanie. Większą liczbę roślin na 1 m2 uzyskano na obiektach z tradycyjną płużną uprawą roli. Liczba strąków była ściśle powiązana z liczbą roślin na m2, przy mniejszej obsadzie rośliny wytworzyły większą liczbę strąków. Podobne rezultaty uzyskali m.in. Borowiecki i in. [1992] i Prusiński [2003]. Bardzo ważnym komponentem 110 Wpływ uproszczonej uprawy roli na plon… struktury plonu jest masa tysiąca nasion, która kształtuje się w końcowych fazach wzrostu roślin. Wyższa masa 1000 nasion w tradycyjnej uprawie roli nie została statystycznie potwierdzona, przy czym istotnie większą masę 1000 nasion o 133 g uzyskano w 2011 roku. Liczba roślin przed zbiorem (1 m2) Liczba nasion na roślinie 2010 41,4 22,6 7,4 343 2011 45,9 21,5 6,6 476 r.n. r.n. r.n. 16,2 tradycyjny 44,3 20,5 6,8 421 uproszczony 43,0 23,6 7,2 398 r.n. r.n. r.n. r.n. Lata i obiekty Lata NIR0,05 System uprawy NIR0,05 Liczba Masa 1000 strąków nasion (g) na roślinie Tab. 1. Elementy plonowania bobiku WNIOSKI • System uprawy roli istotnie wpływał na wielkość plonu nasion bobiku. Najlepsze warunki dla wzrostu i rozwoju uzyskano na obiektach z tradycyjną uprawą roli. • Opady atmosferyczne w latach prowadzenia doświadczenia istotnie modyfikowały plonowanie nasion bobiku. • Elementy struktury plonu, za wyjątkiem masy tysiąca nasion dla lat badań, nie były różnicowane przez systemy uprawy roli i opady atmosferyczne. 111 Andrzej Joniec LITERATURA Borowiecki J., Lenartowicz W., Bochniarz J. 1992. Plonowanie niektórych odmian bobiku w warunkach zróżnicowanej obsady roślin. Pam. Puł., 101: 157-167 De Costa W.A.J.M, Dennett M.D., Ratnaweera U., Nyalemegbe K. 1997. Effect of different regimes on field-grown determinate and indeterminate faba bean (Vicia faba L.). II Yield, yield components and harvest index. Field Crops Res., 52: 169-178. Dzienia S., Wereszczaka J. 1998. Reakcja bobiku na uproszczenia w uprawie roli. Rocz. Nauk Rol., Ser. A 113(1–2): 59–63. Kulig B. 2004. Modelowanie wzrostu, rozwoju i plonowania zróżnicowanych morfologicznie odmian bobiku za pomocą modelu WOFOST. Zesz. Nauk. AR w Krakowie, Rozpr. hab. 295: 1-134. Kordas L. 2005. Energy and economic effects of reduced tillage in crop rotation. Acta Sci. Pol., Agricultura 4 (1): 51–59. Kotecki A. 1990. Wpływ warunków wilgotnościowych na rozwój i plonowanie bobiku odmiany Nadwiślański. Zesz. Nauk. AR we Wrocławiu, ser. Rolnictwo, 52: 85-95. Michalska B. 1998. Plonowanie bobiku w zależności od warunków meteorologicznych w stacji doświadczalnej w Przelewicach. Pam. Puł., 92: 147-161. Orzech K., Marks M., Nowicki J. 2004. Energetyczna ocena trzech sposobów uprawy roli na glebie średniej. Annales UMCS, Sectio E, vol. LIX (3): 1275-1281. Prusiński J., 2003. Wpływ obsady roślin na plonowanie samokończących odmian bobiku (Vicia faba ssp. minor) uprawianego na glebie lekkiej. Acta Sci. Pol., Agricultura 2(2): 107-118. Adres do korespondencji: Andrzej Joniec Katedra Agrotechniki i Ekologii Rolniczej Uniwersytet Rolniczy w Krakowie e-mail: [email protected] 112 Katarzyna Juzoń Edyta Skrzypek Michał Dziurka EPISTEME 15/2012 s.113-119 ISSN 1895-4421 Izabela Marcińska ZMIANY WARTOŚCI ŻYWIENIOWEJ ROŚLIN BOBOWATYCH W WARUNKACH SUSZY GLEBOWEJ CHANGES IN NUTRITIONAL VALUE OF LEGUME PLANTS UNDER SOIL DROUGHT CONDITIONS Abstrakt. Susza glebowa wpływa na wartość pokarmową bobowatych, poprzez zmiany zawartości białka oraz substancji antyżywieniowych, w tym związków fenolowych. Celem badań było określenie wpływu suszy glebowej na zawartość białka i związków fenolowych w liściach grochu siewnego (Pisum sativum L.) i (Lupinus luteus L.). Rośliny grochu siewnego i łubinu żółtego w fazie siewki poddano suszy glebowej na poziomie 25% ppw przez 2 tygodnie. Pomiary względnej zawartości wody w liściach (RWC), zawartości białka i związków fenolowych wykonano w 1. i 14. dniu suszy oraz w 5. dniu rehydratacji. Obserwowano obniżenie wartości RWC podczas suszy. Zawartość białka u roślin poddanych suszy obniżyła się w porównaniu do kontroli (70% ppw), za wyjątkiem łubinu odmiany Taper. Ilość związków fenolowych wzrosła podczas suszy u obu badanych gatunków. Po rehydratacji zawartość białka i związków fenolowych uległa obniżeniu u wszystkich roślin. Słowa kluczowe: zawartość białka, związki fenolowe, bobowate, susza glebowa Summary. Soil drought affects legumes nutritional value through changes in content of proteins and antinutritional substances, including phenolic compounds. The aim of this study was to determine the influence of soil drought on the content of proteins and phenolic compounds in leaves of pea (Pisum sativum L.) and yellow lupine (Lupinus luteus L.). Seedlings of pea and yellow lupine were exposed to soil drought at 25% field water capacity (FWC) for 2 weeks. The relative water content in the leaves (RWC), soluble protein and phenolic compounds were measured at the 1st and 14th day of drought, and at the 5th day of rehydration. Reduction in the RWC values under drought was observed. The protein content in plants subjected to drought decreased compared to control (70% FWC), with the exception of one lupine variety – Taper. Both species showed the increase in the amount of phenolic compounds during the drought. After rehydratation content of proteins and phenolic compounds decreased in all plants. Key words: protein content, phenolic compounds, legume plants, soil drought 113 Katarzyna Juzoń, Edyta Skrzypek, Michał Dziurka, Izabela Marcińska WSTĘP Dostępność wody dla roślin, uwarunkowana przede wszystkim ilością opadów atmosferycznych, stanowi jeden z najważniejszych czynników plonotwórczych. Przyczyną obserwowanej w ostatnich latach dużej zniżki plonu jest właśnie niedobór wody w glebie powodowany przez coraz dłuższe okresy suszy występującej w okresie wiosenno-letnim [Łabędzki i Leśny 2008]. Najbardziej niebezpiecznym dla roślin jest deficyt wody w tzw. fazach krytycznych, czyli w okresie największego przyrostu biomasy, jak również w fazie tworzenia organów generatywnych. Susza u bobowatych zmniejsza plon poprzez przedwczesne i niedostateczne wypełnienie nasion oraz w wyniku odrzucania kwiatów i młodych strąków. Znaczenie gospodarcze pastewnych roślin bobowatych wynika z ich wykorzystania w żywieniu zwierząt, głównie w celu podwyższenia koncentracji białka w paszy. Ze względu na skład chemiczny nasiona bobowatych stanowią ważny komponent pasz wysokobiałkowych, a także cenny składnik diety człowieka [Lampart-Szczapa 1997]. Ich nasiona zawierają 28-32% białka ogólnego (najwięcej białka zawierają nasiona łubinu żółtego). Ponadto, skład aminokwasowy białka bobowatych bardzo dobrze bilansuje się z białkiem zbóż. Jednak ich przydatność w żywieniu zwierząt zależy głównie od zróżnicowanej zawartości włókna i substancji antyżywieniowych, w tym związków fenolowych, których wysoka zawartość wpływa ujemnie na wykorzystanie składników pokarmowych. Związki fenolowe koagulują bowiem białka, w tym enzymy trawienne. Celem badań było określenie wpływu suszy glebowej na zawartość białka i związków fenolowych w liściach Pisum sativum L. i Lupinus luteus L. MATERIAŁ I METODY Do badań wykorzystano groch siewny: SZD 165 i Wenus oraz łubin żółty: Morocco4 i Taper. Nasiona zostały wysiane do gleby o składzie 3:2:1 (ziemia ogrodnicza: substrat torfowy: piasek), w tunelu wegetacyjnym, osłoniętym jedynie od góry folią, pozwalającym na wegetację roślin w warunkach zbliżonych do naturalnych, przypadających na okres wiosenno-letni. Rośliny w fazie ok. 5 – 6 liści poddano suszy na poziomie 25% polowej pojemności wodnej (ppw) przez 2 tygodnie. Po suszy rośliny podlewano do 70% ppw. Każdy obiekt składał się z 3 doniczek (powtórzenia) z 5 roślinami. Dwa razy w tygodniu określano poziom wilgotności gleby poprzez ważenie wazonów wraz z roślinami. Względna zawartość wody w liściach (RWC, relative water content). Względną zawartość wody w liściach roślin grochu i łubinu określono na podstawie wzoru: RWC (%) = (Wf − Wd)/(Wt − Wd) × 100, gdzie Wf, Wd i Wt określają odpowiednio: świeżą masę, suchą masę, masę nasycenia próbki z drugiego liścia rośliny. 114 Zmiany wartości żywieniowej roślin bobowatych… Zawartość białek rozpuszczalnych. Zawartość białka oznaczono spektrofotometrycznie (λ = 595 nm) wg metody Bradford [1976]. Wyniki odniesiono do krzywej kalibracyjnej sporządzonej dla BSA (albumina z osocza krwi wołu). Mieszaninę reakcyjną stanowił supernatant roślinny w 0,05 mol · dm-3 buforze fosforanowym o pH 7,0 i odczynnik Bradford. Zawartość związków fenolowych. Zawartość związków fenolowych oznaczono spektrofotometrycznie (λ = 760 nm) metodą Folina i Ciocalteu [Singleton i Rossi 1965]. Mieszaninę reakcyjną stanowił supernatant roślinny w 80% etanolu, 25% Na2CO3 oraz odczynnik Folina i Ciocalteu. Wyniki odniesiono do krzywej kalibracyjnej sporządzonej dla kwasu chlorogenowego. WYNIKI W 1. dniu suszy (S1) jedynie łubin odmiany Taper nie wykazał zmian RWC (Rys. 1A). U pozostałych roślin odnotowano spadek wartości RWC o 3-4% w porównaniu z roślinami kontrolnymi. W 14. dniu suszy (S14) wartość RWC nie obniżyła się jedynie u SZD 165 (Rys. 1B). Wówczas największe obniżenie zawartości wody w liściach, sięgające 4,1%, obserwowano u odmiany Taper. Po rehydratacji roślin poddanych suszy odnotowano spadek RWC u wszystkich badanych odmian (Rys. 1C). 100 100 S1 K14 RWC [%] RWC [%] K1 80 S14 80 60 60 SZD W Odmiana M T SZD W Odmiana M T 100 RWC [%] K14+5 S14+5 80 60 SZD W M T Odmiana Rys. 1. Względna zawartość wody w liściach RWC [%] badanych genotypów grochu siewnego (SZD- ZD 165, W-Wenus) i łubinu żółtego (M-Morocco4, T-Taper) po: (A) 1. dniu (K1, S1), (B) 14. dniach (K14, S14) oraz (C) 5 dniach wegetacji po suszy (K14+5, S14+5); wartości średnie ± SE, n = 4 W 1. dniu suszy łubiny i groch odm. Wenus wykazały wzrost zawartości białka w liściach (Rys. 2A). Natomiast w 14. dniu suszy wszystkie odmiany grochu oraz łubin 115 Katarzyna Juzoń, Edyta Skrzypek, Michał Dziurka, Izabela Marcińska odm. Morocco4 wykazały spadek zwartości białka (Rys. 2B). W 5. dniu rehydratacji u obydwu odmian łubinu oraz grochu odm. Wenus nie odnotowano istotnej różnicy w zawartości białka pomiędzy roślinami poddanymi suszy a kontrolnymi (Rys. 2C). 16 K1 S1 Zaw. białka [mg g -1 s.m.] Zaw. białka [mg g -1 s.m.] 16 12 K14 S14 12 8 4 0 SZD W Odmiana M 8 4 0 SZD T W M T Odm iana Zaw. białka [mg g -1 s.m.] 16 K14+5 S14+5 12 8 4 0 SZD W Odmiana M T Rys. 2. Zawartość białka w liściach badanych genotypów grochu siewnego (SZDZD 165, W-Wenus) i łubinu żółtego (M-Morocco4, T-Taper) po: (A) 1. dniu (K1, S1), (B) 14. dniach (K14, S14) oraz (C) 5 dniach wegetacji po suszy (K14+5, S14+5); wartości średnie ± SE, n = 4 Zawartość związków fenolowych w 1. dniu suszy wzrosła o ok. 10-20% (Rys. 3A), a w 14. dniu suszy o ok. 20-50% w porównaniu z roślinami kontrolnymi (Rys. 3B). Po rehydratacji, w 5. dniu po suszy, obserwowano spadek zawartości związków fenolowych u wszystkich odmian (Rys. 3C). 120 K1 100 S1 80 60 40 20 0 Zw. fenolowe [mg g -1 s.m.] Zw. fenolowe [mg g -1 s.m.] 120 K14 100 S14 80 60 40 20 0 SZD W Odmiana M T SZD W Odmiana M T Zw. fenolowe [mg g -1 s.m.] 120 K14+5 100 S14+5 80 60 40 20 0 SZD W M T Odmiana Rys. 3. Zawartość związków fenolowych w liściach badanych genotypów grochu siewnego (SZD- ZD 165, W-Wenus) i łubinu żółtego (M-Morocco4, T-Taper) po: (A) 1. dniu (K1, S1), (B) 14. dniach (K14, S14) oraz (C) 5 dniach wegetacji po suszy (K14+5, S14+5); wartości średnie ± SE, n = 4 116 Zmiany wartości żywieniowej roślin bobowatych… DYSKUSJA Stres wodny indukuje liczne biochemiczne i fizjologiczne zmiany w roślinach przyczyniając się do zaburzeń struktury i funkcjonowania komórek roślin [Fazeli i in. 2007]. Wartość RWC świadczy o produktywności roślin. Siddique i in. [2000] wykazali, że podczas wzrostu roślin stres suszy znacząco zredukował RWC u pszenicy od 45% do 88%. Również rośliny Dahlia pinnata Cav. poddane stresowi suszy wykazały istotny spadek wartości RWC, co związane było z wypływem jonów i uszkodzeniem membran [Fan i in. 2011]. W badaniach własnych rośliny grochu siewnego i łubinu żółtego także charakteryzowały się obniżeniem względnej zawartości wody w liściach w warunkach suszy glebowej. Susza hamowała syntezę białek w liściach jęczmienia, w nasionach soi oraz w liściach i korzeniach sezamu [Dornbos i Mullen 1992, Fazeli i in. 2007]. Redukcja zawartości białek u roślin sugeruje, że stres wodny może wzmagać produkcję reaktywnych form tlenu, które hamują syntezę protein bądź wywołują ich denaturację [Schwanz i in. 1996]. W przeprowadzonym doświadczeniu odnotowany spadek zawartości białek w liściach może wpływać na obniżenie wartości żywieniowej badanych roślin bobowatych. Odporność roślin na stres jest często regulowana poprzez metabolizm związków fenolowych [Dicko i in. 2005]. Związki fenolowe pełnią funkcje antyoksydacyjne, co wynika z ich właściwości oksydoredukcyjnych, umożliwiających „uprzątanie” reaktywnych form tlenu (RFT), a przez to zapobieganie powstawaniu stresu oksydacyjnego w komórkach poddanych działaniu różnych czynników stresowych. W badaniach własnych wzrost puli fenoli u roślin poddanych suszy wskazuje na ich udział w mechanizmach obronnych. Hamouz i in. [2010] również wykazali wzrost zawartości fenoli u ziemniaka, a Hura i in. [2009] w liściach pszenżyta jarego w warunkach deficytu wody. Autorzy sugerują udział fenoli w mechanizmie adaptacyjnym aparatu fotosyntetycznego do warunków deficytu wody w tkankach liści i ich wykorzystanie w selekcji roślin odpornych na suszę. WNIOSKI Stres suszy glebowej u łubinu i grochu wpływa na obniżenie względnej zawartości wody w liściach oraz wzrost zawartości białka i związków fenolowych. Rehydratacja w ciągu 5 dni nie wpływa na zawartość wody i białka w roślinach, ale obniża syntezę związków fenolowych. 117 Katarzyna Juzoń, Edyta Skrzypek, Michał Dziurka, Izabela Marcińska LITERATURA Bradford M. 1976. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye. Anal biochem., 72: 248-254 Dicko M. H. Gruppen H. Barro C. Traore A.S. Berkel W. J. H. Voragen A.G. J. 2005. Impact of phenolic compounds and related enzymes in sorhum varieties for resistance and susceptibility to biotic and abiotic stresses. J. Chem. Ecol., 31(11): 2671-2688 Dornbos D.L. Mullen R.E. 1992. Soybean seed protein and oil contents and fatty acid composition adjustments by drought and temperature. JAOCS, 69(3): 228-231 Fan S.L. Yuan Z.H. Feng L.J. Wang X.H. Ding X.M. Zhen H.L. 2011. Effects of drought stress on physiological and biochemical parameters of Dahlia pinnata. Chin. J. Appl. Ecol., 22(3): 651-657 Fazeli F. Ghorbanli M. Niknam V. 2007. Effect of drought on biomass, protein content, lipid peroxidation and antioxidant enzymes in two sesame cultivars. Biol. Plantarum, 51(1): 98-103 Hamouz K. Lachman J. Hejtmánková K. Pazderů K. Čižek M. Dvořák P. 2010. Effects of natural and growing conditions on the content of phenolics in potatoes with different flesh colour. Plant Soil Environ., 56(8): 368-374 Hura T. Hura K. Grzesiak St. 2009. Leaf Dehydration Induces Different Content of Phenolics and Ferulic Acid in Drought-Resistant and - Sensitive Genotypes of Spring Triticale. Z. Naturforsch., 64: 85-95 Łabędzki L. Leśny J. 2008. Skutki susz w rolnictwie – obecne i przewidywane w związku z globalnymi zmianami klimatycznymi. Wiadomości melioracyjne i łąkarskie, 1: 7-9 Lampart-Szczapa E. 1997. Nasiona roślin strączkowych w żywieniu człowieka. Wartość biologiczna i technologiczna. Zesz. Prob. Post. Nauk Roln., 446: 61-81 Schwanz P. Picon C. Vivin P. Dreyer E. Guehl J. Polle A. 1996. Response of antioxidative system to drought stress in pedunculate oak and maritime pine as modulated by elevated CO2. Plant Physiol., 110: 393-402 Siddique M.R.B. Hamid A. Islam M.S. 2000. Drought stress effects on water relations of wheat. Bot. Bull. Acad. Sin., 41: 35-39 Singleton V. S. Rossi J. A. Jr. 1965. Colorimetry of total phenolics with phosphomolybdicphosphotungstic acid reagent. Amer. J. Enol. Viticult., 16: 144-157 118 Zmiany wartości żywieniowej roślin bobowatych… Adres do korespondencji: Katarzyna Juzoń, Edyta Skrzypek, dr hab. Izabela Marcińska, prof. PAN, dr inż. Ilona Czyczyło-Mysza, Katarzyna Małek Zakład Biotechnologii dr Michał Dziurka Zakład Biologii Rozwoju Instytut Fizjologii Roślin Polska Akademia Nauk, ul. Niezapominajek 21, 30-239 Kraków e-mail: [email protected] Opiekun naukowy: dr hab. Izabela Marcińska, prof. PAN Badania wykonano w ramach projektu nr 621/N-COST/09/2010/0. 119 Agnieszka Kalandyk, Franciszek Dubert Maciej Maciejewski, Agnieszka Płażek EPISTEME 15/2012 s.121-129 ISSN 1895-4421 WPŁYW SUSZY GLEBOWEJ I ZASOLENIA NA PROCESY ZACHODZĄCE W TRAKCIE FAZY GENERATYWNEJ U GROCHU I ŁUBINU EFFECT OF SOIL DROUGHT AND SALINITY ON THE PROCESSES OCCURRING DURING THE GENERATIVE PHASE IN PEA AND LUPINE Abstrakt. W środowisku naturalnym czynnikiem kształtowania plonu jest dostępność wody. Niedobór wody glebowej, lub okresowe wahania jej zawartości, w coraz większym stopniu stają się przyczyną utraty plonu. Celem badań było porównanie przebiegu fazy generatywnej u roślin grochu siewnego i łubinu żółtego poddanych działaniu trzytygodniowej suszy do poziomu 25% polowej pojemności wodnej gleby, w warunkach doświadczenia wazonowego, prowadzonego w otwartym tunelu foliowym oraz grochu siewnego, łubinu żółtego i łubinu białego w warunkach zasolenia gleby. Skutki działania obydwu rodzajów stresów określano poprzez wyznaczenie parametrów charakteryzujących przebieg fazy generatywnej (liczba kwiatów, strąków oraz stopień aborcji kwiatów) i porównaniu z roślinami kontrolnymi. Uzyskane wyniki pozwalają stwierdzić, iż stres zasolenia silniej wpływa na proces odrzucania kwiatów, niż susza oraz, że łubin żółty odznacza się mniejszą wrażliwością na stres zasolenia, na etapie zawiązywania strąków, niż łubin biały i groch. Słowa kluczowe: łubin żółty (Lupinus luteus), łubin biały (Lupinus albus), groch siewny (Pisum sativum), stres suszy, stres solny Summary. The availability of water is a powerful factor shaping the plant yield. Soil water deficiency, or fluctuations in its content in the soil, are factors causing of loss of yield. The aim of the researches was to demonstrate differences in the course of the generative phase of plant pea and yellow lupine as subjected to a three-week drought to 25% of full soil humidity, in a pot experiment conducted in an open foil tunnel and field pea, yellow lupine and white lupine under salinity. The effects of both stresses was determined by setting the parameters that characterize the generative phase (number of flowers, pods, and the degree of abortion of flowers) as compared to control plants. The obtained results allow to conclude that salinity stress has a stronger influence on the flowers rejection, than the drought and that the yellow lupine is characterized by a lower sensitivity to salinity stress at the stage of setting pods than white lupine or pea. Key words: yellow lupine (Lupinus luteus), white lupine (Lupinus albus), pea (Pisum sativum), drought stress, salt stress 121 Agnieszka Kalandyk, Franciszek Dubert, Maciej Maciejewski, Agnieszka Płażek WSTĘP Niedobór wody glebowej, lub okresowe wahania jej zawartości w glebie, w coraz większym stopniu stają się przyczyną utraty plonu. Ich wpływ będzie nasilał się w miarę postępowania globalnych zmian klimatu, które skutkują wzrostem średniej rocznej temperatury, postępującym stepowieniem obszarów strefy umiarkowanej, a także rosnącymi niestabilnościami temperatury oraz opadów w sezonie wegetacyjnym. W warunkach Polski oznacza to, że w okresie wiosennym zwiększa się prawdopodobieństwo występowania przymrozków oraz suszy wynikającej z braku opadów i niewielkich zapasów wody pochodzącej z zimowych opadów śniegu. Skutki suszy nasilają się poprzez fakt, że aż około 60% powierzchni uprawnej Polski stanowią gleby lekkie i bardzo lekkie [Grzesiak i in. 1996]. Zasolenie gleb nabiera szczególnej wagi, gdyż stale rosnące zapotrzebowanie na żywność dla populacji ludzkiej wymusza wykorzystanie na uprawy rolnicze terenów wymagających intensywnego nawadniania lub obszarów dotąd nie wykorzystywanych ze względu na zasolenie [Munns 2002, Yamaguchi i Blumwald 2005]. Zasolenie, obejmujące ponad 6% powierzchni lądów, jest jedną z głównych przyczyn degradacji gleb [FAO 2008]. Intensywne stosowanie nawozów mineralnych i środków ochrony roślin, oraz używanie soli do odśnieżania dróg przyczynia się do nadmiernej akumulacji jonów Na+ i Cl- w glebie i roślinach. Celem badań było określenie różnic w przebiegu fazy generatywnej u badanych roślin strączkowych poddanych działaniu suszy glebowej w okresie kwitnienia i zawiązywania strąków, oraz w warunkach zasolenia, o stężeniu NaCl 20 mmol∙dm-3. MATERIAŁ I METODY W doświadczeniu z wpływem suszy materiałem do badań były dwie odmiany łubinu żółtego: Talar i Dukat, oraz dwie odmiany grochu siewnego: Bohun i Cysterski. Obydwa obiekty (susza i kontrola) składały się z 5 doniczek o śr. 25 cm i objętości ok. 8 litrów, wypełnionych uniwersalną ziemią ogrodniczą (firmy Hollas), w których rosło po 5 roślin. W okresie pełni kwitnienia roślin rozpoczęto trzytygodniowy okres suszy glebowej do poziomu 25% polowej pojemności wodnej gleby (FWC), dla której 100% FWC stanowiło 0,505 kg wody na 1kg suchej ziemi. Wilgotność podłoża w kontroli wynosiła 70% FWC. W doświadczeniu z wpływem zasolenia materiałem do badań był łubin żółty Baryt, łubin biały Butan i groch siewny Wenus. Rośliny wysiano w basenach wypełnionych perlitem i podlewano płynna pożywką, do której w badanym obiekcie dodawano NaCl do stężenia 20 mmol∙dm-3. Liczba 122 Wpływ suszy glebowej i zasolenia… roślin w obiekcie: 60 szt. dla łubinu żółtego i grochu oraz 25 szt. dla łubinu białego. Warunki „stresowe” dla eksperymentów dobrano doświadczalnie. W trakcie rozwoju roślin oznaczono parametry przebiegu fazy generatywnej, takie jak: liczba kwiatów, liczba produkcyjnych strąków, stopień odrzucania (aborcji) kwiatów. W doświadczeniu z suszą mierzono dodatkowo parametry plonu: liczba nasion w strąku, liczba i masa nasion z rośliny, masa 1000 nasion, a w doświadczeniu z zasoleniem, także współczynnik dyskryminacji izotopu węgla 13C. Wyniki poddano analizie statystycznej w programie StatSoft Statistica 10. Istotność różnic między obiektami sprawdzono przy pomocy Testu t. WYNIKI Wśród roślin poddanych działaniu suszy glebowej (Tab. 1), wyższy stopień aborcji kwiatów w stosunku do kontrolnych (o ok. 4%), wykazywał łubin Talar. W przypadku łubinu Dukat susza nie wpłynęła na stopień odrzucania kwiatów. Obydwie odmiany grochu w warunkach suszy zawiązały średnio o ok. 3,5% więcej strąków, niż w warunkach kontrolnych. Gatunek Liczba kwiatów strąków Stopień zawiązywania strąków1 Stopień aborcji kwiatów Kontrola Łubin żółty talar 21,3 4,5 21,3% 78,71% Łubin żółty dukat 16,3 3,7 22,8% 77,16% Groch Bohun 7,0 4,3 62,4% 37,62% Groch Cysterski 6,8 2,7 39,3% 60,73% Susza Łubin żółty talar 25,1 4,3 17,3% 82,74% Łubin żółty dukat 18,1 4,1 22,5% 77,48% Groch Bohun 6,1 4,0 66,0% 34,01% Groch Cysterski 8,1 3,5* 42,7% 57,27% Tab. 1. Parametry przebiegu fazy generatywnej u roślin kontrolnych i poddanych suszy (tabela zawiera wartości średnie dla 1 rośliny, 1gdzie 100% oznacza liczbę kwiatów, gwiazdką* oznaczono wartości statystycznie różne od kontroli, dla p< 0,05) Łubin Talar nie wykazywał statystycznie istotnych różnic w strukturze plonu w stosunku do kontroli (Tab. 2). Łubin Dukat, mimo iż w warunkach suszy wykształcił tyle samo strąków, co w warunkach kontrolnych (Tab. 1), 123 Agnieszka Kalandyk, Franciszek Dubert, Maciej Maciejewski, Agnieszka Płażek posiadał nasiona o masie średnio o ok. 30% większej, niż kontrolny (Tab. 2). Groch Bohun w warunkach suszy wytworzył mniej nasion w strąku, niż kontrolny i dodatkowo nasiona te były mniejsze, dlatego średnia masa nasion z rośliny jest aż o ok. 22% niższa, niż w kontroli (Tab. 2). Groch Cysterski w warunkach suszy wykształcił mniej nasion w strąku, niż kontrolny, były one jednak o ok. 6% większe od kontrolnych, dlatego średnia masa nasion z rośliny nie różni się istotnie od kontroli (Tab. 2). Masa nasion [g] 1000 nasion Liczba nasion z rośliny 1000 nasion z rośliny Masa nasion [g] z rośliny Gatunek w strąku Liczba nasion Susza z rośliny Kontrola w strąku Ttraktowanie Łubin żółty talar 3,3 14,9 1,198 74,975 3,0 13,1 1,280 85,549 Łubin żółty dukat 2,7 72,087 2,8 11,2 1,054 95,562* 9,9 0,782 Groch Bohun 3,9 16,8 4,300 259,441 3,3* 13,3 3,333* 250,171 Groch Cysterski 4,5 12,0 3,087 256,106 3,3* 11,6 3,110 272,726* Tab. 2. Wybrane parametry plonu dla roślin poddanych suszy w porównaniu z kontrolą (tabela zawiera wartości średnie dla 1 rośliny, gwiazdką* oznaczono wartości statystycznie różne od kontroli, dla p< 0,05) Gatunek Liczba kwiatów strąków Stopień zawiązywania strąków1 Stopień aborcji kwiatów 28,9% 71,08% Kontrola Łubin Żółty baryt 25,5 7,4 Łubin Biały butan 42,7 12,1 28,5% 71,54% Groch Wenus 12,1 7,7 63,7% 36,30% 23,5% 76,46% 20 mmol∙dm-3 NaCl Łubin Żółty baryt 28,4 6,7 Łubin Biały butan 30,8 4,5* 14,7% 85,32% Groch Wenus 12,1 6,0* 49,3% 50,69% Tab. 3. Parametry przebiegu fazy generatywnej u roślin kontrolnych i poddanych zasoleniu (tabela zawiera wartości średnie dla 1 rośliny, 1gdzie 100% oznacza liczbę kwiatów, gwiazdką* oznaczono wartości statystycznie różne od kontroli, dla p< 0,05) 124 Wpływ suszy glebowej i zasolenia… Rośliny poddane zasoleniu wykazywały większy stopień aborcji kwiatów w stosunku do kontrolnych (Tab. 3). Groch, który charakteryzował się dużo niższym stopniem aborcji kwiatów niż gatunki łubinów, w warunkach zasolenia odrzucił najwięcej, bo aż o 14,39% więcej kwiatów, w porównaniu z kontrolą. Najmniej wrażliwy okazał się łubin żółty. Łubin biały, u którego stopień aborcji kwiatów był u roślin kontrolnych na poziomie zbliżonym do łubinu żółtego, w warunkach zasolenia utracił aż o 13,78% więcej kwiatów. Wśród badanej grupy roślin występowały różnice w stosunku izotopów 13 C/12C zarówno między gatunkami, jak i pomiędzy poszczególnymi organami (Tab. 4). Dyskryminacja 13C była największa u łubinu białego a najmniejsza u grochu. Wśród organów najniższy współczynnik wykazywały liście, a najwyższy nasiona, a więc w tej samej kolejności zwiększał się w tkankach udział asymilatów pochodzących z „wewnętrznego”, nie zaś z atmosferycznego dwutlenku węgla. U wszystkich badanych gatunków stres solny spowodował zwiększenie stosunku 13C/12C we wszystkich organach. Gatunek łodyga Łubin Żółty baryt -30,37 Łubin Biały butan Groch Wenus liście wąsy strąki nasiona -31,20 ― -28,25 -27,89 -30,96 -32,70 ― -30,32 ― -29,27 -30,13 -30,04 -28,65 -27,47 Kontrola 20 mmol∙dm NaCl -3 Łubin Żółty baryt -28,97 -30,71 ― -27,30 -26,73 Łubin biały butan -29,64 -31,40 ― -29,68 ― Groch Wenus -28,50 -29,87 -29,14 -27,76 ― Tab. 4. Porównanie stosunku węgla 13C/12C u roślin kontrolnych i poddanych zasoleniu DYSKUSJA Mniejsza liczba zawiązanych strąków spowodowana działaniem stresu, nie musi oznaczać mniejszej masy nasion uzyskanych z rośliny, bowiem rośliny wykształciły mechanizmy obronne, które pozwalają na minimalizowanie skutków stresu i utrzymanie homeostazy. Jeden z nich, zwany strategią unikania, polega na unikaniu czynnika zagrażającego poprzez wytworzenie barier, które przeciwdziałają przenikaniu czynnika stresowego do wnętrza rośliny. Drugi, określany mianem tolerancji, opiera się na wykształceniu 125 Agnieszka Kalandyk, Franciszek Dubert, Maciej Maciejewski, Agnieszka Płażek mechanizmów wewnątrzkomórkowych, minimalizujących uszkodzenia i umożliwiających naprawę negatywnych skutków wywołanych działaniem czynnika stresującego [Levitt 1972, Munns 2002, Dajic 2006]. Różnice w odpowiedzi badanych roślin na bodziec stresowy mogą wynikać z uwarunkowań genetycznych poszczególnych gatunków i odmian. Prawdopodobnie nie bez znaczenia pozostaje fakt, iż susza nie trwała do końca wegetacji łubinów i w trakcie dojrzewania nasion rośliny miały już optymalne warunki. Groch natomiast, który kwitnie i dojrzewa wcześniej, wytworzył nasiona jeszcze podczas trwania suszy. Można zatem wnioskować, że u roślin poddanych stresowi w trakcie kwitnienia, stopień aborcji kwiatów jest większy, natomiast końcowy plon zależy od momentu zakończenia działania stresu. Jeżeli czynnik stresowy przestanie działać jeszcze przed etapem wytwarzania nasion, to mniejszą liczbę strąków może zrekompensować większa masa nasion. Powyższe efekty świadczą, że rośliny obu badanych gatunków charakteryzują się zdolnością do późniejszej kompensacji niekorzystnego oddziaływania suszy, a więc, że dysponują „rezerwami” zdolności do wytwarzania i utylizacji produktów fotosyntezy, które ujawniają się wraz z poprawą warunków pogodowych. Nadmierne zasolenie wpływa na wytwarzanie, żywotność i funkcjonowanie organów reprodukcyjnych. Wyniki badań na zbożach wykazały, że w warunkach zasolenia dochodzi do redukcji liczby kwiatów w kłoskach, jednak u analizowanych gatunków nie stwierdzono wyższego stężenia jonów Na+ w wierzchołku generatywnym, dlatego autorzy sugerują, iż sygnały wysyłane z organów wegetatywnych, dotkniętych zasoleniem, powodują zmiany w organach generatywnych [Munns i Rawson 1999]. Badania prowadzone na Arabidopsis dowiodły, że w warunkach stresu solnego roślina dokonuje aborcji rozwijających się zalążków lub zarodków [Sun i in. 2004]. Obniżoną zdolność do rozmnażania generatywnego stwierdzono u roślin z poboczy szlaków komunikacyjnych, gdzie negatywny wpływ zasolenia potęgowany był obecnością metali ciężkich [Kłosowska i in. 2009]. Przykładem wpływu zasolenia na żywotność pyłku mogą być badania na roślinach kupkówki pospolitej. W warunkach zasolenia naturalnego żywotność pyłku tego gatunku wynosiła około 94%, natomiast żywotność pyłku okazów rosnących na pasach środkowych trasy E8 uległa obniżeniu i wynosiła od 88% do 91% [Grynia i in. 1989, Kłosowska i in. 2009]. Jeżeli zawartość soli w roztworze glebowym przekracza taką wartość, dla której potencjał wodny gleby jest niższy od potencjału wodnego komórek roślin [Starck i in. 1995], zdolność roślin do pobierania wody zostaje ograniczona, co 126 Wpływ suszy glebowej i zasolenia… prowadzi do stresu osmotycznego i spowolnienia wzrostu [Xiong i Zhu 2002, Munns i in. 2006]. Bhatt i in. [2008] podają, że w roślinach w warunkach suszy fizjologicznej zawartość wody we wszystkich organach spada, dochodzi do utraty turgoru wzrasta poziom kwasu abscysynowego, następuje zamykanie szparek i w efekcie dochodzi do zaburzeń wymiany gazowej i obniżenia wydajności fotosyntezy [Pawłowicz 2004, Munns i Tester 2008]. Rośliny w procesie fotosyntezy preferują dwutlenek węgla zawierający izotop węgla 12C względem izotopu 13C. Dotyczy to głównie enzymu RuBisCo. Jest to enzym inicjujący fotosyntetyczne wiązanie CO2 u roślin C-3. Dlatego stosunek izotopów 13C/12C jest w tych roślinach niższy, niż w atmosferze [Park i Epstein 1961]. Natomiast enzymy karboksylujące, czynne u roślin C-4 oraz w warunkach przymkniętych szparek podobnej dyskryminacji nie wykazują. Tak więc wielkość dyskryminacji wskazuje jak często rośliny prowadziły fotosyntezę przy zamkniętych szparkach, a więc w warunkach deficytu wody. Stres solny zwiększa stosunek 13C/12C. Wynika z tego, że zasolenie działa podobnie do stresu suszy, ponieważ podobne wyniki dyskryminacji występują w literaturze dotyczącej roślin poddanych działaniu suszy [Richards 1996]. WNIOSKI U roślin łubinu żółtego poddanych stresowi suszy w trakcie kwitnienia, stopień aborcji kwiatów jest większy, niż u roślin kontrolnych. Mniejszą liczbę strąków, spowodowaną działaniem stresu, może rekompensować większa masa nasion. Spośród badanych odmian łubinu bardziej odporna na działanie suszy jest odmiana Dukat, a wśród badanych odmian grochu bardziej odporna jest odmiana Cysterski. Końcowy plon roślin poddanych stresowi suszy, zależy od momentu zakończenia działania czynnika stresowego. Rośliny poddane zasoleniu wykazują większy stopień aborcji kwiatów w stosunku do kontrolnych. Największą wrażliwością na warunki zasolenia, w fazie zawiązywania strąków cechuje się groch, a najmniejszą łubin żółty. Stres solny wpływa na podwyższenie stosunku 13C/12C, a zatem większe wykorzystanie przez rośliny w stresie izotopu 13C. 127 Agnieszka Kalandyk, Franciszek Dubert, Maciej Maciejewski, Agnieszka Płażek LITERATURA Grzesiak S., Filek W., Skrudlik G., Pieńkowski S. 1996. Międzyodmianowe zróżnicowanie reakcji na działanie suszy kilku gatunków roślin strączkowych. Mat. Ogolnopol. Konfer. „Ekofizjologiczne aspekty reakcji roślin na działanie abiotycznych czynników stresowych”, Kraków 23 – 25 listopada, 275-277. Bhatt M. J., Patel A. D., Bhatti P. M., Pandey A. N. 2008. Effect of soil salinity on growth, water status and nutrient accumulation in seedlings of Ziziphus mauritiana (Rhamnaceae). J. Fruit Ornament. Plant Res. 16, 383–401. Dajic Z. 2006. Salt stress. [W:] Physiology and molecular biology of stress tolerance in plants. Madhava Rao K. V., Raghavendra A. S., Janardhan Reddy K. (red.). Springer, Dordrecht, 41–99. FAO 2008. FAO Land and Plant Nutrition Management Service. www.fao.org/ag/agl/ agll/spush Grynia M., Kryszak A., Grzelak M. 1989. Zasolenie gleby a roślinność zielna w pobliżu szlaków komunikacyjnych. Aura 2, 11–13. Kłosowska K., Izmaiłow R., Muszyńska E. 2009. Effect of contaminated habitat of main road verges on embryological processes of the selected plant species (Lotus corniculatus L. and Lepidium ruderale L.). [W:] Pierwiastki, środowisko i życie człowieka. Pasternak K. (red.). Sysyem-Graf, Lublin, 123–132. Levit J. 1972. Responses of plants to environmental stresses. Academic Press, New York. Munns R. Tester M. 2008. Mechanisms of salinity tolerance. Ann. Rev. Plant Biol. 59, 651–681. Munns R. 2002. Comparative physiology of salt and water stress. Plant Cell Environ. 25, 239–250. Munns R., Rawson H. M. 1999. Effect of salinity on salt accumulation and reproductive development in the apical meristem of wheat and barley. Austr. J. Plant Physiol. 26, 459–464. Munns R., James R. A., Läuchli A. 2006. Approaches to increasing the salt tolerance of wheat and other cereals. J. Exp. Bot. 57, 1025–1043. Park R., Epstein S. 1961. Mietabolic fractionation of C13 & C12 in plants. Plant Physiology 2, vol. 36. Pawłowicz I. 2004. Fizjologiczna i molekularna odpowiedź rośliny na stres dehydratacyjny. Post. Biol. Kom. 31, 191–209. Richards, R. A. 1996. Defining selection criteria to improve yield under drought. Plant Grow. Reg., 20: 157-166. 128 Wpływ suszy glebowej i zasolenia… Starck Z., Chołuj D., Niemyska B. 1995. Fizjologiczne reakcje roślin na niekorzystne czynniki środowiska. SGGW, Warszawa. Sun K., Hunt K., Hauser B. A. 2004. Ovule abortion in Arabidopsis triggered by stress. Plant Physiol. 135, 2358–2367. Xiong L., Zhu J.-K. 2002. Salt tolerance. [W:] The Arabidopsis book. Somerville C. R., Meyerowitz E. M. (red.). Society of Plant Biologists, Rockville, MD. DOI/10.1199/tab.0048 http://www. aspb.org/publications/arabidopsis/. Yamaguchi T., Blumwald E. 2005. Developing salttolerant crop plants: challenges and opportunities. Trends Plant Sci. 10, 615–620. Adres do korespondencji: Agnieszka Kalandyk, prof. dr hab. Franciszek Dubert, Maciej Maciejewski Instytut Fizjologii Roślin Polska Akademia Nauk w Krakowie e-mail: [email protected], [email protected], [email protected] prof. dr hab. Agnieszka Płażek Katedra Fizjologii Roślin, Wydział Rolniczo – Ekonomiczny Uniwersytet Rolniczy w Krakowie e-mail: [email protected] Opiekun naukowy: prof. dr hab. Franciszek Dubert 129 Jacek Kostuch EPISTEME 15/2012 s.131-139 ISSN 1895-4421 SKŁAD FLORYSTYCZNY ZBIOROWISK TRAWIASTYCH GÓRNEJ ZLEWNI GRAJCARKA PO ZAPRZESTANIU ICH UŻYTKOWANIA BOTANICAL COMPOSITION OF GRASS COMMUNITIES IN UPPER BASIN OF GRAJCAREK RIVER AFTER THE STOP UTILISATION OF SWARD Abstrakt. Treścią niniejszego opracowania, są zmiany florystyczne runi terenów wypasowych w górnej zlewni Grajcarka, które nastąpiły po zaprzestaniu wypasu owiec w latach 90-tych XX w. Zarejestrowano również skład gatunkowy zbiorowisk roślinnych powstałych w procesie samozadarnienia odłogowanych gruntów ornych. Zdjęcia fitosocjologiczne wykonano metodą Brauna-Blanquet’a. Na terenach wypasowych, wykonano zdjęcia fitosocjologiczne w tych miejscach, gdzie jeszcze w latach 80-tych ubiegłego stulecia wypas był prowadzony i istniała dokumentacja fitosocjologiczna runi z tamtego okresu. Porównanie zdjęć fitosocjologicznych z lat 70-tych ubiegłego wieku, kiedy był prowadzony intensywny wypas owiec oraz z lat 2005 - 2008, po zaniechaniu wypasu, daje wyraźny obraz zmian florystycznych runi. Wszystkie zaistniałe zmiany spowodowane zaniechaniem wypasu są w pracy omówione i zinterpretowane. Słowa kluczowe: Tereny wypasowe, skład gatunkowy runi, zaniechanie wypasu, zdjęcia fitosocjologiczne, zbiorowiska trawiaste, samozadarnienie, różnorodność florystyczna Summary. The content of the paper are a floristical changes of the pastures sward, which there are on the upper basin of Grajcarek river, after 1989 year, when by reason of economic the sheep grazing was stopped. After about 16 years from the time it was found that sward is changed in respect of botanical composition of the sward made in years 2005-2008 and comparison with phytosociological releves according to BraunBlanquet’s method from earlier period, when the sheep grazing was applicated shows that the number plant species in the sward is bigger at the present time. Changes the botanical composition the pastures sward after discontinue sheep grazing is the main aim of this paper. Also registered the species composition of plant communities formed during selfsodding fallow arable land. Key words: Grazing areas, the species composition of sward, grazing abandonment, grass communities, floristic diversity, selfsodding, phytosociological records 131 Jacek Kostuch WSTĘP Zbiorowiska roślinności trawiastej, występujące na naszym globie, podobnie zresztą jak wszystkie inne zbiorowiska roślinne, nie są stale identyczne, chociaż rozwijają się na tych samych siedliskach. Ich skład gatunkowy zmienia się pod wpływem zachodzących zmian klimatycznych, hydrologicznych, troficznych, i sposobu użytkowania, odpowiednio się do nich przystosowując, o czym świadczy ich odmienność fizjonomiczna. Dzięki tego rodzaju sukcesji roślinnej, powstają zbiorowiska najlepiej przystosowane do warunków klimatycznych, które Klika (1955), nazwał zespołami klimaksowymi a Kulczyński (1939,1940) w odniesieniu do nadmiernego uwilgotnienia - zespołami roślinności hydrofilnej, Pawłowski (1950) - zespołami roślinności łąk kośnych i użytkowanej pastwiskowo, a skrajnie wyjałowionych górskich użytków zielonych zespołami roślinności oligotroficznej R. Kostuch (1968). Zauważalne zmiany florystyczne na terenach wypasowych górnej zlewni Grajcarka po zaprzestaniu użytkowania, oraz roślinność samozadarnionych gruntów ornych, skłoniły mnie do podjęcia niniejszych badań. Celem pracy jest wykazanie zmian florystycznych runi, po roku 1990 i porównanie z wcześniejszym okresem MATERIAŁ I METODY Badaniami objęto tereny wypasowe Jaworek, które w latach 90-tych przestały być użytkowane. Znajdują się one w górnej zlewni Grajcarka, na którą składają się zlewnie cząstkowe Białej Wody, Czarnej Wody, Skalskiego i Kamionki o łącznej powierzchni trawiastej około 1000 ha (Figuła 1966, Kostuch 1966, Kostuch i Król 1966). Zgodnie z podziałem fizycznogeograficznym Polski (Kondracki 1964, 2002), wymienione tereny położone są w obrębie dwóch mezoregionów : Pienin oraz Beskidu Sądeckiego. Rejestrowano skład botaniczny runi trawiastych oraz odłogowanych gruntów ornych, które uległy samozadarnieniu. Zdjęcia fitosocjologiczne na dawnych terenach wypasowych, wykonywano w tych miejscach, gdzie istniała dokumentacja fitosocjologiczna z poprzedniego okresu, znajdująca się w podanych publikacjach, dotycząca Białej Wody i Czarnej Wody (Kostuch 1966, Kostuch i Król 1966). Dla pozostałych zlewni również istnieje dokumentacja fitosocjologiczna, która nie była publikowana, wykonana przez R. Kostucha. Badania prowadzono w przedziale hipsometrycznym od 600 – 950 m n.p.m. zarówno na ekspozycjach stoków północnych jak i południowych. Dominowały gleby brunatne kwaśne, a na zlewniach pienińskich również rędziny (Komornicki 1958). Cały obszar badań zaliczany jest wg. Gumińskiego (1951) do XXI dzielnicy klimatycznej z typowym klimatem górskim, o okresie wegetacji między 180 a 190 dni. 132 Skład florystyczny zbiorowisk trwiastych górnej zlewni… Metodyka badań polegała na znalezieniu w omawianym terenie tych miejsc, gdzie w okresie trwania wypasów przed rokiem 1990, wykonane zostały zdjęcia fitosocjologiczne runi pastwiskowej i można było do nich nawiązać w badaniach aktualnych. Porównanie zdjęć fitosocjologicznych runi pastwiskowej, wykonanych na tych samych powierzchniach we wcześniejszym okresie, kiedy prowadzony był intensywny wypas owiec, przy średniej obsadzie wynoszącej 15 sztuk/ha, ze zdjęciami fitosocjologicznymi wykonanymi w latach 2005-2008, po kilkunastoletnim zaniechaniu wypasów, umożliwia dokonanie oceny zaistniałych zmian florystycznych runi pastwiskowej. Zdjęcia fitosocjologiczne w obu porównywanych ze sobą terminach, wykonywano tą samą metodą Brauna-Blanquet’a i w tych samych okresach wegetacyjnych, przypadających na lipiec, co miało na celu zachowanie jak najmniejszego zróżnicowania warunków środowiskowych i faz fenologicznych. Porównanie składu botanicznego pozwoliło na uchwycenie zaistniałych różnic. Łącznie wykonano ponad 90 zdjęć fitosocjologicznych. WYNIKI Analiza porównawcza zdjęć fitosocjologicznych z obu okresów badań, dowodzi w sposób ewidentny, że zaprzestanie wypasu owiec spowodowało nie tylko zmiany udziału w runi poszczególnych gatunków ale też pojawienie się w niej gatunków, których w okresie prowadzenia wypasu nie notowano. Liczby gatunków tworzących zbiorowiska roślinne w czasie trwania wypasu i po jego zaniechaniu podano w niniejszej tabeli: Zlewnia Liczba gatunków tworzących ruń W okresie wypasu Po zaniechaniu wypasu Biała Woda 17 33 Czarna Woda 17 32 Skalski 16 30 Kamionka 18 31 Tab. 1. Średnia liczba gatunków tworzących ruń, ze wszystkich zdjęć fitosocjologicznych w porównywanych okresach badawczych W porównaniu z okresem wcześniejszym, zwiększyła się, przede wszystkim, liczba gatunków roślin dwuliściennych, należących do różnych rodzin botanicznych. Są to: pępawa dwuletnia (Crepis biennis), złocień pospolity (Leucanthemum vulgare), dzwonek rozpierzchły (Campanula patula) oraz chaber łąkowy (Centaurea jacea) i chaber ostrołuskowy (Centaurea oxylepis), których na wypasanych owcami pastwiskach nie spotykano albo tylko bardzo rzadko oraz takie, które występowały w niewielkich ilościach, a teraz są liczne jak: przytulia łąkowa (Galium mollugo), przytulia właściwa (Galium 133 Jacek Kostuch verum), przytulia wiosenna (Galium vernum). Na niższych wzniesieniach wystąpił nawet mieczyk dachówkowaty (Gladiolus imbricatus), którego dawniej przy wypasie owiec nie notowano na tych powierzchniach. Dotyczy to również konietlicy łąkowej (Trisetum flavescens), gwiazdnicy trawiastej (Stellaria graminea), barszczu zwyczajnego (Heracleum sphondylium), dziurawca czworobocznego (Hypericum maculatum), krzyżownicy pospolitej i czubatej (Polygala vulgaris, P. comosa). W mniejszych ilościach, niż w czasie wypasu, rosną obecnie: stokroć trwała (Bellis perennis), przywrotnik pasterski (Alchemilla monticola), babka większa (Plantago major), jaskier sardyński (Ranunculus sardous) oraz wiechlina roczna (Poa annua). Wyraźne zmiany nastąpiły też w grupie roślin bobowatych (Fabaceae). W miejsce ustępującej koniczyny białej zwiększyły swój udział: koniczyna łąkowa (Trifolium pratense), koniczyna pogięta (Trifolium medium), wyka drobnokwiatowa (Vicia hirsuta), wyka ptasia (Vicia cracca), komonica zwyczajna (Lotus corniculatus), a nieco rzadziej także przelot pospolity (Anthylis vulneraria). Wzrost udziału w runi wymienionych gatunków jest na tyle duży, że na stokach południowych uwidacznia się to różowofioletowo-żółtymi plamami, barwiącymi ruń trawiastą. Znacznie większy udział mają wymienione gatunki na południowych ekspozycjach stoków niż na północnych. Pewien wyjątek pod tym względem stanowi tylko koniczyna pogięta, która na północnych stokach występuje obficiej niż na południowych. Najwięcej jednak wymienionych roślin bobowatych występuje na obszarach zlewni pienińskich, gdzie podłoże geologiczne stanowią utwory wapienne, a szczególnie jurajskie. Wprawdzie po zaniechaniu wypasu nastąpiła redukcja udziału w runi koniczyny białej, ale z tej samej rodziny botanicznej zwiększyły swój udział wymienione powyżej gatunki. Stwierdzenie takich zmian w zespole roślinności pastwiskowej, jakim w omawianych warunkach był zespół życicy trwałej i grzebienicy pospolitej (Lolio-Cynosuretum), zauważono niezależnie od wysokości n.p.m., ekspozycji stoków, a nawet spadków stoków. W czasie prowadzenia wypasu owiec dominującymi gatunkami wymienionego zespołu roślinnego były życica trwała (Lolium perenne), koniczyna biała (Trifolium repens), a nieco rzadziej także grzebienica pospolita (Cynosurus cristatus). Wszystkie te gatunki, po zaniechaniu wypasu wyraźnie zmniejszyły swój udział w runi, chociaż z niej całkowicie nie ustąpiły. W ich miejsce zwiększyły swój udział w runi: kostrzewa łąkowa (Festuca pratensis), kupkówka pospolita (Dactylis glomerata), mietlica pospolita (Agrostis capillaris), a w nieco mniejszych ilościach tymotka łąkowa (Phleum pratense). Kostrzewa łąkowa i tymotka łąkowa uwidoczniły się szczególnie na stokach północnych, a kupkówka pospolita i mietlica pospolita na stokach południowych. Na wyższych wzniesieniach terenu, gdzie występowały zbiorowiska bliźniczki psiej trawki (Nardus stricta) nastąpiło wyraźne zmniejszenie 134 Skład florystyczny zbiorowisk trwiastych górnej zlewni… się udziału tego gatunku w pokryciu powierzchni na korzyść kostrzewy czerwonej (Festuca rubra), mietlicy pospolitej (Agrostis capillaris), a w mniejszym stopniu także wiechliny łąkowej (Poa pratensis). W runi pojawiły się także: dzwonek rozpierzchły, kupkówka pospolita, złocień pospolity, chaber ostrołuskowy oraz koniczyna pogięta . Odłogowane od dłuższego czasu grunty orne, przekształciły się w procesie samozadarnienia w użytki zielone. Bogactwo florystyczne tych terenów było największe a liczba występujących gatunków wynosiła od 38 do 61 w poszczególnych zdjęciach fitosocjologicznych. Ich ruń tworzą zazwyczaj: perz właściwy (Agropyron repens), rajgras wyniosły (Arrhenatherum elatius), stokłosa bezostna (Bromus inermis), a ponadto na stokach południowych kupkówka pospolita, a na północnych w większych ilościach także kostrzewa łąkowa, tymotka łąkowa oraz konietlica łąkowa, a nawet śmiałek darniowy (Deschampsia caespitosa). Dość często rośnie też mieczyk dachówkowaty oraz chaber łąkowy, złocień pospolity, koniczyna pogięta łąkowa i biała. Liczna pod względem występujących gatunków jest grupa roślin zielnych, w której znajdują się zarówno rośliny synantropijne typowe dla gruntów ornych, do których należą: ostrożeń polny (Cirsium arvense), powój polony (Convolvulus arvensis), mlecz polny (Sonchus arvensis), rdestówka powojowata (Fallopia convolvulus), komosa biała (Chenopodium album), chwastnica jednostronna (Echinochloa crus-galli) i inne, a z traw perz własciwy i kłosówka miękka (Holcus mollis). Gatunki ruderalne reprezentują: pokrzywa zwyczajna (Urtica dioica), szczaw tępolistny (Rumex obtusifolius), bylica pospolita (Artemisia vulgaris), a zioła i chwasty łąkowe: szczaw zwyczajny (Rumex acetosa), żywokost lekarski (Symphytum officinale), babka lancetowata (Plantago lanceolata), rumian psi (Anthemis cotula) i inne . DYSKUSJA Analizując zmiany składu gatunkowego runi terenów wypasowych górnej zlewni Grajcarka po zaprzestaniu wypasu owiec w latach dziewięćdziesiątych ubiegłego stulecia, należy podkreślić, że są one ewidentnie duże, zarówno pod względem ilościowym jak też jakościowym. Z jednej strony zmniejszyło się występowanie gatunków dominujących dawniej na terenach wypasanych owcami, a szczególnie życicy trwałej i koniczyny białej. Nastąpiło także zwiększenie liczby gatunków tworzących ruń, gdyż pojawiły się takie, których wcześniej nie notowano, w tym także rośliny kwiatowe. W wyniku tego ruń stała się kolorystycznie bardziej urozmaicona. Nastąpiło też przekształcenie się zespołów roślinnych. Zespół życicy trwałej i grzebienicy pospolitej (Lolio–Cynosuretum), który występował w czasie prowadzenia wypasów, po ich zaprzestaniu przekształcił się w zespół mietlicy pospolitej 135 Jacek Kostuch z mieczykiem dachówkowatym (Gladiolo–Agrostietum), o czym świadczy pojawienie się w nieużytkowanej od dłuższego czasu runi pastwiskowej gatunków dla niego charakterystycznych, jak mieczyk dachówkowaty i chaber ostrołuskowy. Tam, gdzie wypas owiec miał miejsce poniżej 700 m n.p.m., czyli w dolinowych obniżeniach terenu, zespół roślinności pastwiskowej przekształcił się w zespół rajgrasu wyniosłego (Arrhenatheretum elatioris). Podobny trend sukcesyjny cechuje samozadarnianie się odłogowanych gruntów ornych (Kostuch i Jagła1978, Kostuch J. 2004). Zespół bliźniczki psiej trawki (Hieracio-Nardetum), który występował na najwyższych wzniesieniach omawianych terenów wypasowych, też ulegał florystycznym i fitosocjologicznym przekształceniom w zespół mietlicy z mieczykiem (Gladiolo-Agrostietum). Odbywa się to jednak znacznie wolniej, a występowanie mieczyka na tych wysokościach jest znacznie rzadsze. W miejsce ustępującej bliźniczki wkraczają zazwyczaj dwie trawy a to: mietlica pospolita i kostrzewa czerwona, przy czym ta druga staje się częściej zdecydowanym dominantem. (Kostuch J. 2011) O przekształcaniu się jednych zespołów w inne w wyniku przebiegu sukcesji roślinnej pisano już wcześniej (Figuła i in. 1974, Jagła i in. 1977, Jagła i Kostuch 1978, Kostuch 1968, Kostuch 1976, Kostuch 1978). Z danych literaturowych wynika, że zespoły roślinne nie są stabilne. Można je przekształcać zarówno przez nawożenie jak i też użytkowanie runi, zmianę uwilgotnienia siedlisk, oraz inną działalność antropogeniczną. Przekształcanie się zespołów roślinnych może się też odbywać, jak wykazały powyższe badania, samoczynnie czyli bez ingerencji człowieka. Odnosi się to szczególnie do zespołu życicy trwałej i grzebienicy pospolitej (Lolio– Cynosuretum), który wykształca się wyłącznie przy intensywnym wypasie zwierząt, a po jego zaniechaniu przekształca się ponownie w zespół, z którego się wytworzył. W przypadku runi bliźniczkowej (Hieracio–Nardetum) jest nieco inaczej. Wytworzony on został przy koszeniu runi na siedliskach o skrajnym wyjałowieniu. Prowadzenie intensywnego wypasu prowadzi do likwidacji runi bliźniczkowej ale zachodzi to powoli. Aktualnie zanikanie bliźniczysk przebiega szybciej, ze względu na stosunkowo duży opad azotu z atmosfery (suchy i mokry), który wg. Sapka (2011), dochodzić może nawet �1 do 40 kg rocznie. Takie zasilanie wykorzystują lepiej gatunki azotolubne, które skutecznie konkurują z bliźniczką. Ustępowanie bliźniczki stwierdza się z tego powodu w całych Karpatach (Kostuch i in. 1992). Oprócz zmian wynikających z zaniechania wypasu zaszły też zmiany w strukturze użytkowania terenu, gdyż około 10% powierzchni terenów wypasowych zostało zalesione, gdzie nie było to uzasadnione względami ekonomicznymi, ze szkodą dla turystyki. 136 Skład florystyczny zbiorowisk trwiastych górnej zlewni… WNIOSKI • Wskutek transformacji ustrojowej, zmniejszył się popyt i obniżyła opłacalność produkcji rolniczej, co spowodowało zmniejszenie pogłowia zwierząt gospodarskich, w tym również podhalańskich owiec. Tereny wypasowe Jaworek przestały być użytkowane, a grunty rolne pozostawiono odłogiem. • Brak wypasu runi spowodował zmiany florystyczne dotychczasowych zbiorowisk roślinności pastwiskowej, co zostało udokumentowane badaniami porównawczymi . • We wszystkich wykonanych zdjęciach fitosocjologicznych stwierdzono wyraźny wzrost liczebności gatunkowej roślin. Wyraźnie zmienił się także udział w runi wielu gatunków roślin, przy czym jednych się zwiększył a innych zmniejszył. • Zaistniałe zmiany florystyczne polegają na przekształcaniu się zespołów roślinnych: Zespołu Lolio-Cynosuretum w zespół GladioloAgrostietum, a w niższych partiach terenu w Arrhenatheretum elatioris. Zespół Hieracio-Nardetum przekształca się z zbiorowisko Festuca rubra, a w korzystniejszych warunkach glebowych również w zespół Gladiolo-Agrostietum. Równocześnie we wszystkich tych zespołach i zbiorowiskach zwiększa się liczba gatunków roślin naczyniowych, a szczególnie z rodziny bobowatych i innych gatunków zielnych oraz traw. • W dawnym zespole Lolio-Cynosuretum wyraźnie zmniejszyły swój udział w runi: życica trwała (Lolium perenne), koniczyna biała (Trifolium repens) oraz grzebienica pospolita (Cynosurus cristatus), a zwiększyły kupkówka pospolita (Dactylis glomerata), mietlica pospolita (Agrostis capillaris), rajgras wyniosły (Arrhenatherum elatius), kostrzewa łąkowa (Festuca pratensis). • Po zaprzestaniu użytkowania pastwiskowego zwiększyła się liczebność gatunków roślin bobowatych i innych kwiatowych z różnych rodzin botanicznych. • Na odłogowanych gruntach ornych, które uległy samozadarnieniu bogactwo florystyczne było największe. 137 Jacek Kostuch LITERATURA Figuła K. 1959. Kształtowanie się bilansu wodnego na małych zlewniach górskich w świetle kilkuletnich doświadczeń w Jaworkach. Zesz. Nauk. WSR Kraków z. 8: 89-107. Figuła K., Kopeć S., Nagawiecka H. 1974. Kształtowanie się retencji gleb użytków zielonych w zależności od wystawy i wzniesienia n.p.m. Rocz. Nauk Roln. 78 F-3: 53-67. Gumiński R. 1951. Meteorologia i klimatologia dla rolników. PWRiL, Warszawa. Jagła S., Kostuch R., Kopeć S. Karkoszka W. 1977. Ocena zagospodarowania i wykorzystania terenów wypasowych w Jaworkach. Probl. Zag. Ziem Górsk. z. 18: 47-65. Jagła S., Kostuch R. 1978. Sukcesja roślinna odłogowanych gruntów ornych. Probl. Zag. Ziem Górsk. z. 19: 145-151. Klika J. 1955. Nauca o rostlinnych spolecenstvech. Praha. Komornicki T. 1958. Gleby ,,Cerkla wzorcowego” w Jaworkach koło Szczawnicy. Rocz. Nauk rol., 72-F-3, 993-1013. Kondracki J. 2002. Geografia regionalna Polski. Warszawa: PWN. Kostuch J. 2004. Zbiorowiska roślinne utworzone w procesie samozadarniania odłogowanych gruntów ornych w Jaworkach. Zesz. Nauk. AR w Krakowie nr 412. Inżynieria środowiska, z. 25; 151-162. Kostuch J. 2011. Tereny wypasowe Jaworek dawniej i dziś. Wieś i Doradztwo nr 1-2 (65-66): 25-28. Kostuch R. 1966. Użytki zielone zlewni Białej Wody. Rocz. Nauk Roln. 118 D: 161 184. Kostuch R., Król J. 1966. Użytki zielone zlewni Czarnej Wody na tle stosunków fizjograficznych zlewni własnej oraz zlewni Białej Wody w Jaworkach. Rocz. Nauk Roln. 118 D: 185-216. Kostuch R. 1968. Posibility of improving Nardus Stricta association pastures, in the Carpathian. Symp. on Hill Land Productivity EGF Scotland 1968 s. 66-70. Kostuch R. 1972. Vysledky 7-rocneho pokusu a nicenim psica tuhej (Nardus stricta) o podmienkach pohoria Beskid Sądecki. Ved. Pr. VULP Banska Bystrica ć. 7: 109-121. Kostuch R. 1978 a. Succesion trend of mountain grassland vegetation formed by selfsodding of arable lands. Ecol. Pol. 2,2: 129-134. Kostuch R. 1978 b. Wyniki badań nad sposobami przekształcania runi zdegradowanych górskich użytków zielonych w zbiorowiska Wiad. IMUZ 13. 4: 57-78. Kostuch R., Jagła S. 1978. Sukcesja roślinna na odłogowanych gruntach ornych stanowiących tereny wypasowe w Jaworkach. Probl. Zagosp. Ziem Górsk. 19: 91-111. 138 Skład florystyczny zbiorowisk trwiastych górnej zlewni… Kostuch R., Gąsiorek S., Janeczko A. 1992. Zmiany zachodzące w zachwaszczeniu polan i hal beskidzkich. Zesz. Nauk. A.R. w Krakowie nr 261 z. 3: 37-47. Sapek A. 2011. Azot w opadzie atmosferycznym obecny stan wiedzy. Woda - Środ. - Obszary Wiejskie n. 29 ss. 105. Adres do korespondencji: Jacek Kostuch Instytut Produkcji Roślinnej, Zakład Łąkarstwa Uniwersytet Rolniczy w Krakowie e-mail: [email protected] Opiekun naukowy: prof. dr hab. inż. Mirosław Kasperczyk 139 Andrzej Latusek Andrzej Jurkowski Henryk Bujak EPISTEME 15/2012 s.141-150 ISSN 1895-4421 MOŻLIWOŚĆ OPTYMALIZACJI UPRAWY RZEPAKU OZIMEGO NA PODSTAWIE DOŚWIADCZEŃ POREJESTROWYCH THE POSSIBILITY OF OPTIMIZE WINTER OILSEED RAPE FOR CULTIVATION ON THE BASIS OF POST-REGISTRATION VARIETY TESTING SYSTEM Abstrakt. Celem badań była analiza interakcji genotypowo-środowiskowej oraz ocena stabilności plonowania i wybór najlepszych odmian rzepaku ozimego do uprawy na Dolnym Śląsku. W opracowaniu wykorzystano plony odmian z doświadczeń porejestrowych przeprowadzonych w latach 2009-2011 w sześciu miejscowościach na terenie Dolnego Śląska. Doświadczenia polowe zakładano metodą losowanych bloków w czterech powtórzeniach. Materiał badawczy stanowiły cztery odmiany mieszańcowe oraz trzy odmiany populacyjne rzepaku ozimego. Przeprowadzona analiza statystyczna wykazała istotne zróżnicowanie plonu odmian oraz istotne interakcje odmian z miejscowościami i latami badań. Szczegółowa analiza efektów interakcyjnych wyodrębniła odmiany mieszańcowe Extend, Nelson i Visby jako wysokoplonujące, jednak podlegały one modyfikującemu wpływowi środowiska glebowo-klimatycznego. Słowa kluczowe: rzepak ozimy, adaptacyjność odmian, interakcja genotypowośrodowiskowa, stabilność plonowania Summary. The purpose of the study was an analysis of genotype-environment interaction and yield stability evaluation as a selection of the most valuable varieties of winter oilseed rape for cultivation in Lower Silesia. Experimental data were yields from post-registration variety testing system conducted in the years 2009-2011 at the six locations in Lower Silesia. Four hybrid cultivars and three population cultivars were grown at intensive level of cultivation on the field trials by randomized block design in four replications. The statistical analysis showed significant diversity of yield in the analyzed experiments, and significant interaction variety of locations and years of research. Detailed analysis of interaction effects has identified hybrid varieties: Extend, Nelson and Visby, as high-yielding, but depend on modifying of environment influence. Key words: winter oilseed rape, cultivar adaptation, genotype-environment interaction, yield stability 141 Andrzej Latusek, Andrzej Jurkowski, Henryk Bujak WSTĘP Udział rzepaku w całkowitej powierzchni uprawnej roślin oleistych w Europie wynosi 80%, natomiast w Polsce przekracza 95% [Kuś 2009]. W ostatnim dziesięcioleciu zainteresowanie uprawą tego gatunku znaczenie wzrosło, głównie za sprawą zwiększającego się zapotrzebowania na estry oleju wykorzystywane do produkcji biopaliw [Żmuda 2003, Jankowski i Budzyński 2004, Jankowski 2007, Popović i in. 2010] uregulowanej przez Dyrektywę 2003/30/EC. Wyznaczony wzrost popytu na biopaliwa ma szczególne znaczenie w przypadku rzepaku, który w strefie klimatu umiarkowanego daje największy plon tłuszczu z jednostki powierzchni, średnio 0,8-1,2 t∙ha1 [Budzyński i Ojczyk 1996]. W kształtowaniu plonu nasion i oleju obok czynnika odmianowego dużą rolę odgrywa wpływ warunków glebowoklimatycznych występujących w danym rejonie uprawy [Wójtowicz i Czernik-Kołodziej 2003, Si i in. 2003], co potwierdzają między innymi wyniki badań porejestrowych [Weber i in. 2003, Kamińska i in. 2010]. Najczęstszym kryterium przydatności odmian do uprawy w danych warunkach glebowoklimatycznych jest interakcja genotypowo-środowiskowa wykorzystywana w celu analizy stabilności plonowania i adaptacyjności genotypów. Polega ona na statystycznej analizie reakcji badanej cechy ilościowej na warunki środowiskowe w miejscowościach i latach docelowego rejonu uprawowego [Eskridge i in. 1991, Kang 1998, Nabugoomu i in. 1999, Mądry 2002]. Jedną z nieparametrycznych procedur badania stabilności, w której wykorzystuje się plony odmian i wariancje stabilności Shukli [1972], jako kryterium wyboru, jest suma rang liczona według metody Kanga [1988]. Wyniki badań różnych autorów pokazują, iż metoda ta daje oceny dodatnio skorelowane z plonem, może zatem służyć do analizy dynamicznej stabilności plonowania, która umożliwia wybór wysokoplennych, dobrze zaadoptowanych do uprawy w danym rejonie rolniczym odmian [Kang i Pham 1991, Mądry 2002, Bujak i in. 2008]. Celem badań była analiza interakcji genotypowo-środowiskowej oraz ocena stabilności plonowania i wybór najlepszych odmian rzepaku ozimego do uprawy na Dolnym Śląsku. MATERIAŁ I METODY Optymalizację uprawy rzepaku ozimego przeprowadzono w oparciu o wyniki plonów odmian przyjętych do badań w ramach Porejestrowego Doświadczalnictwa Odmianowego i Rolniczego (PDOiR) na Dolnym Śląsku w latach 2009-2011. W badaniach uwzględniono sześć miejscowości o zróżnicowanej przydatności gleb do uprawy rzepaku: Tarnów Śląski – klasa bonitacyjna gleby IIIa, Naroczyce – IVa, Krościna Mała – IIIa, Zybiszów – IIIa, Tomaszów Bolesławiecki – IVa i Pawłowice – IIIb. Doświadczenia polowe zakładano metodą losowanych bloków w czterech powtórzeniach 142 Możliwość optymalizacji uprawy rzepaku ozimego… na poletkach 15 m2. W każdym roku stosowano intensywną technologię uprawy z wykorzystaniem: pełnej ochrony chemicznej, regulatorów wzrostu i dolistnego dokarmiania roślin. Nawożenie azotowe oraz fosforowopotasowe było uzależnione od zasobności gleb w te składniki. Materiałem badawczym były trzy odmiany populacyjne: Cabriolet, Casoar, NKPegaz, oraz cztery odmiany mieszańcowe: Extend, Nelson, Vectra, Visby. Ze względu na coroczną zmianę składu odmian w doświadczeniach, do analizy wybrano siedem odmian uwzględniając jedynie te, które występowały we wszystkich miejscowościach w kolejnych latach badań, co pozwoliło na uzyskanie układu ortogonalnego lat, miejscowości i odmian. Wyniki plonowania odmian z poszczególnych miejscowości i lat opracowano statystycznie wykorzystując metodę analizy dla serii doświadczeń odmianowych [Caliński i in. 2003] oraz syntezy lat badań i miejscowości [Krajewski i in. 2006]. Weryfikację hipotez zerowych dotyczących braku zróżnicowania kombinacji lat, miejscowości, efektów genotypowych oraz interakcji genotypowo-środowiskowych dla poszczególnych parametrów stabilności przeprowadzono w oparciu o wieloczynnikową analizę wariancji. Źródła zmienności oraz istotność różnic testowano w oparciu o wyniki statystki F wyliczonej na podstawie średnich kwadratów z analizy wariancji. Efekty główne dla wybranych odmian wyliczono, jako różnice pomiędzy średnim plonem analizowanej odmiany, a średnim plonem wszystkich odmian we wszystkich miejscowościach i latach. Współczynniki regresji i odchyleń od prostej regresji dla odmian obliczono zgodnie z modelem Eberharta i Russella [1966]. Statystykę stabilności obliczono, jako miarę wkładu każdej odmiany w interakcję genotypowo-środowiskową. Na podstawie kombinacji rang wariancji stabilności obliczonej według metody Shukli [1972] oraz rang plonu odmian, stosując metodę Kanga [1988] określono ich adaptacyjność do warunków środowiska. Suma rang liczona według metody Kanga przypisuje wagę 1 dla najwyższego plonu i również wagę 1 dla odmiany z najniższą wariancją. Rangi dla plonu i wariancji są sumowane, odmiany o najniższej sumie punktów rangowych są najbardziej pożądane do uprawy w danym rejonie rolniczym. Poprzez środowisko należy rozumieć doświadczenie założone w danym roku i w określonej miejscowości. WYNIKI I DYSKUSJA Średnie plony odmian rzepaku ozimego z doświadczeń założonych w sześciu miejscowościach zamieszczono w tabeli 1. Weber i in. [2003] podają, że najbardziej przydatne do uprawy rzepaku są gleby należące do kompleksów pszennych w przedziale klas bonitacyjnych II-IIIb, oraz utrzymane w wysokiej kulturze gleby kompleksów żytnich dobrych należących do IV klas bonitacyjnych. W odniesieniu do warunków glebowych występujących w poszczególnych miejscowościach można uznać, że były one optymalne 143 Andrzej Latusek, Andrzej Jurkowski, Henryk Bujak Odmiana Tarnów Naroczyce Krościna Zybiszów Tomaszów Pawłowice Średnia dla uprawy rzepaku ozimego. Jednak na podstawie przeprowadzonych badań zaobserwowano istotnie zróżnicowany poziom plonowania odmian we wszystkich miejscowościach. Najwyższe plony uzyskano w Krościnie Małej średnio 56,0 dt∙ha-1, natomiast najniższe w Tomaszowie Bolesławieckim średnio 30,3 dt∙ha-1, co wskazuje na zmienną reakcję odmian w odniesieniu do warunków glebowo-klimatycznych. Spośród wszystkich ocenianych odmian istotnie wyżej plonowały trzy odmiany mieszańcowe Extend, Nelson i Visby. Istotnie najwyżej plonowała mieszańcowa odmian Extend średnio 46,5 dt∙ha-1 natomiast najniżej odmiana Cabriolet średnio 40,5 dt∙ha-1. Cabriolet 38,5 50,7 52,7 48,5 22,9 29,7 40,5b Casoar 44,5 51,7 55,6 44,6 25,9 32,2 42,4ab Extend (F1) 39,3 55,5 54,8 53,6 38,7 36,9 46,5a Nelson (F1) 40,8 53,2 59,4 51,1 35,5 35,1 45,9a NKPegaz 38,7 50,8 55,5 49,7 28,7 30,5 42,3ab Vectra (F1) 40,8 54,4 54,7 46,1 28,5 32,4 42,8ab Visby (F1) 43,8 55,6 59,0 51,7 32,0 32,6 45,8a Średnia 40,9d 53,1b 56,0a 49,3c 30,3e 32,8e 43,7 NIR0,05 2,64 2,38 Tab. 1. Średnie plony nasion (dt∙ha-1) odmian rzepaku ozimego w latach 2009-2011. a, b, c, d, e – różnice między wartościami oznaczone różnymi literami są istotne statystycznie według testu wielokrotnego rozstępu Duncana (p = 0,05). F1 – odmiana mieszańcowa Porównując wyniki uzyskane w poszczególnych miejscowościach można dostrzec wyraźnie większe zróżnicowanie plonów, niż w przypadku średnich wyliczonych tylko dla odmian. Potwierdza to pogląd, że plonowanie rzepaku jest modyfikowane w większym stopniu przez zmienne warunki środowiska glebowo-klimatycznego niż przez genotyp samej odmiany. Badania przeprowadzone przez Kaczmarka i in. [2003] wykazały dodatkowo, że plony odmian rzepaku ozimego w większym stopniu są zależne od warunków atmosferycznych, niż od potencjalnej produktywności gleb. Na podstawie uzyskanych z analizy wariancji średnich kwadratów (Tab. 2) wykazano istotne zróżnicowanie lat i miejscowości oraz istotny wpływ warunków glebowo-klimatycznych na plonowanie odmian rzepaku 144 Możliwość optymalizacji uprawy rzepaku ozimego… ozimego. Również badane odmiany wykazały istotne różnice w plonowaniu. W strukturze komponentów zmienności udział efektów środowiskowych jest znacznie większy niż genotypowych, świadczy to o dużym wpływie środowiska na plony odmian, co znajduje także potwierdzenie w badaniach Yan’a [2001]. Analiza wariancji wykazała istotne regresyjne zależności odchyleń interakcyjnych plonowania odmian względem środowisk, jednak istotne odchylenie od regresji liniowej oznacza, że interakcji odmian z badanymi środowiskami glebowo-klimatycznymi (G×E) nie można opisać prostą zależnością regresyjną wpływu lat i miejscowości na plon odmian oraz wskazuje na potrzebę szczegółowej analizy stabilności plonowania. Źródło zmienności Liczba stopni swobody Średnie kwadraty Statystyka F Środowiska (E) 17 1079,76** Genotypy (G) 6 Genotypy × Środowiska (G×E) Regresja względem środowiska Wartość krytyczna α0,05 α0,01 444,27 1,65 2,02 93,29** 5,30 3,00 4,82 102 13,00** 5,35 1,29 1,43 6 20,17** 8,30 2,13 2,86 Odchylenie od regresji 96 12,55** 5,16 1,30 1,44 Błąd doświadczenia 324 - - - 2,43 Tab. 2. Ogólna analiza wariancji dla plonów odmian rzepaku ozimego. ** Istotność na poziomie α = 0,01 Wykazano istotny wpływ warunków glebowych i klimatycznych na plon wszystkich odmian rzepaku, o czym świadczą wyliczone wartości statystyki F dla interakcji (Tab. 3). Jako kryterium wyboru wysokoplennych odmian rzepaku przyjęto istotnie dodatnie wartości efektów głównych. Odmiany mieszańcowe Extend, Nelson i Visby można zatem uznać za wysoko plonujące, ponieważ stwierdzono dla nich istotne i dodatnie efekty główne. Problem interakcji genotypowo-środowiskowej był opisywany w odniesieniu do różnic w stabilności plonowania odmian rzepaku ozimego między innymi przez Ogrodowczyk i in. [2000], Kaczmarka i in. [2003] Bujaka i in. [2008]. W tych pracach również wykazano istotną reakcję odmian na zmienne warunki środowiska glebowo-rolniczego. Uzyskane wyniki nie pozwoliły na wyodrębnienie genotypów stabilnych, dla których nie stwierdzono istotnych wartości interakcji (G×E), świadczących o stabilności plonowania. Przeprowadzone badania potwierdzają, że plonowanie rzepaku ozimego jest w istotny sposób modyfikowane przez warunki środowiska glebowoklimatycznego występujące w danym rejonie rolniczym. 145 Andrzej Latusek, Andrzej Jurkowski, Henryk Bujak Statystyka F dla: Odmiana Ocena efektu głównego efektu głównego interakcji (G×E) Cabriolet -3,23 19,89** 4,52** Casoar -1,34 Extend (F1) 2,24 6,91** 2,72 7,65* 8,34** Nelson (F1) 2,12 8,15* 4,76** NKPegaz -1,43 3,26* 5,41** Vectra (F1) -0,89 1,59 4,34** Visby (F1) 2,05 11,46** α0,1 3,03 1,48 α0,05 4,45 1,65 α0,01 8,40 2,02 Wartość krytyczna 3,17** Tab. 3. Ocena efektów głównych i testowanie interakcji odmian ze środowiskami. Istotność na poziomie α = 0,1; * Istotność na poziomie α = 0,05; ** Istotność na poziomie α = 0,01 + Pełną informację na temat przydatności odmian do uprawy w badanych warunkach glebowo-klimatycznych przedstawiono przy użyciu miar stabilności i adaptacji (Tab. 4). Genotypy o największych wartościach miary Kanga uznaje się jako szeroko zaadaptowane w docelowym rejonie uprawy [Kang 1993, 1998, Kang i Magari 1996, Mądry 2002, 2003]. W badaniach przeprowadzonych przez Bujaka i in. [2008] uzyskano dodatnią współzależność nieparametrycznej metody Kanga z plonem badanych odmian rzepaku. Autorzy podkreślają, iż zastosowana metoda może służyć do wyboru najlepszych odmian do uprawy w danym rejonie. W przeprowadzonych badaniach istotnie wysoką adaptacyjnością wynikającą z przypisanych rang Kanga wyróżniały się kolejno odmiany mieszańcowe: Extend, Nelson i Visby, które plonowały najwyżej, jednak podlegały modyfikującym wpływom środowiska. Zróżnicowana reakcja odmian rzepaku na warunki środowiskowe wskazuje na konieczność dalszych badań ich interakcji z miejscowościami i latami w celu określenia wielkości interakcji genotypowo-środowiskowej i stabilności plonowania [Kaczmarek i in. 2003]. W przypadku najlepszej odmiany Extend otrzymano istotnie ujemną wartość współczynnika regresji, co świadczy o możliwości obniżania jej plonowania wraz ze spadkiem żyzności środowiska glebowo-rolniczego. 146 Możliwość optymalizacji uprawy rzepaku ozimego… Odmiana Współczynnik Wariancja Odchylenie stabilności od wariancji regresji determinacji (%) Miara YS Ranking Kanga Cabriolet 10,58** 8,90** 0,08 10,98 -8 7 Casoar 17,55** 14,67** 0,06 4,04 -6 5 Extend (F1) 21,71** 13,90** -0,17* 24,66 0* 1* Nelson (F1) 11,28** 10,08** -0,05 4,29 -1* 2* NKPegaz 13,18** 11,65** 0,04 2,69 -7 6 Vectra (F1) 10,05** 9,53** -0,02 0,74 -5 4 6,64** 6,56** 0,05 6,42 -2* 3* Visy (F1) Wartość graniczna YS = - 4,1 Tab. 4. Miary stabilności i adaptacji odmian rzepaku ozimego. * Istotność na poziomie α = 0,05; ** Istotność na poziomie α = 0,01 Duża konkurencja na rynkach surowców rolnych wpływa na dążenie do ciągłego wzrostu wyników produkcyjnych i dochodowych w gospodarstwie rolnym, które są w coraz większym stopniu uzależnione od poziomu wiedzy i umiejętności zarządzania. Wykorzystanie genetycznego potencjału plonotwórczego tkwiącego w odmianach i właściwy dobór odmian do warunków uprawy w największym stopniu wpływa na wynik produkcji roślinnej. Odpowiednio dobrane narzędzia statystyczne do analizy wyników doświadczeń porejestrowych w znacznym stopniu ułatwiają i poprawiają skuteczność wyboru do uprawy i warunków glebowo-klimatycznych wysokoplennych i stabilnych odmian. WNIOSKI • Przeprowadzona analiza wariancji wykazała istotne zróżnicowanie plonów badanych odmian rzepaku ozimego oraz istotne interakcje odmian z miejscowościami i latami badań. • Szczegółowa analiza efektów interakcyjnych wyodrębniła odmiany mieszańcowe Extend, Nelson i Visby jako wysokoplonujące, jednak podlegające modyfikującym wpływom środowiska glebowo-klimatycznego. • Uzyskane wyniki potwierdzają, że plonowanie rzepaku jest w dużym stopniu uzależnione od warunków glebowo-klimatycznych występujących w danym rejonie rolniczym. 147 Andrzej Latusek, Andrzej Jurkowski, Henryk Bujak LITERATURA Budzyński W., Ojczyk T. 1996. Rzepak-produkcja surowca olejarskiego. Wyd. ART Olsztyn, 159-172. Bujak H., Jedyński S., Kaczmarek J., Kotecki A. 2008. Ocena stabilności plonowania populacyjnych i mieszańcowych odmian rzepaku ozimego. Biul. IHAR 250: 261-271. Caliński T., Czajka S., Kaczmarek Z., Krajewski P., Siatkowski J. 2003. Podręcznik użytkownika programu Sergen 4. IGR Poznań 2003. Dyrektywa 2003/30/EC Europejskiego Parlamentu i Rady z dnia 8 maja 2003. Eberhart S. A., Russell W. A. 1966. Stability parameters for comparing varieties. Crop. Sci. 6: 36-40. Eskridge K. M., Byrne P.F., Crossa J. 1991. Selecting stable cultivars by minimizing the probability of disaster. Field. Crops. Res., 27: 169-181. Jankowski K. 2007. Siedliskowe i agrotechniczno-ekonomiczne uwarunkowania produkcji nasion rzepaku ozimego na cele spożywcze i energetyczne. Rozpr. Monogr. 131, UW-M Olsztyn, ss.174. Jankowski K., Budzyński W. 2004. Potencjał energetyczny roślin oleistych. Problemy ekologii, 2: 31-38. Kaczmarek J., Kotecki A., Kotowicz L., Weber R. 2003. Interakcja genotypowośrodowiskowa plonowania odmian rzepaku ozimego w doświadczeniach PDO. Biul. IHAR 226/227/2: 395-403. Kamińska A., Kaczmarek J., Śmiałek E., Kotowicz L. 2010. Wyniki Porejestrowych Doświadczeń Odmianowych na Dolnym Śląsku. Rzepak ozimy 2010 (20082010), 1 (12). Kang M. S. 1988. A rank sum method for selecting high yielding and stable crop genotypes. Cereal Res. Commun., 16: 111-115. Kang M.S. 1993. Simultaneus selection for yield and stability in crop performance trials: consequences for growers. Agron. J., 85: 754-757. Kang M.S. 1998. Using genotype-by-environment interaction for crop cultivar development. Adv. In Agronomy, 62:200-252. Kang M.S., Magari R. 1996. New developments in selecting for phenotypic stability in crop breeding. Genotype-by-environment interaction. CRC Press, Boca Raton, s. 1-14. Kang M.S., Pham H.N. 1991. Simultaneous selection for high yielding and stable crop genotypes. Agron. J., 83:161-165 148 Możliwość optymalizacji uprawy rzepaku ozimego… Krajewski P., Kaczmarek Z., Czajka S. 2006. Planowanie i analiza statystyczna doświadczeń hodowlanych. Podręcznik użytkownika programu EKSPLAN wersja 2 (2006). Kuś J. 2009. Uwarunkowania możliwości wzrostu produkcji rzepaku na cele energetyczne na Lubelszczyźnie. IUNG-PIB Puławy 2009, s. 1-10. Mądry W. 2002. Skuteczność kryterium YS Kanga, opartego na średniej i stabilności plonu w wyborze genotypów zbóż o szerokiej adaptacji w rejonie uprawnym. Roczn. Nauk Roln., Seria A, 116: 11-24. Mądry W. 2003. Analiza statystyczna miar stabilności na podstawie danych w klasyfikacji genotypy × środowiska. Cz. II, Model mieszany Shukli i model regresji łącznej. Coll. Biom., 207-220. Nabugoomu F., Kempton R. A., Talbot M. 1999. Analysis of Series of Trials Where Varieties Differ in Sensitivity to Locations. J. Agric. Biol. Env. Stat., Vol. 4, No. 3: 310-325. Ogrodowczyk M., Liersch A., Bartkowiak-Broda I. 2000. Analiza zmienności składników plonu mieszańców złożonych rzepaku ozimego. Biul. IHAR, 216: 483-490. Popović R., Stojšin V., Stantić M., Knežević M., Stavljanin B. 2010. Economical aspects of rapeseed production in Serbia. Field and Vegetable Crops Research, 47: 179-185. Shukla G. K. 1972. Some statistical aspects of partitioning genotype-environmental components of variability. Heredity, 29: 237-245. Si P., Mailer J.M., Galwey N., Turner D.W. 2003. Influence of genotype and environment on oil and protein concentrations of canola (Brassica napus L.) grown across southern Australia. Aust. J. Agric. Res., 54: 397-407. Weber R., Karczmarek J., Kotecki A. 2003. Wpływ środowiska na zmienność plonowania odmian rzepaku ozimego w warunkach Dolnego Śląska. Rośliny Oleiste-Oilseed Crops, XXIV (2): 395-403. Wójtowicz M., Czernik-Kołodziej K. 2003. Reakcja zarejestrowanych odmian rzepaku ozimego na poziom agrotechniki. Rośliny Oleiste-Oilseed Crops, XXIV (1): 85-94. Yan W. 2001. GGE biplot- a windows application for graphical analysis of multienvironment trial data and other types of two-way data. Agron. J., 93:1111-1118. Żmuda K. 2003. Możliwości wykorzystania surowców rolniczych do celów energetycznych. Wieś Jutra, 9: 5-9. 149 Andrzej Latusek, Andrzej Jurkowski, Henryk Bujak Adres do korespondencji: Andrzej Latusek, Andrzej Jurkowski Katedra Genetyki, Hodowli Roślin i Nasiennictwa Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu 53-363 Wrocław, pl. Grunwaldzki 24A e-mail: [email protected] Opiekun naukowy: Dr hab. inż. Henryk Bujak, prof. nadzw. Praca współfinansowana przez Unię Europejską w ramach środków z Europejskiego Funduszu Społecznego Praca wykonana w ramach Krajowego Programu Doświadczalnictwa Odmianowego i Rolniczego koordynowanego przez Centralny Ośrodek Badania Odmian Roślin Uprawnych 150 Katarzyna Łukasiewicz Krzysztof Gondek Barbara Filipek-Mazur EPISTEME 15/2012 s.151-157 ISSN 1895-4421 ZAWARTOŚĆ CYNKU W ZIARNIE PSZENICY JAREJ PO NAWOŻENIU ZRÓŻNICOWANYMI DAWKAMI SIARKI ZINC CONTENTS IN THE GRAIN OF SPRING WHEAT AFTER DIFFERENT DOSES OF SULPHUR FERTILIZATION Abstrakt. Ocenę wpływu nawożenia zróżnicowanymi dawkami siarki i wapnowania na plon i zawartość cynku w ziarnie pszenicy jarej przeprowadzono na podstawie wyników badań z trzyletniego doświadczenia wazonowego. Siarkę stosowano jednorazowo w pierwszym roku badań w dwóch dawkach: 0,04 g i 0,12 g S·kg-1 s.m. gleby w formie siarczanu amonu. Doświadczenie obejmowało dwie serie: wapnowaną i niewapnowaną. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że niezależnie od serii (0 Ca, + Ca) w pierwszych dwóch latach badań mniejszy plon ziarna uzyskano w obiektach, w których zastosowano większą dawkę siarki w porównaniu do plonu z obiektów, w których dawka była trzy razy mniejsza. Wyniki wskazują, że zawartość cynku w ziarnie pszenicy jarej różniła się w zależności od stosowanego nawożenia, roku badań, ale największy wpływ na zawartość tego składnika w plonie ziarna wywarło wapnowanie. Słowa kluczowe: pszenica jara, cynk, nawożenie Summary. The assessment of sulphur fertilization and liming effect on the contents of zinc in the grain of spring wheat was conducted during a three-year pot experiment. In the 1st year of the research sulphur (as ammonium sulfate form) was applied once in two doses: 0,04 g and 0,12 g S·kg-1 d.m. soil. The experiment included two series: liming and non-liming. The obtained results showed that, regardless of the series (0 Ca, + Ca), in the first two years of the research, less grain yield was obtained in objects where higher dose of sulphur was applied in comparison to the yield of objects, in which a three times smaller dose was applied. The results showed that zinc contents in the grain of spring wheat was different depending on the applied fertilization, year of the research, but the most important effect on the contents of this component in the yield of grain had liming. Key words: spring wheat, zinc, fertilization 151 Katarzyna Łukasiewicz, Krzysztof Gondek, Barbara Filipek-Mazur WSTĘP Zawartość cynku w roślinach zależy głównie od dostępności tego składnika w glebie. Istotnym czynnikiem modyfikującym zawartość dostępnych form cynku w glebie jest nawożenie, nawozami wapniowymi [Bowszys i in. 2004; Kulczycki 2004]. Optymalne zaopatrzenie roślin w składniki pokarmowe wpływa na ich prawidłowy wzrost i rozwój, a w konsekwencji na jakość uzyskanej biomasy [Skwierawska, Zawartka 2009]. Oprócz takich składników pokarmowych jak azot, fosfor czy potas coraz więcej uwagi poświęca się siarce, której zasoby glebowe uległy znacznemu zmniejszeniu. Siarka wpływa na poprawę jakości białka roślin poprzez zwiększenie w nim zawartości metioniny, fenyloalaniny, lizyny, treoniny czy tryptofanu [Koter 1987]. Nawożenie nawozami zawierającymi siarkę może istotnie wpływać na odczyn gleby, co ma istotne znaczenie dla dostępność pierwiastków śladowych, w tym cynku. Dlatego celem przeprowadzonych badań było określenie wpływu wapnowania i nawożenia zróżnicowanymi dawkami siarki pszenicy jarej na plon ziarna oraz zawartość w nim cynku. MATERIAŁY I METODY Ocenę oddziaływania wapnowania i nawożenia siarką na plon ziarna pszenicy jarej i zawartość w nim cynku przeprowadzono w warunkach doświadczenia wazonowego w hali wegetacyjnej. Do badań użyto materiał glebowy (glinę średnią pylastą zawierającą 44% frakcji granulometrycznej o średnicy > 0,02 mm) pobrany z warstwy 0 – 30 cm gruntu ornego. Charakterystykę wybranych właściwości chemicznych materiału glebowego podano w Tab. 1. Badania prowadzono przez 3 lata w wazonach polietylenowych o średnicy 28 cm i wysokości 38 cm, mieszczących 22,0 kg powietrznie suchego materiału glebowego. Doświadczenie prowadzono w trzech powtórzeniach i dwóch seriach, niewapnowanej (0 Ca) i wapnowanej (+ Ca) obejmowało 4 obiekty: 0 – gleba bez nawożenia, NPK – gleba nawożona azotem, fosforem i potasem, NPK + S1 – gleba nawożona azotem, fosforem, potasem i siarką oraz NPK + S3 – gleba nawożona azotem, fosforem, potasem i siarką wprowadzoną w dawce 3-krotnie większej niż w obiekcie NPK + S1. Przed założeniem doświadczenia glebę stopniowo nawilżano doprowadzając ją do wilgotności 30% maksymalnej pojemności wodnej. Po nawilżeniu część materiału glebowego zwapnowano, w celu podwyższenia wartości pH, w każdym wazonie oddzielnie. Zabieg ten przeprowadzono przy użyciu czystego chemicznie CaO ustalając dawkę na podstawie całkowitej kwasowości hydrolitycznej gleby. Następnie materiał glebowy niezwapnowany i zwapnowany pozostawiono na 4 tygodnie, uzupełniając okresowo straty wody. Po tym czasie do gleby wprowadzono i wymieszano 152 Zawartość cynku w ziarnie pszenicy jarej po nawożeniu… nawozy mineralne. Dawka azotu, fosforu i potasu była taka sama we wszystkich obiektach i wynosiła odpowiednio: 0,14 g N, 0,10 g P i 0,15 g K·kg-1 s.m. gleby. Siarkę zastosowano jednorazowo w pierwszym roku badań. Dawka siarki w obiekcie NPK + S1 wynosiła 0,04 g S, a w obiekcie NPK + S3 wynosiła 0,12 g S·kg-1 s.m. gleby. W obu obiektach siarkę wprowadzono w formie siarczanu amonu. Nawożenie podstawowe w pierwszym roku badań w obiektach NPK; NPK + S1; NPK + S3 oraz uzupełniające w 2 i 3 roku badań zastosowano w formie roztworów czystych chemicznie soli, odpowiednio: azot (N) w formie NH4NO3, fosfor (P) w formie Ca(H2PO4)2∙H2O, potas (K) w formie KCl. W drugim i trzecim roku badań zastosowano uzupełniające dawki azotu, fosforu i potasu, jednakowe we wszystkich obiektach (0,10 g N; 0,02 g P oraz 0,14 g K·kg-1 s.m. gleby). W każdym roku doświadczenia uprawiano pszenicę jarą odmiany „Nawra”. Obsada roślin w wazonie wynosiła 28 sztuk. Pszenicę zbierano w fazie dojrzałości pełnej ziarna. Długość okresu wegetacji roślin wynosiła: w pierwszym roku 109 dni; w drugim 104 dni, a w trzecim 96 dni. Podczas trwania eksperymentu rośliny podlewano wodą destylowaną do 50% maksymalnej pojemności wodnej gleby. Po zbiorze, kłosy pszenicy wymłócono mechanicznie. W celu określenia plonu suchej masy, ziarno suszono (temp. 70oC) w suszarce do stałej masy. Po wysuszeniu ziarno rozdrobniono w młynku laboratoryjnym i zmineralizowano w piecu komorowym (450oC przez 5 h), a pozostałość roztworzono w rozcieńczonym HNO3 (1:2). W uzyskanych roztworach zawartość Zn oznaczono metodą ICP-AES na aparacie JY 238 Ultrace (Francja), a uzyskaną zawartość badanego pierwiastka przeliczono na suchą masę materiału. Uzyskane wyniki opracowano statystycznie według modelu stałego, gdzie czynnikami było nawożenie, wapnowanie i rok badań. Istotność różnic pomiędzy średnimi arytmetycznymi oszacowano testem t-Tukeya, przy poziomie istotności α < 0,05. WYNIKI I DYSKUSJA Cynk jest jednym z niezbędnych pierwiastków dla roślin, który wpływa na ich wzrost, rozwój, a także plonowanie [Kaczor i Brodowska 2009]. Stanowi m.in.: składnik wielu enzymów, w których odpowiada za powstawanie wiązań chelatowych pomiędzy enzymem, a substratem jak również bierze udział w przemianach białek, fosforanów oraz węglowodanów. Niedobór tego mikroelementu hamuje tworzenie tryptofanu, który jest uważany za materiał wyjściowy do syntezy regulatorów wzrostu [Prośba-Białczyk i in. 2000]. 153 Katarzyna Łukasiewicz, Krzysztof Gondek, Barbara Filipek-Mazur Zastosowane nawożenie, niezależnie od wapnowania spowodowało istotne, w porównaniu do obiektu nienawożonego zwiększenie plonu ziarna pszenicy jarej oraz jego wypełnienie (Tab. 2). Nie stwierdzono istotnego wpływu wapnowania na wielkość plonu ziarna pszenicy jarej, chociaż należy zaznaczyć, że w pierwszym roku badań rośliny na wapnowanie zareagowały zmniejszeniem plonu. Reakcja roślin była wynikiem stosunkowo krótkiego czasu jaki upłynął od wapnowania do wysiewu nasion. W obrębie serii (0 Ca, + Ca) najmniejszy plon ziarna uzyskano w obiektach, w których nie zastosowano nawożenia, a wprowadzenie zwiększonej dawki siarki spowodowało w pierwszych dwóch latach badań wyraźne choć nie potwierdzone statystycznie zmniejszenie plonu. Analizując masę tysiąca ziaren należy stwierdzić, że najgorszym wypełnieniem, niezależnie od serii doświadczenia (0 Ca, + Ca) charakteryzowało się ziarno z obiektów nienawożonych (Tab. 2). Zastosowanie większej dawki siarki (NPK + S3), zwłaszcza w serii niewapnowanej (0 Ca) spowodowało zmniejszenie masy tysiąca ziaren w porównaniu do obiektu, w którym stosowano dawkę siarki trzy razy mniejszą (NPK + S1). Zawartość cynku w ziarnie pszenicy jarej różniła się w zależności od zastosowanego nawożenia, roku badań, ale największy wpływ na zawartość tego składnika w plonie ziarna wywarło wapnowanie (Tab. 2). Więcej cynku oznaczono w ziarnie pszenicy z obiektów, w których stosowano nawożenie w serii niewapnowanej. Nawożenie siarką, w serii niewapnowanej (0 Ca), zwłaszcza dawką potrójną spowodowało zwiększenie zawartości Zn w ziarnie pszenicy w pierwszych dwóch latach. Podobny efekt uzyskano w serii wapnowanej (0 Ca), ale tylko w pierwszym roku. Oznaczenie Wartość pH H2O 6,33 ± 0,01 pH KCl 5,70 ± 0,02 C organiczny (g·kg-1 s.m.) 19,3 ± 1,1 N ogólny (g·kg s.m.) 1,60 ± 0,12 -1 S ogólna (g·kg s.m.) 0,28 ± 0,02 P przyswajalny (mg·kg-1 s.m.) 48,6 ± 1,5 K przyswajalny (mg·kg s.m.) 158,8 ± 5,6 Mg przyswajalny (mg·kg s.m.) 129,1 ± 4,7 Zn ogólny (mg·kg s.m.) 89 ± 0,08 -1 -1 -1 -1 Tab. 1. Wybrane chemiczne właściwości gleby przed rozpoczęciem badań (średnia ± błąd standardowy, n = 3) 154 Zawartość cynku w ziarnie pszenicy jarej po nawożeniu… Nawożenie Plon ziarna g s.m.·wazon-1 0 Ca +Ca MTZ g Zawartość Zn mg·kg-1 s.m. 0 Ca +Ca 0 Ca +Ca 40,6 a 30,1 a-b 32,2 a-b Rok I 0 46,1 a-d 39,4 a-c 49,5 b-g NPK 62,8 f-j 50,1 b-f 50,4 c-g 46,1 a-f 50,8 c-g 38,4 a-c NPK+S1 65,5 h-j 55,2 d-h 51,7 e-g 46,0 a-f 55,1 f-h 39,7 a-d NPK+S3 63,6 g-j 52,2 c-g 50,9 d-g 42,7 a-b 59,3 g-h 43,1 b-f 0 45,2 a-d 46,7 a-c 42,9 a-b 43,4 a-b 34,2 a-b 27,7 a NPK 62,9 g-j 60,6 e-i 45,9 a-j 46,0 a-f 54,2 e-h 42,5 b-f NPK+S1 67,3 h-j 63,9 g-j 49,4 b-g 45,2 a-e 57,9 g-h 40,7 a-e NPK+S3 65,2 h-j 60,1 e-i 48,1 b-g 43,7 a-c 63,1 g-h 41,6 b-e Rok II Rok III 0 37,0 a 39,2 a-b 44,3 a-d 48,1 b-g 38,6 a-c 41,5 b-e NPK 49,2 a-e 62,7 f-j 52,1 f-g 51,0 d-g 67,2 h 52,6 d-g NPK+S1 67,8 h-j 74,1 j 53,2 g 53,7 g 60,2 g-h 51,9 c-g NPK+S3 70,4 i-j 69,6 i-j 51,3 e-g 48,6 b-g 61,5 g-h 58,6 g-h Tab. 2. Plon i MTZ oraz zawartość cynku w ziarnie pszenicy jarej. Wartości oznaczone tymi samymi literami nie różnią się istotnie przy poziomie istotności α < 0,05 według testu t-Tukeya; czynniki: nawożenie × seria × rok Zarówno niedobór jak i nadmiar mikroelementów w glebie może wpływać niekorzystnie na plonowanie roślin oraz pogarszać cechy jakościowe plonu. Biodostępność cynku w glebie jest modyfikowana wieloma czynnikami np. pojemnością sorpcyjną gleby, zawartością materii organicznej, odczynem gleby, nawożeniem oraz zdolnością rośliny do jego pobierania [Gondek i Kopeć 2004]. Zmiany zawartości cynku w biomasie roślin obserwowała również w badaniach Kozłowska-Strawska [2009]. Największą zawartość w częściach generatywnych spośród różnych gatunków roślin cytowana autorka uzyskała w nasionach gorczycy białej nawożonej roztworem saletrzano-mocznikowym z siarką. Zawartość ta była ok. 1,5 razy większa od ilości stwierdzonych w nasionach innych gatunków roślin. W nasionach rzepaku najkorzystniej na zawartość cynku wpływała aplikacja siarki w formie CaSO4·2H2O oraz roztworu saletrzano-mocznikowego z dodatkiem siarki. Natomiast w ziarniakach pszenicy jarej największą ilość oznaczono w obiekcie, w którym rośliny nawożono roztworem saletrzano-mocznikowym z siarką. 155 Katarzyna Łukasiewicz, Krzysztof Gondek, Barbara Filipek-Mazur WNIOSKI • W porównaniu do plonu ziarna z obiektów, w których zastosowano mniejszą dawkę siarki w pierwszych dwóch latach mniejszy plon uzyskano w obiekcie, w którym siarkę zastosowano w dawce trzykrotnie większej, niezależnie od wapnowania. • Nawożenie pszenicy większą dawką siarki, niezależnie od serii (0 Ca, + Ca) spowodowało gorsze wypełnienie ziarna. • Zawartość cynku w ziarnie pszenicy jarej różniła się w zależności od stosowanego nawożenia, roku badań, ale największy wpływ na zawartość tego składnika w ziarnie wywarło wapnowanie. LITERATURA Bowszys T., Bobrzecka D., Ruszkowski K., Wojciechowski T. 2004. Wapnowanie jako zabieg modyfikujący zawartość i wynos cynku z plonem żyta ozimego. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol., 502: 27-34. Gondek K., Kopeć M. 2004. Heavy metal binding by humus in soil of long-term static fertilizer experiment at Czarny Potok. Chem. i Inż. Ekol., 7: 561-572. Kaczor A., Brodowska M. 2009. Zawartość i pobieranie miedzi i cynku przez rośliny w zależności od formy siarki oraz od sposobu nawożenia azotem. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol., 541:165-170. Koter M. 1987. Chemia Rolna. PWN, Warszawa. ss. 595. Kozłowska-Strawska J. 2009. Zmiany zawartości cynku w roślinach nawożonych różnymi formami siarki. Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych, nr 40: 254-261. Kulczycki G. 2004. Wpływ nawożenia siarką elementarną na zawartość mikroelementów w roślinach i glebach. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol., 502: 199-213. Prośba-Białczyk U., Spiak Z., Mydlarski M. 2000. Wpływ nawożenia na zawartość mikroelementów w buraku cukrowym. Cz. II. Cynk. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol., 471: 449-454. Skwierawska M., Zawartka L. 2009. Zmiany kwasowości gleby i plonowania roślin pod wpływem nawożenia siarką. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol., 538: 221-229. 156 Zawartość cynku w ziarnie pszenicy jarej po nawożeniu… Adres do korespondencji: Katarzyna Łukasiewicz, Dr hab. Krzysztof Gondek, Prof. dr hab. Barbara Filipek-Mazur Katedra Chemii Rolnej i Środowiskowej Uniwersytet Rolniczy w Krakowie e-mail: [email protected], [email protected], [email protected] Opiekun naukowy: prof. dr hab. Barbara Filipek-Mazur 157 Jolanta Majcher – Łoś Adam Radkowski EPISTEME 15/2012 s.159-169 ISSN 1895-4421 WPŁYW ZRÓŻNICOWANEGO NAWOŻENIA MINERALNEGO NA JAKOŚĆ MURAWY GREEN POLA GOLFOWEGO THE IMPACT OF THE DIVERSIFIED MINERAL FERTILIZATION ON THE VALUATION OF FEATURES OF THE GOLF TURF – GREEN Abstrakt. Badania przeprowadzono w 2011 roku na terenie mistrzowskiego pola golfowego w Paczółtowicach. W eksperymencie oceniano wpływ zmniejszającej się dawki nawozowej na jakość murawy green. Przez większość okresu trwania doświadczenia warunki były sprzyjające do wzrostu i rozwoju traw gazonowych. Do oceny stosowano 9-stopniową skalę bonitacyjną opracowaną przez Prończuka w której 9° oznaczało najwyższą jakość trawnika, a 1° najniższą. Badania obejmowały: ogólny aspekt estetyczny, zadarnienie, kolor i strukturę liścia w sezonach wiosna, lato i jesień, przezimowanie oraz tolerancję na choroby w okresach ich silnego nasilenia (pleśń śniegową i brunatną plamistości liści). Na podstawie wyników badań dowiedziono, że zmniejszenie podstawowej dawki nawozowej o 20% nie wpłynęło istotnie na zmniejszenie jakości badanej murawy green. Obniżenie ilości wniesionego składnika o 40% i 60% w widoczny sposób obniżyło estetyczną wartość nawierzchni. Nawożenie dodatkowe traw gazonowych miało istotny wpływ na polepszenie się ich jakości przy niewielkiej ilości nawozu podstawowego. Dobrze ułożony program nawozowy pozwala zaoszczędzić czas i pieniądze, jakie wiążą się z utrzymaniem pola golfowego. Słowa kluczowe: nawożenie mineralne, aspekt ogólny, zadarnienie, przezimowanie Summary. The experiment was conducted on a certain area of the golf course in Paczóltowice in 2011. It aimed at appraising the impact of a fertilizer dose reduction on the quality of the green. Favourable growing conditions for turf were observed during almost the whole experimental period. Prończuk’s 9-degree scale (where 9° was to denote the highest quality, and 1° the lowest one) served as a basis to estimate the trial results. The studies were comprised of the general aspect, the sward, the leaf colour and the leaf structure in such seasons as spring, summer and autumn, overwintering, as well as disease resistance in intensification periods. Taking the experiment results into account, it was deduced that the 20-percent reduction in the basic fertilizer dose did not affect the quality of the studied green. The 40 and 60-percent fertilizer diminution significantly depreciated the general appearance value of the discussed surface. Foliar fertilization of the plants was noticed to have a considerable impact on their quality improvement, although a limited amount of the basic fertilizer was applied. Concerning the results, it may be stated that a well-prepared fertilization programme may save time and money which are needed to maintain a golf course. Key words: mineral fertilizing, general aspect, sward, overwintering 159 Jolanta Majcher – Łoś, Adam Radkowski WSTĘP Trawniki sportowe cechują się niską, zwartą i elastyczną darnią, wytrzymałą na udeptywanie i rozrywanie [Canaway 1990, Domański 1998a, Grabowski i in. 2002, Jankowski i in. 1999, Kinds 1985]. O jakości murawy decyduje przede wszystkim dobór gatunków i odmian traw gazonowych do mieszanek, przygotowanie podłoża (warstwy nośnej) oraz stosowane zabiegi pielęgnacyjne [Domański 1998b, Harkot i Czarnecki 1999]. Aby uzyskać idealną murawę należy umiejętnie dobrać gatunki traw, które różnią się między sobą wymaganiami glebowymi i pokarmowymi, siłą wzrostu i sposobem krzewienia, podatnością na choroby i szkodniki, a także odpornością na intensywne czy ekstensywne użytkowanie. W praktyce stosuje się mieszanki traw gazonowych, które lepiej przystosowują się do panujących warunków środowiska i są bardziej tolerancyjne na warunki niesprzyjające. Fachowa pielęgnacja i nawożenie dostosowane do potrzeb środowiska pozwala uczynić pole golfowe nie tylko terenem gry ale również obszarem wartościowym ekologicznie. Prawidłowo nawożony trawnik ma soczystozielony kolor, jest gęsto zadarniony, posiada siłę do wzrostu oraz nie jest opanowywany przez chwasty, choroby i insekty. Niestety błędy w nawożeniu mogą uwidocznić się po kilku tygodniach, a nawet dopiero w następnym sezonie. Najczęstszym popełnianym przez greenkeeperów jest używanie zbyt małych dawek nawozu, co w krótkim czasie prowadzi do wykorzystania naturalnych zasobów gleby, a co za tym idzie pogorszenia jakości murawy. Celem pracy była ocena murawy „green” pod względem jakości w zależności od zastosowanego nawożenia. Głównym celem było zmniejszenie dawki azotu w stosunku do dawki obecnie stosowanej przez właściciela pola golfowego, przy równoczesnym zastosowaniu dolistnej aplikacja żelaza dla zachowania najwyższej jakości murawy. MATERIAŁ I METODY Doświadczenie założono metodą losowanych bloków w czterech powtórzeniach na terenie murawy „green” pola golfowego Kraków Valley Golf & Country Club sp. z o.o., w miejscowości Paczółtowice, na wysokości około 393 m n.p.m. Powierzchnie „green” założono od podstaw w 2011 roku i obsiano mieszanką traw o składzie: Festuca rubra commutata 60%, Festuca rubra trichophylla 20% i Agrostis capillaris 20%. Murawa była koszona codziennie a przed turniejami nawet dwukrotnie w ciągu dnia na wysokość 3 – 6 mm. Przeprowadzone doświadczenie znajdowało się na specjalnie podzielonym na osiem części obszarze „green”. Każda cześć miała powierzchnię 120 m2 i była badana pod kątem zastosowania zmniejszonej 160 Wpływ zróżnicowanego nawożenia mineralnego na jakość… dawki nawozu azotowego, którą wzbogacano o dolistną aplikacją żelaza. Dla zrealizowania celu pracy założono następujące warianty: • Wariant 1 – obiekt kontrolny – obszar na którym w okresie wegetacyjnym wysiano nawóz mineralny, granulowany w ilości 340 kg N, 80 kg P2O5 i 360 kg K2O • Wariant 1´ – obszar na którym w okresie wegetacyjnym wysiano nawóz mineralny, granulowany w ilości 340 kg N, 80 kg P2O5 i 360 kg K2O + dolistna aplikacja żelaza • Wariant 2 – dawkę nawozu zmniejszono o 20% w stosunku do obiektu kontrolnego • Wariant 2´ – dawkę nawozu zmniejszono o 20% w stosunku do obiektu kontrolnego + dolistna aplikacja żelaza • Wariant 3 – dawkę nawozu zmniejszono o 40% w stosunku do obiektu kontrolnego • Wariant 3´ – dawkę nawozu zmniejszono o 40% w stosunku do obiektu kontrolnego + dolistna aplikacja żelaza • Wariant 4 – dawkę nawozu zmniejszono o 60% w stosunku do obiektu kontrolnego • Wariant 4´ – dawkę nawozu zmniejszono o 60% w stosunku do obiektu kontrolnego + dolistna aplikacja żelaza Żelazo stosowano w formie chelatu 13% Fe (chelator EDTA+HEEDTA) w dawce po 130 g Fe∙ha-1 na początku każdego miesiąca. Sprawdzenie stopnia porażenia przez grzyby powierzchni „green” przeprowadzono w 2010 r. Oceny badanych cech trawników dokonano wykorzystując 9-stopniową skalę, w której 1 oznacza cechę złą, 5 dostateczną, a 9 cechę wysoce pożądaną. Skala ta opracowana przez Prończuka [1993] oparta została na systemie bonitacyjnym traw gazonowych. Analizie poddano następujące właściwości trawników: ogólny aspekt estetyczny (OA), zadarnienie (Z), delikatność liścia (DL), kolor blaszki liściowej (KL), przezimowanie (PR) oraz tolerancję na choroby (T). Obserwacje dwóch pierwszych cech (OA, Z) wykonano 3 razy w sezonie wegetacyjnym (wiosna, lato, jesień). Kolor i strukturę liścia (DL, KL) skontrolowano jesienią, przezimowanie (PR) – wczesną wiosną w 2012 roku, natomiast podatność na choroby (T) w okresach ich silnego nasilenia. Przy określaniu barwy liścia posłużono się katalogiem barw. Stan murawy po stopnieniu śniegu zweryfikowano z kondycją trawnika sprzed okresu zimowego. Gatunki grzybów rozpoznano na podstawie kluczy fitopatologicznych i opracowań monograficznych. Do oceny wpływu wybranych czynników zastosowano analizę wariancji, a istotność różnic oceniono testem Duncana. 161 Jolanta Majcher – Łoś, Adam Radkowski WYNIKI I DYSKUSJA Według Prończuka [1993] spośród 16 cech użytkowych trawnika pierwsze miejsce zajmuje aspekt ogólny czyli wygląd trawnika, jego atrakcyjność. Cecha ta zależy od wielu składników, które są oceniane jako całość. Należą do nich m.in.: zwartość darni, barwa liści, struktura blaszki liściowej, występowanie szkodników i chwastów jak również podatność na choroby. W trakcie badań otrzymano za aspekt ogólny noty wahające się w zależności od terminu oceny oraz zastosowanego nawożenia od 6,0° do 9,0° (Tab. 1). Uzyskane wyniki wykazały, że dopiero zmniejszenie standardowej dawki nawozowej o 40% istotnie wpływa na jakość murawy „green”. Zatem bez szkody dla wyglądu murawy można ograniczyć podstawową dawkę nawozów o 20%. Jednocześnie otrzymane wyniki wskazują na istotny wpływ nawożenia dodatkowego na jakość poszczególnych wariantów. Obiekt Aspekt ogólny Zadarnienie wiosna lato jesień wiosna lato jesień 1 8,7ab 8,3b 8,8b 8,5b 9,0b 8,9b 1’ 9,0b 8,8b 9,0b 8,5b 9,0b 8,9b 2 8,5a 8,2b 8,5ab 8,5b 9,0b 8,9b 2’ 8,8b 8,6b 8,9b 8,5b 9,0b 8,9b 3 8,4a 7,7a 6,2a 8,2a 8,8ab 8,5a 3’ 8,7ab 7,9a 7,3a 8,5b 9,0b 8,8b 4 8,4a 7,6a 6,0a 8,1a 8,7a 8,4a 4’ 8,6a 7,9a 7,2a 8,4ab 8,9ab 8,8b Tab. 1. Wyniki oceny traw gazonowych na murawie „green” (skala 9°; a, b – grupy jednorodne wg testu Duncana) oznaczenie obiektów w rozdziale „Materiał i metody badań” Podczas przeprowadzonych obserwacji najwyższą punktacją murawa „green” cechowała się w sezonie wiosennym, w którym średnia nota wyniosła 8,6°. Natomiast w najsłabszym okresie jesiennym średnia wyniosła 7,7°. Wysoka nota na początku okresu wegetacji wszystkich wariantów była związana z wieloletnim programem nawożenia stosowanym na „green” w poprzednich sezonach. Niższe oceny jakie odnotowano w sezonie letnim na wszystkich obiektach mogą wskazywać na niewystarczające zaspokojenie potrzeb pokarmowych roślin w tym okresie. Przyczyną mogą być również wysokie temperatury powietrza wykraczające poza optymalne warunki wzrostu traw w okresie letnim. 162 Wpływ zróżnicowanego nawożenia mineralnego na jakość… Spośród badanych obiektów najwyższą wartością aspektu ogólnego cechował się wariant 1’ z nawożeniem dodatkowym. Otrzymał on maksymalną notę 9,0° zarówno w okresie wiosennym jak i jesiennym. Był to obiekt o doskonałym jakościowo aspekcie ogólnym. Również bardzo wysoką ocenę otrzymał wariant 2’ (średnia wartości 8,8°). Najsłabiej pod tym względem w stosunku do obiektu kontrolnego na przestrzeni całego okresu wegetacyjnego wypadły obiekty 3 i 4. Ich oceny pod koniec wegetacji wyniosły zaledwie odpowiednio 6,2° i 6,0°. Jednakże na obiektach analogicznych gdzie zastosowano nawożenie dodatkowe (3’ i 4’) różnice względem obiektu kontrolnego były mniejsze, a wartości ich aspektu ogólnego w okresie jesiennym większe o ponad 1,1° w porównaniu do wartości wariantów 3 i 4 bez nawożenia dodatkowego. Zdaniem Prończuka [1993] i Domańskiego [1992] bardzo ważną cechą trawników jest również zagęszczenie runi. Jak wynika z tabeli nr 1 ocena zadarnienia w różnych okresach i na różnych wariantach mieściła się w przedziale od 8,1° do 9,0° co świadczy o dużej jakości darni (Tab. 1). Podobnie jak przy aspekcie ogólnym najlepsze okazały się obiekty 1’, 2 i 2’. Były one identyczne jak próba kontrolna. W sezonie wiosennym ich wartość wynosiła 8,5°, by latem osiągnąć maksymalną notę 9,0° i jesienią nieznacznie spaść do wartości 8,9°. Na tych obiektach występowała idealnie zwarta darń. Dla wariantów 3 i 4 również można mówić o bardzo wysokim wyniku. Nawet najniższa wartość (8,1°) jaką zanotowano wiosną na obiekcie 4 jest w pełni zadowalająca. Na wysoką jakość zadarnienia murawy wiosną mogło mieć wpływ także przezimowanie traw, które mogło być lepsze niż w latach ubiegłych z uwagi na łagodną i krótką zimę. Niższe oceny zadarnienia w sezonie wiosennym są związane z wpływem niskich temperatur w okresie zimowym, które mogą przyczynić się do słabszego startu roślin [Lipińska, Baryła 2004]. Rezultaty badań przeprowadzonych jesienią mogą świadczyć o stopniu regeneracji oraz odporności składników runi na intensywność użytkowania podczas sezonu wegetacyjnego [Kulik 2007]. Ocena przezimowania miała na celu ustalenie jaki procent blaszek liściowych został uszkodzony podczas zimy w wyniku niskiej temperatury i innych czynników klimatycznych. Średnia jego wartość wyniosła 8,6° dla wszystkich wariantów. W odniesieniu do próby kontrolnej (8,7°) wysokie noty za ten parametr otrzymały obiekty nawożone dodatkowo 1’ i 2’ (9,0°). Na szczególną uwagę zasługują warianty 3 i 4 na których rok wcześniej znacznie zmniejszono ilość wnoszonych składników pokarmowych. Mimo tego ocena przezimowania wypadła na nich bardzo korzystnie bo odpowiednio 8,4° i 8,3° (Tab. 2). Świadczyć to może o tym, że nawet takie obiekty mogą wykazać wysoką wartość przezimowania przy zmniejszonej intensywności użytkowania w okresie jesiennym i przy sprzyjających 163 Jolanta Majcher – Łoś, Adam Radkowski warunkach pogodowych zimą. Wysoka ocena wszystkich obiektów może wskazywać na wystarczające zaopatrzenie roślin w mikro– i makroskładniki zapobiegające uszkodzeniu blaszek liściowych. Obiekt Kolor liścia jesienią Struktura liścia (smukłość) Przezimowanie 1 8,5b 8,8b 8,7b 1’ 9,0b 9,0b 9,0b 2 8,5b 8,8b 8,5ab 2’ 9,0b 9,0b 9,0b 3 7,0a 8,7ab 8,4a 3’ 7,9ab 8,8b 8,5ab 4 6,8a 8,5a 8,3a 4’ 7,8ab 8,7ab 8,4a Tab. 2. Wyniki oceny traw gazonowych na murawie „green” (skala 9°; a, b – grupy jednorodne wg testu Duncana). Oznaczenie obiektów w rozdziale „Materiał i metody badań” Poza wyżej omawianymi cechami przy ocenie muraw na „green” należy również uwzględnić cechy szczegółowe tj. smukłość liścia i kolor blaszki liściowej. Zdaniem niektórych autorów [Prończuk 1993; Jankowski i wsp., 1999] najbardziej efektownie wyglądają trawy z wąskimi blaszkami liściowymi, zwłaszcza o ciemnozielonej barwie. Podatność na choroby Obiekt Pleśń śniegowa (Microdochium nivale) Brunatna plamistość liści (Drechslera siccans) 1 8,2a 8,0a 1’ 8,3a 8,3a 2 8,2a 8,0a 2’ 8,5ab 9,0b 3 8,6ab 8,0a 3’ 9,0b 9,0b 4 8,6ab 8,0a 4’ 9,0b 9,0b Tab. 3. Wyniki oceny traw gazonowych na murawie „green” pod kątem podatności na choroby (skala 9°; a, b – grupy jednorodne wg testu Duncana). Oznaczenie obiektów w rozdziale „Materiał i metody badań” 164 Wpływ zróżnicowanego nawożenia mineralnego na jakość… Na uwagę zasługują tu wszystkie obiekty na których zastosowano nawożenie dodatkowe. Najwyższą ocenę za strukturę liścia oraz jego barwę uzyskały warianty 1’ i 2’. Należy również zauważyć, że obiekty 3’ i 4’ wykazały znaczną różnicę (odpowiednio o 0,9° i o 1,0°) od analogicznych obiektów 3 i 4 z konwencjonalnym nawozem wieloskładnikowym (Tab. 2). Oceniając podatność na pleśń śniegową da się zauważyć tendencję odwrotnie proporcjonalną w stosunku do wielkości nawożenia. Można stwierdzić, iż im mniejsza była ilość podstawowa wniesionego składnika pokarmowego tym odporność na patogen była wyższa (Tab. 3). W przypadku oceny skierowanej na tolerancję traw w stosunku do brunatnej plamistości liści wszystkie obiekty gdzie stosowano jedynie standardowe nawożenie wieloskładnikowe cechowały się taką samą wartością czyli 8,0°. Natomiast na wariantach 2’, 3’ oraz 4’ na których zastosowano dodatkowe nawożenie odnotowano wzrost tolerancji na patogen Drechslera siccans i obszary te były całkowicie od niego wolne (Tab. 3). Wysokie wartości oceny tolerancji traw na oba patogeny świadczą o dużej odporności na nie zastosowanych gatunków na badanej powierzchni „green”. Według Prończuk [1997] największy wpływ na wystąpienie chorób mają błędy w pielęgnacji trawników. Można zatem stwierdzić, iż zabiegi pielęgnacyjne były przeprowadzone w sposób optymalny. WNIOSKI • Zmniejszenie dawki nawozowej o 20% względem obiektu kontrolnego nie wpłynęło ujemnie na ocenę zadarnienia, koloru liścia, struktury blaszki liściowej oraz podatności na choroby murawy „green”, w przeciwieństwie do zmniejszenia dawki podstawowej o 40 i 60%, które spowodowało spadek wartości oceny aspektu ogólnego zwłaszcza w okresie jesiennym maksymalnie o 2,8°. • Kolor blaszki liściowej ocenianej w sezonie jesiennym najgorzej prezentował się na obiektach 3 i 4, gdzie dawka konwencjonalnych nawozów była mniejsza o kolejno 40% i 60% w porównaniu z obiektem kontrolnym. Zanotowano tutaj spadek wartości oceny względem kontroli średnio o 19%. W analogicznych wariantach gdzie zastosowano nawożenie dodatkowe udało się zmniejszyć niekorzystny wpływ na zabarwienie liścia o ponad 10%. • Przezimowanie oraz struktura blaszki liściowej wypadły bardzo korzystnie (ich średnia wartość oceny przekroczyła 8,6°) bez względu na ilość i rodzaj nawożenia. 165 Jolanta Majcher – Łoś, Adam Radkowski • Nawożone dodatkowo żelazem obiekty 2’, 3’ i 4’ charakteryzowały się całkowitą odpornością na brunatną plamistość liści traw. Wartość oceny odporności na tę chorobę wariantów nawożonych konwencjonalnie była niższa o 12,5% względem dodatkowo nawożonych. Dodatkowo obiekty 2’, 3’ i 4’ były również odporne na drugi z badanych patogenów – Microdochium nivale. • Niezależnie od ilości wniesionego składnika nawozowego na obiektach 1, 2, 3 i 4 odporność na patogen Drechslera siccans była identyczna. 166 Wpływ zróżnicowanego nawożenia mineralnego na jakość… LITERATURA Canaway P.M. 1990. A comparison of different methods of establishment using see and sod on the cover and playing quality of for turf footboll. Journal of Sports. Turf Research Inst. No 66, ss. 9 – 28. Domański P. 1992. System badań i oceny odmian traw gazonowych w Polsce. Biul. IHAR nr 183: ss. 251–263. Domański P. 1998 a. Trawy darniowe – kostrzewa czerwona, wiechlina łąkowa, życica trwała. Synteza wyników doświadczalnictwa odmianowego. Centralny Ośrodek Badania Odmian Roślin Uprawnych Słupia Wielka, ss. 1-21. Domański P. 1998 b. Metodyka badań wartości gospodarczej odmian (WGO) roślin uprawnych. COBORU. Słupia Wielka, Wyd. I, ss. 1–33. Grabowski K., Grzegorczyk S., Benedycki S., Kwietniewski H. 2002. Wzrost i rozwój niektórych odmian traw w siewie czystym i mieszankach przeznaczonych na trawniki sportowe w roku siewu. Przegląd Naukowy 1(24), ss. 113–122. Harkot W., Czarnecki Z. 1997. Wpływ sposobu przygotowania podłoża na szybkość wschodów polskich odmian traw gazonowych. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 451, ss.263–269. Jankowski K., Ciepiela G., Jodełka J., Kolczarek R. 1999. Analiza porównawcza mieszanek gazonowych uprawianych w warunkach Podlasia. Fol. Univ. Agric. Stetin. 197, Agricultura (75), ss. 133–140. Kinds H.P.P. 1985. Development in sports turfgrasses over past 25 years. Zeitschrift für Wegetationstechnik 8, ss. 64–70. Kulik M. A. 2007. Wpływ warunków glebowych, sposobu użytkowania i składu mieszanki na zadarnienie pastwiska. Uniwersytet Marii Curie – Skłodowskiej Lublin vol. LXII, ss. 99-108. Lipińska H., Baryła R. 2004. Zużycie wody na ewapotranspiracje wybranych gatunków traw w zależności od poziomu wody gruntowej i składu gatunkowego mieszanek. Uniwersytet Marii Curie-Skłodowska Lublin vol. LIX, Nr 2, E 2004, ss. 840-846. Prończuk M. 1997. Kompendium wiedzy o chorobach traw i ich zapobieganiu na trawnikach. IHAR Radzików. Wyd. III, ss. 33. Prończuk S. 1993. System oceny traw gazonowych. Biul. IHAR 186: ss. 127– 132. Adres do korespondencji: Adam Radkowski, Jolanta Majcher – Łoś Instytut Produkcji Roślinnej, Zakład Łąkarstwa Uniwersytet Rolniczy w Krakowie email: [email protected] Opiekun naukowy: prof. dr hab. Mirosław Kasperczyk 167 Mateusz Malinowski, Jakub Sikora Sylwia Kurdziel, Iwona Krzystanek EPISTEME 15/2012 s.169-176 ISSN 1895-4421 WYKORZYSTANIE TERMOGRAFII DO NIEINWAZYJNEJ ANALIZY WEWNĘTRZNYCH USZKODZEŃ MIĄŻSZU JABŁEK USING THERMOGRAPHY IN THE APPLE FLESH INTERNAL DAMAGE NON-INVASIVE ANALYSIS Abstrakt. Wysokie wymagania konsumentów zawsze wymuszały na przedsiębiorcach potrzebę stałego monitoringu jakości ich produktów. Jedno z ważniejszych wyzwań, jakie stawiane jest współczesnej inżynierii przemysłu rolno – spożywczego to dokładne i jednocześnie szybkie wykrywanie niewidocznych uszkodzeń wewnętrznych owoców i warzyw przechowywanych w chłodniach. Uszkodzenia miąższu powstają zarówno w czasie zbiorów, jak i na różnych etapach przechowywania. Niezdiagnozowane uszkodzenia wewnętrzne produktów mogą stać się przyczyną obniżenia ich jakości, a w konsekwencji ceny przy sprzedaży. Obecnie stosowane metody analizy takich uszkodzeń należą do drogich i nieefektywnych. Alternatywą dla wykonywania monitoringu takich uszkodzeń może być wykorzystanie technik termograficznych. Analizie termograficznej uszkodzonego miąższu poddano jabłka 5 odmian: Champion, Golden Delicious, Ligol, Rubin i Granny Smith. Uszkodzenia wykonano metalową kulą, a następnie obszar ten zaznaczano markerem. Uszkodzenie nie były widoczne na skórce jabłek. Analiza termograficzna jabłek poddawanych działaniu niskich i wysokich temperatur (termografia aktywna) pozwoliła na określenie miejsc występowania uszkodzeń miąższu. Analiza wyników wykazała, że fragment skórki jabłka, pod którym występowało uszkodzenie zostało zobrazowane jako obszar o obniżonej temperaturze. W zależności od odmiany jabłek, temperatura radiacyjna w uszkodzonym obszarze obniżyła się średnio o 0,4oC. Słowa kluczowe: termografia aktywna, uszkodzenia wewnętrzne, jabłka Summary. High consumers requirements have always forced on the food producers a need to monitor the quality of their products. One of the most important tasks of modern agricultural engineering and agro - food industry is precise and fast detection of invisible internal damage in the products stored in the coolers. Damages are formed at harvest time and at different stages of storage. Undetected internal damage in the product can also lead to reduction of their prices. At present applicable methods of analyses of these damages are expensive and therefore nonfunctional. The use of thermography is an alternative method of monitoring these damages. Five varieties of apples: Champion, Golden Delicious, Ligol, Rubin and Granny Smith underwent thermographic analyses of the damaged pulp. The damages were done by a metal ball. They were not visible on the apple skin. Apples were exposed to low and high temperatures (active thermography). That allowed to define the location of pulp damage. Analyses of the results showed that the fragments of apple skin with internal damage were visualized as an area with the low temperature. Depending on the variety of apples, radiation temperature in the damaged area decreased on average of 0,4oC. Key words: active thermography, internal damage, apples 169 Mateusz Malinowski, Jakub Sikora, Sylwia Kurdziel, Iwona Krzystanek WSTĘP Jakość owoców i warzyw jest ważnym aspektem badań agrofizycznych. Jak wynika z licznych doniesień literaturowych istnieje potrzeba poszukiwania alternatywnych metod wyznaczania fizycznych parametrów określających ich jakość [Baranowski 2008]. W procesie sortowania jabłek istotnym problemem jest opracowanie skutecznej metody wykrywania obić. Pomimo iż obicia stanowią przyczynę odrzucenia największej liczby owoców na liniach sortowniczych, do ich wykrycia stosowane są nadal metody sortowania ręcznego [Leemans i in. 2002, Xing i Baerdemaeker 2007]. Obicie definiuje się jako uszkodzenie tkanki owocu na skutek sił zewnętrznych, powodujących fizyczne zmiany tekstury oraz/lub chemiczne zmiany koloru, zapachu, i tekstury [Mohsenin 1986]. Istniejące obecnie systemy sortownicze nie potrafią skutecznie oddzielić owoców z obiciami, które na skórce nie pozostawiły brązowego śladu. Jest to spowodowane tym, że większość systemów wykorzystuje zakres światła widzialnego i bliskiej podczerwieni (do 3 μm), a więc koncentrują się one na wykrywaniu brązowienia, które w przypadku świeżo obitych owoców może nie występować lub występować w sposób niewyraźny [Xing i in. 2006]. Nawet wysoce rozbudowane wizyjne systemy sortowania, przeprowadzające pełnospektralną analizę koloru, które korzystają z zaawansowanych procedur przetwarzania i analizy obrazów, nie są w stanie poradzić sobie się z tym problemem w przypadku ciemnego koloru skórki owoców lub niewielkiej powierzchni obić. Potencjalne możliwości dają metody: rentgenograficzna i rezonansu magnetycznego [Schatzki i in. 1997], jednak ze względu na koszt tych metod, nie zostały one dotychczas włączone do istniejących systemów sortowniczych. Ponieważ wymiana ciepła pomiędzy ciałem stałym, np. owocem, i otoczeniem może zachodzić poprzez przewodzenie, promieniowanie i konwekcję, jednym z testowanych rozwiązań analizy uszkodzeń owoców jest wykorzystanie termografii. Termografia to proces obrazowania w paśmie średniej podczerwieni (długości fali od ok. 0,9 do 14 μm). Pozwala ona na rejestrację promieniowania cieplnego emitowanego przez wszystkie przedmioty i obiekty, których temperatura jest wyższa niż zero bezwzględne. Termografia wykorzystywana jest w takich dziedzinach przemysłu jak: budownictwo, ciepłownictwo, diagnostyka układów energoelektronicznych, diagnostyka urządzeń mechanicznych i medycyna [Wróbel 2010]. Istnieją dwa rodzaje termografii: pasywna i aktywna. Termografia aktywna wymaga w czasie badania dostarczenia do badanego obiektu fizycznego zewnętrznego źródła pobudzenia cieplnego. Na termogramie otrzymujemy wówczas możliwość detekcji defektów pod powierzchnią analizowanego materiału. Wynika to z faktu, że przepływ ciepła w materiale determinowany jest jego właściwościami cieplnymi oraz innymi właściwościami fizycznymi tego obiektu, tj. rozmiarem, kształtem, masą, objętością, strukturą wewnętrzna, grubością, gęstością, wilgotnością, jędrnością, etc. 170 Wykorzystanie termografii do nieinwazyjnej analizy... Jeżeli wewnątrz badanego obiektu występują niejednorodności właściwości cieplnych, a więc zróżnicowanie przenikania ciepła do jego wnętrza, możliwe jest otrzymanie na jego powierzchni śladów termalnych tych niejednorodności, a w konsekwencji kontrastów termalnych między strukturą nienaruszoną materiału i zaburzeniem [Baranowski 2008]. Tkanki owocu po obiciu zmieniają swoje właściwości cieplne (dyfuzyjność cieplną) na skutek utraty w nich wilgoci i powstawania korkowatej tkanki o mniejszej gęstości. Baranowski [2008], Varith i in. [2003] dokonali obserwacji temperatury skórki jabłek po silnym obiciu (upuszczenie jabłka z wysokości 0,46 m) i przechowywaniu ich w temperaturze 26°C przy wilgotności 50%. Przebiegi zmian temperatury powierzchni owocu z obiciem w czasie wykazały dla badanych odmian występowanie różnic temperatury między częścią obitą i nieobitą w zakresie od 0,5°C do 1,5°C. Ze względu na szybszy spadek temperatury w miejscu z obiciem po wyłączeniu impulsu cieplnego może nastąpić sytuacja, w której temperatura powierzchni nad częścią obitą będzie niższa niż nad częścią bez obicia. Dlatego oczekiwać można na obrazie termograficznym kontrastu termalnego z niższą temperaturą części nad powierzchnią obitą [Baranowski 2008]. Ponieważ jabłka, które zostały pobrane badaniom posiadały świeże obicia, zachodzi pytanie, czy istnieje możliwość wykorzystania termografii aktywnej do wykrywania takich obić po zadaniu impulsu cieplnego, poprzez kąpiel w ciepłej wodzie i osuszenie przed umieszczeniem ich w chłodni. Celem przeprowadzonych badań było określenie możliwości wykorzystania termografii aktywnej do bezinwazyjnego wyznaczania wewnętrznych uszkodzeń miąższu jabłek poddanych kąpieli wodnej przed przechowaniem. Ponadto w badaniach określono różnice w temperaturze radiacyjnej powierzchni jabłek (wyjętych z kąpieli wodnej i osuszonych) pomiędzy obszarami z defektem, a obszarami nieuszkodzonego miąższu. MATERIAŁ I METODA Do analizy przyjęto 5 odmian jabłek: Champion, Golden Delicious, Ligol, Rubin i Granny Smith. Na jabłkach wykonano celowe obicia opuszczając na ich powierzchnię z wysokości 0,5 m, metalową kulę o średnicy 2 cm i masie 0,04 kg. Jabłka przed umieszczeniem w chłodni zostały poddane działaniu wody o temperaturze 48-54 0C w celu poprawienia ich trwałości i jakości na czas przechowywania. Jest to działanie stosowane w zamian preparatów chemicznych. Czas ekspozycji jabłek na wysoką temperaturę wynosił 20 sekund i stanowił impuls cieplny do badań termograficznych. Pomiary temperatury radiacyjnej wykorzystujące wcześniejsze zastosowanie dodatkowego strumienia cieplnego nazywane są termografią aktywną. Pomiary temperatury radiacyjnej (promieniowania cieplnego) owoców prowadzono 171 Mateusz Malinowski, Jakub Sikora, Sylwia Kurdziel, Iwona Krzystanek w ustalonych i kontrolowanych warunkach zewnętrznych. Laboratorium było termostatowane, a w trakcie rejestracji termograficznych kontrolowano temperaturę powietrza, wilgotność oraz ciśnienie atmosferyczne. Wszystkie serie pomiarowe przeprowadzono w temperaturze powietrza 20,5°C, przy wilgotności względnej 65%, w świetle dziennym. Badania wykonano kamerą termograficzną na specjalnie w tym celu zaprojektowanym stanowisku badawczym. Jabłka były badane w kilka sekund po wyjęciu z kąpieli wodnej. Kamera termograficzna ThermaCAM e300, którą wykonano termogramy posiadała następujące parametry: zakres widmowy: 7,5 – 13 µm, ekran: 2,5”, 16 – bitowa głębia barw, zakres temperatur: od -20 do 1200 0C, dokładność odczytu: 2%, rozdzielczość ekranu: 240 x 320 pikseli. W przeprowadzonych badaniach odległość pomiędzy kamerą a badaną powierzchnią owocu wynosiła 0,5 m. Badany owoc znajdował się w wyczernionym pudełku, tak aby maksymalnie wyeliminować wpływ temperatury otoczenia na analizowany obiekt (rys. 1). Analiza termogramów została wykonana na oprogramowaniu ThermaCAM QuickReport 1.1 oraz MS Office Excel. Weryfikacja obserwacji polegała na przekrojeniu jabłka, w celu określenia głębokości obić. Dodatkowo wykonano pomiary powierzchni obicia po obraniu skórki, a także pomiary gęstości i wilgotności miąższu jabłek. Badanie wilgotności wykonano metodą suszarkową. Powierzchnię obicia na podstawie zdjęcia rastrowego określono w programie AutoCAD. WYNIKI Rysunek 1 przedstawia stanowisko badawcze wykorzystane do badań. Rysunek 2 prezentuje zdjęcie rastrowe jabłka odmiany Ligol przed przekrojeniem (A) i po przekrojeniu (B) oraz termogram (C). Na termogramie można zauważyć miejsce charakteryzujące się obniżoną temperaturą (kolor czerwony – temp 25,30C). W miejscu tym występuje tkanka, która posiada inne właściwości termiczne i świadczy o wystąpieniu obicia. Na zdjęciu rastrowym w miejscu obicia nie widać żadnych zmian na skórce owocu. W Tab. 1 zamieszczono statystyczną analizę uzyskanych termogramów. Dla każdej z pięciu odmian jabłek określono średnią gęstość właściwą jabłka zawartość wody, średnią temperaturę radiacyjną miejsca obicia, średnią temperaturę radiacyjną pozostałej powierzchni jabłka, powierzchnię obicia oraz średnią głębokość zbrązowienia się miąższu, a także różnicę w temperaturach pomiędzy obszarami obitym i nieobitym. 172 Wykorzystanie termografii do nieinwazyjnej analizy... 1 2 3 Rys. 1. Stanowisko badawcze. 1 – stojak z regulacją wysokości kamery termograficznej od obiektu, 2 – kamera termograficzna, 3 – obiekt badawczy Miejsce obicia jabłka Rys. 2. Termogram i zdjęcia rastrowe dla obitego jabłka odmiany Rubin 173 Ligol Rubin Granny Smith Średnia temp. radiacyjna miejsca obicia Champion Liczba prób Golden Delicious Odmiana Cecha Jedn. Mateusz Malinowski, Jakub Sikora, Sylwia Kurdziel, Iwona Krzystanek n 30 30 30 30 30 C 25,52 25,19 25,39 25,14 25,17 0 Odchylenie - 0,087 0,109 0,102 0,105 0,101 0 C 25,7 25,4 25,6 25,3 25,4 0 C 25,3 25,0 25,1 24,8 25,0 0 C 26,06 25,46 25,82 25,56 25,57 - 0,325 0,177 0,173 0,183 0,121 Max 0 C 27,1 25,9 26,3 26,0 25,9 Min 0 C 25,5 25,1 25,3 25,0 25,3 0 C 0,54 0,27 0,43 0,42 0,4 g.cm-3 0,796 0,817 0,802 0,886 0,898 Wilgotność miąższu % 86,59 86,37 86,72 88,41 86,33 Średnia pow. obicia Średnia głębokość obicia cm2 4,27 4,21 3,63 4,58 4,46 mm 11,28 9,63 8,51 10,47 10,79 Max Min Średnia temp. radiacyjna pozostałej części jabłka Odchylenie Różnica temp. pomiędzy obszarami Gęstość właściwa miąższu Tab. 1. Charakterystyka wybranych właściwości fizycznych i termicznych analizowanych jabłek Największą różnicę w temperaturach radiacyjnych pomiędzy miejscem obitym i tkanką nieuszkodzoną zarejestrowano dla odmiany Golden Delicious (0,54 0 C), a najmniejszą dla odmiany Champion (0,27 0C). Dla pozostałych odmian różnica ta kształtowała się na poziomie 0,4 0C. Najgłębsze uszkodzenie miąższu zaobserwowano dla odmiany Golden Delicious. Maksymalna głębokość zbrązowienia miąższu dla wszystkich odmian przekraczała 8 mm. Najpłytsze uszkodzenie miąższu zaobserwowano dla odmiany Ligol, która charakteryzowała się również najmniejszą powierzchnią obicia. Średnia powierzchnia uszkodzenia wewnętrznego jabłek badanych odmian nie przekraczała 5 cm2. Nie zaobserwowano istotnej korelacji pomiędzy różnicami w temperaturze miejsc obitego i nieuszkodzonego, a właściwościami fizycznymi tkanki jabłek (tj. gęstości i zawartości wody w miąższu). 174 Wykorzystanie termografii do nieinwazyjnej analizy... W ramach prowadzonego doświadczenia dokonano kilku serii stałego pomiaru temperatury radiacyjnej powierzchni jabłek, która pozwoliła na określenie czasu uzyskania przez powierzchnię jabłka temperatury 200C (temperatura bazowa wynosiła 4 0C – jabłka wyjęte z chłodni). Dla każdego z badanych owoców czas ten wynosił ponad 70 minut. Najdłużej temperaturę 200C uzyskiwały jabłka odmiany Granny Smith (ponad 120 minut). DYSKUSJA I WNIOSKI Wykonane badania dowodzą, iż techniki termografii aktywnej mogą zostać wykorzystane do bezinwazyjnej oceny niewidocznych uszkodzeń miąższu jabłek. Analiza wyników wykazała, iż przy użyciu metody termografii aktywnej można zaobserwować tkankę wewnętrznie uszkodzoną, zobrazowaną kontrastem cieplnym wywołanym zewnętrznym impulsem cieplnym. Podczas pobudzenia cieplnego, niejednorodności właściwości cieplnych, wynikające ze zmiany właściwości tkanki po obiciu, powodują powstawanie na powierzchni tych materiałów kontrastów termicznych, które mogą być skutecznie rejestrowane urządzeniem termograficznym. Kontrast cieplny pomiędzy obszarem uszkodzonym i nieuszkodzonym zawierał się w przedziale od 0,27 do 0,54 0C. Zastosowana metoda, wykorzystująca kąpiel w ciepłej wodzie, powoduje wymycie wosku ze skórki jabłka, co daje ujednolicenie właściwości fizycznych jego powierzchni i zmniejsza błąd odczytu promieniowania cieplnego. 175 Mateusz Malinowski, Jakub Sikora, Sylwia Kurdziel, Iwona Krzystanek LITERATURA Baranowski P. 2008. Temperatura radiacyjna wybranych owoców i nasion jako parametr oceny ich jakości. Acta Agrophysica, 159. Lublin s. 29-49 Leemans V., Magin H., Destain M.F., 2002. On-line fruit grading according to their external quality using machine vision. Biosyst. Eng., 83, s. 397-404. Mohsenin N.N., 1986. Physical properties of plant and animal materials. Gordon Breach. Schatzki T.F., Haff R.P., Young R., Can I., Le L.C., Toyofuku N., 1997. Defect detection in apples by means of X-ray imaging. Trans. ASAE 40 (5), s. 1407-1415. Varith J., Hyde G.M., Baritelle A.L., Fellman J.K., Sattabongkot T., 2003. Noncontact bruise detection in apple by thermal imaging. Innov. Food Sci. Emerg. Technol., s. 211-218. Wróbel A. 2010b. Termografia w pomiarach inwentarskich obiektów budowlanych. Rozprawa habilitacyjna. Monografie 209, Wyd. AGH, Kraków Xing J., Baerdemaeker D.J., 2007. Fresh bruise detection by predicting softening index of apple tissue using VIS/NIR spectroscopy. Postharvest Biol. Technol., 45 s. 176-183. Xing J., Bravo C., Moshou D., Ramon H., Baerdemaeker D.J., 2006. Bruise detection on ‘Golden delicious’ apples by VIS/NIR spectroscopy. Comput. Electron. Agric., 52, s. 11-20. Adres do korespondencji: mgr inż. Mateusz Malinowski, dr inż. Jakub Sikora, inż. Iwona Krzystanek, inż. Sylwia Kurdziel Instytut Inżynierii Rolniczej i Informatyki Uniwersytet Rolniczy w Krakowie Ul. Balicka 116b, 30-149 Kraków e-mail: [email protected], [email protected] 176 Jan Mółka EPISTEME 15/2012 s.177-185 ISSN 1895-4421 ANALIZA PROCESU SPALANIA ZIARNA ZBOŻA COMBUSTION ANALYSIS OF CEREAL GRAINS Abstrakt. Analiza składu spalin ziarna zbóż, której wyniki informują o doborze współczynnika nadmiaru powietrza oraz o występowaniu m.in. niepożądanego tlenku węgla w spalinach, jest narzędziem do regulacji i optymalizacji procesu spalania. Obecność tlenku węgla w spalinach świadczy o niedostatecznej ilości tlenu w komorze spalania. W pracy przedstawiono wyniki analizy spalin z ziarna owsa, pszenicy, jęczmienia oraz wyznaczono współczynnik nadmiaru powietrza l i temperaturę spalin tsp przy użyciu analizatora Testo350 w celu wydzielenia faz spalania. Na ich podstawie określono stabilność procesu dla badanych paliw w określonych zakresach l i przy danych zawartościach dwutlenku węgla. Najmniejszy współczynnik l podczas spalania uzyskano dla jęczmienia w fazie pirolizy w zakresie od 1,2 do 2,06, a największy dla pszenicy od 2,1 do 6,7. Natomiast najmniejszą zawartość tlenku węgla w tej samej fazie uzyskano dla jęczmienia o wartości 0,05%. Spośród przebadanych ziaren zbóż dla pszenicy uzyskano największą temperaturę spalin 511°C. Słowa kluczowe: ziarno zbóż, współczynnik nadmiaru powietrza, dwutlenek węgla Summary. Analysis of gas composition of cereal grains is a tool for controlling and optimizing the combustion process. The results inform the selection of the excess air ratio and the occurrence of undesirable for instance carbon monoxide in the exhaust. The presence of carbon monoxide in the exhaust indicates insufficient oxygen in the combustion chamber. The results of gas analysis with a grain of oats, wheat, barley and determination of the excess air ratio l and exhaust temperature tsp using the analyzer Testo350 to separate the phases of combustion. Based on the phase stability of the combustion process specified for the tested fuels in certain areas l and the contents of carbon dioxide. The smallest ratio during combustion were obtained for barley during pyrolysis in the range 1.2 to 2.06, and the largest for wheat from 2.1 to 6.7. The lowest content of carbon monoxide in the same phase were obtained for barley, valued at 0.05%. Among the tested wheat grains obtained the highest exhaust gas temperature 511 ° C. Key words: grain cereals, the coefficient of excess air, carbon dioxide 177 Jan Mółka WSTĘP Współczesna energetyka poszukuje źródeł energii odnawialnej. Do tej grupy paliw zaliczana jest biomasa, która obecnie w 4% (190 [mln t/rok]) zaspakaja zapotrzebowanie na energię w krajach Unii Europejskiej. Zobowiązania, które przyjęła Polska, przewidują zwiększenie do 15% udziału energii ze źródeł odnawialnych w zużyciu energii ogółem w kraju w 2020 roku [Nowa Energia 2008]. Udział energii z wierzby energetycznej, ślazowca pensylwańskiego i miskanta stanowi w Polsce tylko 30% pozyskiwanej biomasy, a biopaliwa te z uwagi na problemy związane ze zbiorem i likwidacją plantacji nie pokryją oczekiwanego zapotrzebowania na energię [Ściążko i inni 2006]. Wobec zaistniałej sytuacji wprowadzono odpowiednie uregulowanie prawne zezwalające na traktowanie ziarna zboża jako odnawialnego źródła energii z przeznaczeniem na spalanie [Rozporządzenie 2008]. Według Pudlika [2011] analiza spalania polega na pomiarowym sprawdzeniu, w jakich ilościach komorę spalania opuszczają, doprowadzone do niej w paliwie, pierwiastki palne oraz nie palne. W przypadku związków palnych powinny to być wyłącznie molekuły CO2 i H2O, ale często występują CO oraz H2 świadczące o niezupełnym spalaniu oraz sadza i lotny koksik w spalinach. Dodatkowo nadmiar powietrza powinien być możliwie najniższy i taki, aby eliminować spalanie niezupełne. Celem pracy była analiza procesu spalania ziarna wybranych zbóż na podstawie ich składu spalin, współczynnika nadmiaru powietrza l, temperatury spalin oraz określenie faz spalania biomasy w oparciu o zmiany zawartość CO2 w spalinach. MATERIAŁ I METODY Materiał badawczy stanowiło ziarno wybranych zbóż: owsa, pszenicy ozimej i jęczmienia ozimego. Dla każdego z materiałów usypanych w warstwie wykonano po 10 prób spalania dla dwóch różnych mas paliwa (250 g i 350 g). Wysokość warstwy usypanej przed spalaniem w przypadku 250 g wynosiła od 9 do 12 mm, natomiast dla 350 g od 11 do 14 mm i zależała ona od gęstości usypnej danego zboża. Wg. Kusińska [2007] gęstość w stanie zsypnym oraz porowatość warstwy ziarna są ze sobą ściśle powiązane i wpływają na opory przepływu powietrza w komorze spalania. Przy stałym natężeniu przepływu powietrza opory przepływu mają wpływ na zmienny współczynnik nadmiaru powietrza, który w fazie pirolizy powinien być zbliżony do wartości λ od 1 do 2,5 przez stosunkowo długi okres czasu (przynajmniej połowę okresu spalania). Badania w tej fazie prowadzono przy stracie kominowej od 10 do 15% ilości ciepła oddawanego ze spalinami do otoczenia, a pomiar kończono w trzeciej fazie spalania pozostałości koksowniczej przy stracie ciepła do 20%. Do analizy spalin wykorzystano elektroniczny analizator Testo350S, który pobiera gaz z kanału spalinowego, przy pomocy sondy pomiarowej przeznaczonej do pracy w temperaturze do 1000°C, jest transponowany do sensorów gazu: CO2, O2, CO (z kompensacją H2). 178 Analiza procesu spalania ziarna zboża… WYNIKI I DYSKUSJA Ziarna zbóż, podobnie jak paliwa stałe konwencjonalne ulegają spalaniu w trzech fazach: podgrzewania i odparowania wilgoci, pirolizy oraz spalania pozostałości koksowniczej [Kordylewskiego 2005]. Rodzaj spalania w poniższych badaniach zaliczono do niezupełnego, ponieważ w lotnych produktach procesu zaobserwowano gazy palne – głównie CO oraz H2. Analiza spalanego ziarna owsa przy dawce paliwa 250 g charakteryzowała się najkrótszym czasem suszenia i odparowania wilgoci, spośród przebadanych ziaren zbóż, który wynosił 3 minuty (Rys.1). W fazie tej współczynnik nadmiaru powietrza bardzo szybko osiągnął wartość λ = 1,71. Na granicy faz, odparowania wilgoci i pirolizy, zawartość CO2 w spalinach osiągnęła wartość ok.6%, natomiast zawartość CO w tym czasie zmalała z wartości 0,48% do 0,29%. W fazie pirolizy CO osiągnęło zawartość 0,12%, przy dziesięciokrotnie mniejszej zawartości H2 w spalinach, natomiast wartość współczynnika λ mieściła się w przedziale od 1,71 do 3,3 - przyczyną była niestabilność procesu spalania związana z nierównomiernym wykorzystaniem dostarczonego powietrza w zachodzących reakcjach chemicznych w komorze spalania podczas pirolizy. Średnie spalanie tej dawki ziarna owsa trwało 23 minuty. Faza pirolizy trwała około 14 minut, natomiast faza spalania pozostałości koksowniczej (żarzenia się i spopielania) była o połowę krótsza. Gdy ilość ciepła emitowanego ze spalinami do otoczenia, czyli strata kominowa, przekraczała 20% pomiar przerywano. Dodatkowo wraz z przyrostem zawartości CO2 w fazie pirolizy zwiększała się temperatura spalin owsa (Rys.2). Każda niestabilność procesu spalania związana z wydzieleniem mniejszej ilości CO2 skutkowała obniżeniem temperatury spalin i chwilowymi stosunkowo intensywnymi stanami spalania niezupełnego, któremu towarzyszyło zwiększenie zawartości CO i H2 w spalinach. Kontrola składu spalin sprowadzała się do eliminacji tych stanów, poprzez odpowiednią zmianę dostarczanego strumienia powietrza do komory spalania. Temperatura spalin, pomimo zaniku płomienia i wyłącznego żarzenia spalanej biomasy w fazie powstawania pozostałości koksowniczych, malała bardzo wolno, ze względu na nagrzanie elementów komory spalania, które w tym czasie oddawały ciepło spowalniając jej obniżenie. W ramach badań na zaprojektowanym stanowisku, poszukiwano optymalnych parametrów procesu spalania, między innymi masy paliwa dostarczonego jednorazowo do paleniska, która zapewniłaby poprawę stabilności procesu spalania w fazie pirolizy. W związku z tym zwiększano masę badanego paliwa o 50 g i dopiero przy 350 g biomasy uzyskano zadawalającą stabilność procesu i mały współczynnik nadmiaru powietrza λ (Rys. 3a) mieszczący się w zakresie wartości, w fazie pirolizy od 1,47 do 2,18 gdzie, aż przez 13 minut piroliza zachodziła przy współczynniku λ kształtującym się poniżej 2. Zaobserwowano również, że niezależnie od masy próbki owsa maksymalna temperatura spalin ( Rys. 2, Rys. 3b) oscylowała wokół wartości 330 °C. 179 Jan Mółka Rys.1. Fazy spalania dla owsa o masie 250g – spalanie z nadmiarem powietrza Rys. 2. Wpływ współczynnika nadmiaru powietrza na temperaturę spalin 180 Analiza procesu spalania ziarna zboża… Rys. 3 Spalanie z nadmiarem powietrza: a) fazy spalania dla owsa o masie 350 g, b) wpływ współczynnika nadmiaru powietrza na temperaturę spalin Analiza spalin ze spalania ziarna pszenicy o masie próbki 250 g (Rys. 4a i 4b) wykazała bardzo mały poziom zawartości CO2 sięgający około 4%, przy stosunkowo małym poziomie zawartości CO (0,058% do 0,18%) w fazie pirolizy. Spalaniu ziarna pszenicy towarzyszyła długa faza podgrzewania i odparowywania wilgoci, która trwała około 4 minuty. Następnie przez 15 minut faza suszenia i pirolizy były nierozgraniczone i najprawdopodobniej fazy te zachodziły jednocześnie z dużym udziałem ciągłego osuszania, a wydzielająca się wilgoć w znacznym stopniu ograniczała spalanie. Analizując dane zamieszczone na Rys. 4a zauważono, że tylko pomiędzy 19 i 21 minutą procesu zachodził piroliza, gdyż zawartość CO2 w spalinach przekraczała 7%. 181 Jan Mółka W wyniku braku intensywnego spalania w II fazie, pozostałości koksownicze również powstawały znacznie wcześniej w skrajnych obszarach paleniska, w którym płomień zanikł szybciej niż w jego środkowej części. Dodatkowo, na podstawie obserwacji stwierdzono, że ziarno w tym czasie tliło się. Zbyt mała temperatura towarzysząca spalaniu bezpłomieniowemu wpłynęła na stapianie się niespalonych do końca poszczególnych ziaren pszenicy ze sobą tworząc frakcje żużlu o różnej wielkości i kształcie. Rys. 4. Spalanie z nadmiarem powietrza: a) fazy spalania dla pszenicy o masie 250g, b) wpływ współczynnika nadmiaru powietrza na temperaturę spalin. 182 Analiza procesu spalania ziarna zboża… Rys. 5 Spalanie z nadmiarem powietrza: a) fazy spalania dla pszenicy o masie 350g, b) wpływ współczynnika nadmiaru powietrza na temperaturę spalin. Bardzo długi czas osuszania ziarna zaobserwowano również przy próbie pszenicy o masie 350g (Rys. 5a i 5b) wynoszący około 10 minut, po którym zawartość CO2 na pograniczu z fazą pirolizy (13 min) osiągnęła 7,28%. Faza II dla ziarna pszenicy w odniesieniu do ziarna owsa wykazała większą niestabilność, ze względu na zaobserwowane wahania zawartości CO2 w spalinach oraz nie wykorzystany nadmiar powietrza doprowadzony do komory spalania, którego wartość chwilowa zwiększyła się do 6,75. 183 Jan Mółka Zaletą spalania ziarna pszenicy była niska zawartość wodoru H2 w gazach spalinowych o wartości do 0,012%. Analiza spalin ziarna jęczmienia (Rys. 6a) wykazała, że czas spalania był podobny do czasu jaki zanotowano dla ziarna owsa (ok. 26 minut), a maksymalna temperatura spalin (Rys. 6b) była nieco mniejsza niż w przypadku pszenicy (511°C) i wynosiła 487°C. Rys. 6. Spalanie z nadmiarem powietrza: a) fazy spalania dla jęczmienia o masie 350g, b) wpływ współczynnika nadmiaru powietrza na temperaturę spalin WNIOSKI Na podstawie przeprowadzonej analizy spalin wyodrębniono, dla każdego z ziarna zbóż 3 fazy spalania, ze względu na zmieniającą się zawartość CO2 w spalinach. Na podstawie uzyskanych wyników można sformułować następujące wnioski: 184 Analiza procesu spalania ziarna zboża… • Najmniejszy współczynnik l przy spalaniu w warstwie uzyskano dla jęczmienia w okresie pirolizy w zakresie od 1,2 do 2,06, a największy dla pszenicy od 2,1 do 6,7. • Maksymalną temperaturę spalin uzyskano dla pszenicy, a najmniejszą dla owsa. • Najmniejsza chwilową zawartość tlenku węgla i wodoru w fazie pirolizy uzyskano dla ziarna jęczmienia. Faza pirolizy dla ziarna owsa i jęczmienia charakteryzowała się znacznym wzrostem CO2 w spalinach i małym współczynnikiem λ. Natomiast dla ziarna pszenicy faza ta występowała jednocześnie z fazą suszenia i odparowaniem wilgoci. od 10 nawet do 15 minut. LITERATURA Nowa Energia 2008, Materiały z konferencji „Ciepło z biomasy w praktyce 2008”. 05.03.2008 r. Kielce, Targi Energii Odnawialnej ENEX. Kusińska E. 2007. Wpływ porowatości ziarna owsa na opór przepływu powietrza. Inżynieria Rolnicza. Nr 8 (96). s. 149-155 Kordylewski W., Spalanie i paliwa, wydanie IV poprawione, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2005. Pudlika W., Termodynamika, Wyd. Politechniki Gdańskiej, Gdańsk 2011. Ściążko M., Zuwała J., Pronobis M., 2006 – Zalety i wady współspalania biomasy w kotłach energetycznych na tle doświadczeń eksploatacyjnych pierwszego roku współspalania biomasy na skalę przemysłową. Energetyka, s. 207–220. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 14 sierpnia 2008r, Dz.U. Nr 156, poz.969. Adres do korespondencji: Jan Mółka Katedra Inżynierii Mechanicznej i Agrofizyki Wydział Inżynierii Produkcji i Energetyki Uniwersytet Rolniczy w Krakowie e-mail: [email protected] Opiekun naukowy: dr hab. inż. Bogusława Łapczyńska- Kordon 185 Dorota Nowak Agnieszka Baran Czesława Jasiewicz EPISTEME 15/2012 s.187-195 ISSN 1895-4421 BADANIE INTERAKCJI METALI CIĘŻKICH PRZY WYKORZYSTANIU BIOTESTU PHYTOTOXKIT. CZ. I. INTERAKCJE KADMU I MIEDZI INTERACTION STUDY OF HEAVY METALS USING PHYTOTOXKIT BIOTEST. PART I. INTERACTION OF CADMIUM AND COPPER Abstrakt: Celem badań była ocena interakcji kadmu i miedzi przy wykorzystaniu biotestu Phytotoxkit FTM. Badania przeprowadzono na glebie ciężkiej o składzie granulometrycznym gliny średniej pylastej. Ocenę wrażliwości roślin testowych na działanie zanieczyszczonej gleby kadmem i w mieszaninie kadmu z miedzią, oparto na podstawie pomiaru długości korzeni roślin testowych po kilku dniach ekspozycji w stosunku do wzrostu tych roślin na glebie bez dodatku w/w pierwiastków. Na podstawie wyników uzyskanych w warunkach testu Phytotoxkit, wykazano toksyczność gleby zanieczyszczonej kadmem jak również w mieszaninie z miedzią. Każda zastosowana dawka pierwiastków powodowała zahamowanie wzrostu młodych korzeni roślin testowych. Jednakże seria obejmująca mieszaninę kadmu i miedzi, wykazywała mniejszą fitotoksyczność, aniżeli seria z samym kadmem. Słowa kluczowe: kadm, miedź, interakcje, toksyczność, Phytotoxkit FTM Summary: Aim of this study was to evaluate the interaction of cadmium and copper with the Phytotoxkit FTM biotest. The study was conducted on heavy soil granulometric composition of silty clay medium. Assessment of the sensitivity of test plants to the soil contaminated with cadmium and a mixture of copper was based on the measurement of root length of test plants after several days of exposure in relation to the growth of these plants on the soil without the addition of the aforementioned elements. Based on the results obtained in terms test Phytotoxkit FTM demonstrated the toxicity of soil contaminated with cadmium and copper in the mixture. Each dose of the elements used to cause inhibition of growth of young roots of test plants. However, the series includes a mixture of cadmium and copper, exhibited less phytotoxicity than the series of the cadmium. Key words: cadmium, copper, interaction, toxicity, Phytotoxkit FTM 187 Dorota Nowak, Agnieszka Baran, Czesława Jasiewicz WSTĘP Badania toksyczności mieszanin substancji chemicznych powinny uwzględniać możliwość ich interakcji. Wzajemne oddziaływanie substancji może mieć charakter: antagonistyczny (obserwowany efekt toksyczny jest mniejszy niż przewidywany); synergistyczny (obserwowany efekt jest większy niż przewidywany); neutralny (obserwowany efekt jest zależny od toksyczności jednej substancji); addytywny (efekty sumują się: toksyczności obserwowane i przewidywane są równe sumie toksyczności pojedynczej substancji) [Dutka i Kwan 1982]. W literaturze nie występuje jedna zalecana metoda określania toksyczności mieszanin. Badania prowadzone są z wykorzystaniem różnych organizmów wskaźnikowych oraz różnych substancji np. metali ciężkich lub związków organicznych [Wiącek-Rosińska 2010]. Nadmiar metali ciężkich zarówno niezbędnych dla roślin (miedź), jak i nie spełniających funkcji metabolicznych (kadm) działa szkodliwie. Kadm jest jednym z najbardziej toksycznych metali ciężkich, natomiast miedź, w porównaniu do kadmu, jest dużo mniej szkodliwa dla organizmów roślinnych. Niemniej jednak zanieczyszczenie gleb kadmem i miedzią może prowadzić do ograniczenia prawidłowego wzrostu i rozwoju roślin, a w konsekwencji obniżyć poziom ich plonowania. Celem badań była ocena interakcji kadmu i miedzi przy wykorzystaniu testu Phytotoxkit FTM. MATERIAŁY I METODY Badania przeprowadzono na glebie ciężkiej o składzie granulometrycznym gliny średniej pylastej. Charakterystykę gleby przedstawiono w tabeli 1 i 2. Parametr Jednostka Gleba Odczyn pHKCl 4,5 C-organiczny g ∙ kg 20,3 -1 Kwasowość hydrolityczna (Hh) Suma wymiennych kationów (S) Pojemność sorpcyjna (T) 31,15 mmol(+)∙ kg−1 Fosfor przyswajalny Potas przyswajalny 136,65 146,6 mg ∙ kg −1 Magnez przyswajalny Tab. 1. Skład chemiczny gleby 188 105,5 114 76,8 Badanie interakcji metali ciężkich przy wykorzystaniu biotestu… Cu Ni Pb Cd Zn Mn mg ∙ kg Mg K Fe −1 Ogólne (HNO3+HClO4) 6,1 7,3 55,7 1,02 143,9 491,6 662,5 831,8 20,1 Rozpuszczalne (1 mol HCl) 3,5 0,5 44,8 170 0,85 46,9 129,2 54,6 58,5 Tab. 2. Zawartość całkowita i rozpuszczalna pierwiastków W pierwszym etapie badań przeprowadzono doświadczenie inkubacyjne, w którym badaną glebę zanieczyszczono kadmem i miedzią. Doświadczenie prowadzono w pojemnikach o pojemności 2 dm3 przez okres trzech miesięcy (05.07. – 05.09.2010). Schemat doświadczenia obejmował dwie serie: A i B. Serię A stanowiły obiekty ze wzrastającym poziomem kadmu: 0, 2, 4, 8, 16, 32 i 64 mg Cd ∙ kg-1 s. m. gleby. Natomiast obiekty serii B były zanieczyszczone kadmem (w dawkach: 0, 2, 4, 8, 16, 32 i 64 mg Cd ∙ kg-1 s. m. gleb) oraz miedzią w dawce 40 mg Cu ∙ kg-1 s. m. gleby. Kadm zastosowano w formie 3CdSO4 ∙ 8H2O cz.d.a. natomiast miedź w formie CuSO4 ∙ 5H2O cz.d.a. (firmy POCH). Obiekt kontrolny stanowiła gleba bez dodatku kadmu i miedzi. W drugim etapie badań, po okresie 3 miesięcznej inkubacji oceniono reakcję roślin na zanieczyszczenie gleby kadmem i miedzią przy pomocy testu Phytotoxkit. Celem tego testu było określenie wpływu kadmu i miedzi na zahamowanie wzrostu młodych korzeni roślin w stosunku do wzrostu tych roślin w glebie kontrolnej. W teście tym standartowo wykorzystano 3 gatunki roślin: jedną z klasy jednoliściennych Sorghum saccharatum oraz dwie z klasy dwuliściennych - Sinapis alba. i Lepidium sativum. Rośliny te są zalecane w normach międzynarodowych do badań toksyczności [OCED 208, ISO 11269-2]. Test wykonano zgodnie ze standardową procedurą. Po inkubacji, wysuszony w temperaturze pokojowej i przesiany przez sito o średnicy oczek 2 mm materiał glebowy umieszczono na płytkach testowych. Następnie próbki gleby nawilżono wodą destylowaną do 100% pełnej pojemności wodnej. Napełnione płytki testowe glebą i odpowiednio nawilżone, przykryto papierowym filtrem i wysiano nasiona roślin w ilości 10 na płytkę. Tak przygotowane płytki testowe inkubowano w pozycji pionowej w temperaturze 25±3°C w ciemności przez okres 72 h. Całość doświadczenia przeprowadzono w 3 powtórzeniach dla każdej z badanej kombinacji dawka miedzi, kadmu - roślina. Rejestrację obrazu dokonano przy użyciu skanera, a do pomiarów długości korzeni zastosowano program analizy obrazu „Image Tools”. Reakcję roślin na obecność kadmu i miedzi określono na podstawie pomiaru długości korzenia. Schemat doświadczenia inkubacyjnego podano w tabeli 3. 189 Dorota Nowak, Agnieszka Baran, Czesława Jasiewicz Seria A Seria B Cd [mg ∙ kg s.m.] Cd [mg ∙ kg s.m.] Kontrola 0 0 0 I 0 0 40 II 1 1 40 -1 -1 Cu [mg ∙ kg-1s.m.] III 2 2 40 IV 4 4 40 V 8 8 40 VI 16 16 40 VII 32 32 40 VIII 64 64 40 Tab. 3. Schemat doświadczenia WYNIKI I DYSKUSJA Biorąc pod uwagę parametry oceny toksyczności tj. kiełkowanie nasion i wzrost młodych korzeni roślin testowych ocenia się, iż zdolność kiełkowania jest wskaźnikiem, na który w stosunkowo niewielkim stopniu wpływa obecność metali ciężkich, substancji ropopochodnych, niektórych polimerów czy odcieków ze składowisk odpadów komunalnych [Adam i Duncana 2002, An 2004, Huicong i in. 2007]. W związku z powyższym, ocenę wrażliwości roślin testowych na działanie zanieczyszczonej gleby kadmem i miedzią oparto na podstawie pomiaru długości korzeni roślin testowych po kilku dniach ekspozycji w stosunku do wzrostu tych roślin na glebie bez dodatku ww. metali. Wpływ kadmu i jego mieszaniny z miedzią na wzrost korzeni przedstawiono na rysunkach (rys.1-3). Rys. 1 Procentowe zahamowanie wzrostu korzeni nasion rukwi w glebie ciężkiej pod wpływem kadmu i miedzi 190 Badanie interakcji metali ciężkich przy wykorzystaniu biotestu… Rys. 2. Procentowe zahamowanie wzrostu korzeni nasion gorczycy w glebie ciężkiej pod wpływem kadmu i miedzi Rys. 3. Procentowe zahamowanie wzrostu korzeni nasion sorgo w glebie ciężkiej pod wpływem kadmu i miedzi Otrzymane wyniki wskazują na redukcję wzrostu korzeni pod wpływem wzrastających dawek samego kadmu i w mieszaninie z miedzią (Rys. 1-3). Stopień zahamowania procesu wzrostu korzeni nasion roślin testowych pod wpływem zanieczyszczenia gleby był zróżnicowany. Rośliną najbardziej wrażliwą na zanieczyszczenie gleby kadmem była gorczyca (0-70%), (Rys. 2), % zahamowanie wzrostu korzeni tej rośliny było największe. Natomiast rośliną najbardziej odporną na fitotoksyczne oddziaływanie kadmu na glebie ciężkiej było sorgo a następnie rukiew. Stopień zahamowania wzrostu korzeni sorgo przy najwyższej dawce kadmu (64 mg Cd ∙ kg-1 s. m.) wyniósł 40% (Rys. 3) natomiast dla rukwi 45% (Rys. 1). Rośliną najbardziej odporną na wzrastające dawki kadmu w mieszaninie z miedzią, w glebie ciężkiej była rukiew a następnie gorczyca. Stopień zahamowania wzrostu korzeni rukwi w zależności od dawki kadmu w mieszaninie z miedzią w glebie ciężkiej, 191 Dorota Nowak, Agnieszka Baran, Czesława Jasiewicz wyniósł od 0 do 11% (Rys. 1), a gorczycy od 0 do 20% (Rys. 2). Rośliną najbardziej wrażliwą na fitotoksyczne oddziaływanie mieszaniny kadmu i miedzi okazało się sorgo. Zahamowanie wzrostu korzeni wyniosło tu od 0 do 63%, (Rys. 3). Podsumowując, rośliną, która najsilniej reagowała na zanieczyszczenie gleby kadmem, była gorczyca a w mieszaninie z miedzią sorgo. Stopień zahamowania wzrostu korzeni tych roślin w danych seriach był najwyższy. Seria obejmująca mieszaninę kadmu i miedzi, wykazywała mniejszą fitotoksyczność dla gorczycy i rukwi, aniżeli seria z samym kadmem. W przypadku sorgo zależność ta była odwrotna. W celu oceny efektów toksycznych, jakie mogą wywoływać zanieczyszczenia obecne w glebie stosuje się testy z wykorzystaniem różnych grup organizmów żywych [Klimkowicz – Pawlas i in. 2007]. Mikrobiotestem roślinnym wykorzystanym w niniejszej pracy jest test Phytotoxkit. Wielu autorów podaje, iż oznaczenia szybkości kiełkowania i wzrostu korzeni roślin w środowisku skażonym są szybką i przydatną metodą do oceny toksyczności m. in. kompostów [Baran i Oleszczuk 2006] oraz metali ciężkich [Baran i in. 2008]. Tego typu badania, pozwalają na wstępną biologiczną ocenę stanu środowiska i mogą stanowić wartościowe uzupełnienie analiz fizycznochemicznych [Baran i Oleszczuk 2006]. Powszechnie wiadomo, że rośliny pobierają ze środowiska pierwiastki, które są im niezbędne do prawidłowego funkcjonowania (miedź) jak również te pierwiastki, które nie mają znaczenia fizjologicznego a ponadto mogą wykazywać toksyczne działanie (kadm). Pobieranie metali ciężkich z gleby przez roślinę uwarunkowane jest szeregiem czynników, do których zaliczyć można m. in. gatunek uprawianej rośliny, zawartość metali ciężkich w glebie, odczyn (pH) czy też zawartość substancji organicznej [Gruca – Królikowska i Wacławek 2006]. Czynnikiem, który niewątpliwie wpłynął na wyniki niniejszych badań był odczyn gleby (pH). Kabata – Pendias i Pendias [1999] donoszą, iż odczyn gleby jest jednym z głównych czynników, jaki wpływa na formę, w jakiej metale ciężkie występują w środowisku glebowym i w jakim stopniu są dostępne dla roślin. Gleba ciężka użyta w niniejszych badaniach charakteryzowała się odczynem bardzo kwaśnym o pHKCl 4,5 (Tab. 1). Ocenia się, że aktywność kadmu w 61% zależy od odczynu roztworu glebowego [Grys i Sady 1999]. Fitotoksyczność metali ciężkich jest wynikiem zakłócenia procesów fizjologicznych wskutek zaburzeń w pobieraniu i transporcie, niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania mikro- i makroelementów, co wpływa niekorzystnie na wzrost i rozwój większości gatunków roślin [Baran i in. 2008]. Może być również związana z opóźnieniem wschodów, deformacją systemu korzeniowego i zahamowaniem jego wzrostu oraz niepełnym i opóźnionym skiełkowaniu wysianych nasion [Motowicka – Terelak i Terelak 2000]. Powyższe objawy fitotoksycznego działania kadmu i w mieszaninie z miedzią stwierdzono w niniejszych badaniach, przy pomocy testu Phytotoxkit. Potwierdzeniem toksyczności ww. metali są otrzymane wyniki, 192 Badanie interakcji metali ciężkich przy wykorzystaniu biotestu… które wskazują na redukcję wzrostu korzeni wszystkich roślin testowych pod wpływem różnych dawek samego kadmu jak również w mieszaninie z miedzią. Jednak istotne jest to, iż seria obejmująca mieszaninę kadmu i miedzi (seria B), wykazywała mniejszą fitotoksyczność dla gorczycy i rukwi, aniżeli seria z samym kadmem. Natomiast w przypadku sorgo zależność ta była odwrotna. W piśmiennictwie można, spotkać liczne prace, w których autorzy próbują doszukać się wzajemnych interakcji pomiędzy pierwiastkami. Jak podaje wielu autorów, pomiędzy kadmem a miedzią występuje silny antagonizm i wyraża się on najczęściej zmniejszonym pobraniem kadmu, a co za tym idzie, mniejszą toksycznością tego pierwiastka, w miarę zwiększania zawartości miedzi i odwrotnie [Wiącek-Rosińska 2010, Preston i in. 2000]. Tego typu interakcje zaobserwowano w przypadku gorczycy i rukwi (Rys. 1 i 2). Niemniej jednak, objawy toksycznego działania, poprzez zmniejszenie wzrostu korzeni, zaobserwowano w przypadku wszystkich roślin. Fitotoksyczne oddziaływanie metali ciężkich na rośliny, przy pomocy testu Phytotoxkit, stwierdzili również Baran i in. [2008]. Na podstawie badań ww. autorzy zaobserwowali, że rośliną najbardziej reagującą zmniejszeniem plonu oraz inhibicją kiełkowania i wzrostu korzeni w wyniku zanieczyszczenia gleby kadmem i cynkiem był len natomiast najbardziej odporną groch. Natomiast badania An [2004] wykazały, że rośliną najbardziej wrażliwą na zanieczyszczenie gleby kadmem było sorgo. W tego typu badaniach bardzo istotny jest dobór odpowiedniej rośliny, dostatecznie wrażliwej do badanej substancji. WNIOSKI • Na podstawie wyników uzyskanych w warunkach mikrobiotestu Phytotoxkit, wykazano toksyczność gleby zanieczyszczonej kadmem i jego mieszaniny z miedzią. Każda zastosowana dawka pierwiastków powodowała zahamowanie wzrostu młodych korzeni roślin testowych. • Seria obejmująca mieszaninę kadmu i miedzi, wykazywała mniejszą fitotoksyczność dla gorczycy i rukwi, aniżeli seria z samym kadmem. Spośród badanych roślin, najbardziej odporną na fitotoksyczne oddziaływanie kadmu i miedzi okazała się rukiew. • Zastosowany test Phytotoxkit jest stosunkowo dobrą metodą do oceny toksyczności gleb zanieczyszczonych kadmem i miedzią i może stanowić wartościowe uzupełnienie metod fizykochemicznych. 193 Dorota Nowak, Agnieszka Baran, Czesława Jasiewicz LITERATURA Adam G., Duncan H.: 2002. Influence of diesel fuel on seed germination. Environ. Pollut., 120, 363-370. An Y. J.: 2004. Soil ecotoxicity assessment using cadmium sensitive plants. Environ. Pollut., 127, 21-26. Baran A., Jasiewicz Cz., Klimek A.: 2008. Reakcja roślin na toksyczną zawartość cynku i kadmu w glebie. [W]: Proceedings of ECOpole, Vol. 2, No. 2, 417-422. Baran S., Oleszczuk P.: 2006. Zastosowanie biotestów do oceny zanieczyszczenia gleb przez wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne. Roczn.Glebozn. LVII, 3/4, 80-89. Dutka B.J., Kwan K.K. 1982: Application of Four Bacterial Screening Procedures to Assess Changes in the Toxicity of Chemicals in Mixtures, Environmental Pollution, 19A, s. 125-134. Gruca – Królikowska S., Wacławek W.: 2006. Metale w środowisku. Cz. II.Wpływ metali ciężkich na rośliny. [W]: Chemia -Dydaktyka –Ekologia-Metrologia. R.11,nr 1-2. Grys R., Sady W.: 1999. Czynniki ograniczające bioakumulację kadmu w warzywach. Hasło Ogrodnicze, nr 10, 11-13. Huicong C., Jinda W., Xuelin Z.: 2007. Ecotoxicity of cadmium to maize and soybean seedling in black soil. Chinese Geographical Science, 17 (3), 270-274. ISO 11269-2 Soil quality – determination of effects of pollutants on soil flora: Effects of chemicals on the emergence and growth of higher plants.” 1995. Kabata – Pendias A., Pendias H.: 1999. Biogeochemia pierwiastków śladowych. Wyd. PWN, Warszawa. Klimkowicz – Pawlas A., Maliszewska – Kordybach B., Smreczak B.: 2007. Przydatność niektórych gatunków roślin wyższych w badaniach fitotoksyczności WWA w glebach. Pierwsza Krajowa Konf. Ekotoksykologiczna i Warsztaty Nauk. Ekotoksykologia w ochronie środowiska glebowego i wodnego. Wyd. IUNGPIB, Puławy 14-16.10.2007, 152-154. Preston S., Coad N., Towned J., Killham K., Paton G. 2000: Biosensing the Acute Toxicity of Metal Interactions: are they Additive, Synergistic or Antagonistic? Environmental Toxicology and Chemistry, vol. 19, No. 3, s. 775-780. OCED 208, OCED Guideline for the testing of chemicals: “Terrestrial Plant Test 208: Seedling Emergence and Seedling Growth Test, 2003. Motowicka – Terelak T., Terelak H.: 2000. Phytotoxicity of aluminium, cadmium and zinc in sulphur polluted soil. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln., vol. 472, 517-525. Wiącek- Rosińska A. 2010. Badanie interakcji wybranych dwuskładnikowych mieszanin substancji organicznych z wykorzystaniem modelu matematycznego oraz biotestu Microtox. V Konferencja Młodych Uczonych, Materiały Konferencyjne, 393-399. 194 Badanie interakcji metali ciężkich przy wykorzystaniu biotestu… Adres do korespondencji: Dorota Nowak, Agnieszka Baran, prof. dr hab. Czesława Jasiewicz Katedra Chemii Rolnej i Środowiskowej Uniwersytet Rolniczy w Krakowie al. Mickiewicza 21, 31-120 Kraków e-mail: [email protected], [email protected], [email protected] Opiekun naukowy: prof. dr hab. Czesława Jasiewicz 195 Michał Paluch, Danuta Parylak Magdalena Giemza-Mikoda, Marta Jabłońska EPISTEME 15/2012 s.197-202 ISSN 1895-4421 WPŁYW ZABIEGÓW PROEKOLOGICZNYCH W UPRAWIE PSZENŻYTA OZIMEGO W MONOKULTURZE NA WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE GLEBY THE INFLUENCE OF PROECOLOGICAL PRACTICES IN WINTER TRITICALE GROWING IN THE CONTINUOUS CROP ON PHYSICAL SOILS PROPERTIES Abstrakt. Nowe regulacje prawne wprowadzające obowiązek stosowania integrowanej ochrony roślin zmuszą rolników do włączenia do agrotechniki zabiegów o charakterze proekologicznym. W ostatnich latach na krajowym rynku pojawiło się szereg preparatów poprawiających właściwości gleby, m.in. preparaty mikrobiologiczne i użyźniacze glebowe. Zdaniem producentów środki te wpływają korzystnie na właściwości fizyczne, chemiczne i biologiczne gleby, co w rezultacie ma spowodować zwyżkę plonu. Celem podjętych badań była ocena wilgotności i zwięzłości gleby, na której uprawiano pszenżyto ozime w monokulturze. W doświadczeniu jednoczynnikowym badano wpływ następstwa roślin na wybrane właściwości fizyczne gleby. Z kolei w dwuczynnikowym doświadczeniu polowym, aby poprawić właściwości stanowiska stosowano międzyplon ścierniskowy na przyoranie oraz dwa użyźniacze glebowe: UGmax i Eko-Użyźniacz. Jednocześnie przeprowadzono oprysk pszenżyta preparatem mikrobiologicznym EM-Farming. Wykazano istotny wpływ następstwa roślin na zwięzłość gleby. Zastosowane w monokulturze zabiegi regeneracyjne w różnym stopniu wpłynęły na badane właściwości fizyczne gleby. Słowa kluczowe: monokultura, płodozmian, pszenżyto ozime, międzyplon ścierniskowy, efektywne mikroorganizmy, UGmax, Eko-Użyźniacz, wilgotność gleby, zwięzłość gleby Summary. New regulations implementing obligation of using integrated plant protection will force farmers to use proecological practices. Recently lots of preparations improving soil properties have appeared on the domestic market, inter alia microbiological preparations and soil conditioners. In producers opinion these preparations beneficially affected physical, chemical and biological properties of soil resulted in higher crop yields. The objective of the studies was the assessment of soil moisture and compaction, where winter triticale was growing in monoculture. In two factors experiment stubble crop and two soil conditioners UGmax and Eko-Użyźniacz were used to improve properties of site. Simultaneously spraying of triticale with microbiological preparation EM-Farming was done. The significant effect of crop succession on soil compaction was found. Regenerative practices in monoculture significantly affected physical properties of soil. Key words: continuous crop, crop rotation, winter triticale, catch crop, effective microorganisms, UGmax, Eko-Użyźniacz, soil moisture, soil compaction 197 Michał Paluch, Danuta Parylak, Magdalena Giemza-Mikoda, Marta Jabłońska WSTĘP Wprowadzone w unijnym oraz krajowym prawie zmiany narzucą rolnikom obowiązek stosowania integrowanej ochrony roślin. Wymusza to konieczność wprowadzania do gospodarstw proekologicznych metod produkcji. Zmiany te będą szczególnie ważne w uprawach monokulturowych. Obecnie zboża stanowią ponad 70% w strukturze zasiewów naszego kraju. Nieunikniona więc staje się ich uprawa po sobie. Problem ten jest szczególnie widoczny na glebach lekkich, gdzie dobór gatunków do uprawy jest ograniczony. Spośród zbóż najczęściej na tych kompleksach uprawiane było żyto, jednak niska opłacalność jego produkcji spowodowała, że gatunek ten jest często wypierany przez pszenżyto ozime. Pszenżyto ozime może być uprawiane na glebach lżejszych, charakteryzuje się wysokim potencjałem plonotwórczym oraz jest bardzo dobrym komponentem paszowym. Uprawa roślin w monokulturze powoduje szereg niekorzystnych zmian m. in. pogarsza ich zdrowotność, następuje wzrost zachwaszczenia czy zmiany właściwości fizyko-chemicznych gleby, czego skutkiem jest często zmniejszenie plonu [Deryło i Tracz 2005, Wojciechowski i Parylak 2004]. Jednym ze sposobów ograniczania tych negatywnych skutków jest wprowadzenie do agrotechniki międzyplonów [Tendziagolska 2007, Wojciechowski 2009] . Ostatnio pojawia się również możliwość stosowania środków, które zdaniem ich producentów m. in. polepszają zdrowotność roślin, poprawiają właściwości gleby oraz zwiększają plon [Kotwica i in. 2011]. Celem podjętych badań była ocena oddziaływania monokultury pszenżyta ozimego na wybrane właściwości gleby w porównaniu z płodozmianem, a także określenie skuteczności różnych sposobów aktywizacji biologicznej stanowiska monokulturowego na wybrane właściwości fizyczne gleby. MATERIAŁY I METODY Podstawą badań były dwa doświadczenia polowe o powierzchni poletek 80 m2, prowadzone w Rolniczym Zakładzie Doświadczalnym Swojec, należącym do Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. W doświadczeniu jednoczynnikowym badano zmiany siedliska glebowego uprawiając pszenżyto ozime w monokulturze i w płodozmianie: ziemniak+ – owies – pszenżyto ozime. W doświadczeniu dwuczynnikowym założonym metodą split-plot oceniano skuteczność zbiegów o charakterze regeneracyjnym w monokulturze. Do aktywizacji mikrobiologicznej w trzech terminach (po zbiorze, po ruszeniu wegetacji oraz przed kłoszeniem) zastosowano oprysk preparatem EM-Farming (efektywne mikroorganizmy), natomiast dla zwiększenia aktywności biologicznej gleby uprawiano międzyplon ścierniskowy na przyoranie oraz opryskiwano ściernisko użyźniaczem glebowym UGmax lub EKO-Użyźniacz. Siew pszenżyta wykonano 198 Wpływ zabiegów proekologicznych w uprawie… siewnikiem tradycyjnym w ilości 180 kg·ha-1. Nawożenie NPK oparte było o zasobność gleby oraz potrzeby nawozowe roślin. Nawozy fosforowe i potasowe zastosowano w dawce 17 kg P·ha-1 i 50 kg K·ha-1w formie superfosfatu potrójnego 46% i soli potasowej 60% przed wykonaniem orki siewnej. Nawożenie azotowe w dawce 120 kg N·ha-1 stosowano w formie saletry wapniowej 32% w trzech terminach: przed siewem pszenżyta ozimego (30 kg N·ha-1), wiosną w fazie krzewienia (60 kg N·ha-1) i w fazie strzelania w źdźbło (30 kg N·ha-1). Pomiaru wilgotności gleby dokonano w okresie wschodów za pomocą wilgotnościomierza glebowego natomiast zwięzłości przy użyciu sondy elektronicznej. Oznaczenie wilgotności było wykonane 5 dni od ostatnich opadów. WYNIKI I DYSKUSJA Uprawa pszenżyta ozimego w monokulturze, w porównaniu z uprawą w płodozmianie nie wpłynęła istotnie na wilgotność gleby (Rys. 1). 12 10,4 9,9 10 8 Płodozm ian 6 Monokultura 4 2 NIR (0,05) r.n. 0 Rys. 1. Wpływ następstwa roślina na wilgotność gleby [%] Spadek wilgotności gleby spod uprawy pszenżyta po sobie był nieznaczny (0,5%). Wojciechowski i Parylak [2004] dowiedli natomiast, że zróżnicowanie gatunkowe w płodozmianie wywiera istotny wpływ na wilgotność gleby, obserwowali oni obniżenie wilgotności gleby wraz ze wzrostem udziału zbóż w płodozmianie. Autorzy donoszą o wyższej (o 6,7%) wilgotności gleby w warstwie 5-10 cm w płodozmianie typu norfolskiego od stwierdzonej w trójpolówce, natomiast w warstwie 15-20 cm- o 11,5%. Z kolei Kuś [1981] odnotował wyższe uwilgotnienie gleby w monokulturze niż w płodozmianie czteropolowym. Spowodowane wysokim udziałem zbóż w płodozmianie. W monokulturze pszenżyta ozimego po stosowaniu efektywnych mikroorganizmów obserwowano istotny wzrost wilgotności gleby, nie odnotowano jednak istotnych zmian zawartości wody w glebie w wyniku aktywizacji doglebowej (Tab. 1). 199 Michał Paluch, Danuta Parylak, Magdalena Giemza-Mikoda, Marta Jabłońska Aktywizacja doglebowa Aktywizacja mikrobiologiczna brak EM średnio Brak 9,9 14,0 11,9 Eko-Użyźniacz 11,8 14,7 13,2 Międzyplon 12,9 14,3 13,6 Międzyplon+ UGmax 13,2 14,6 13,9 UGmax 12,9 13,0 13,0 Średnio 12,1 14,1 NIR dla aktywizacji mikrobiologicznej 1,2 NIR dla aktywizacji doglebowej r.n. NIR dla interakcji r.n. Tab. 1. Wpływ zabiegów regeneracyjnych na wilgotność gleby [%] Zastosowanie preparatu EM-Farming zwiększyło istotnie wilgotność gleby o 2% procent. Kaczmarek i in. [2008] oraz Gajewski i in. [2010] także obserwowali wzrost wilgotności gleby po zastosowaniu efektywnych mikroorganizmów. Po wprowadzenie do agrotechniki doglebowych sposobów aktywizacji gleby obserwowano nieznaczny w stosunku do tradycyjnej uprawy wzrost wilgotności, jednak nie były to zmiany istotne. Również Wojciechowski [2004] i Pabin i in. [2007] nie odnotowali zwiększenia wilgotności gleby w wyniku przyorywania międzyplonu. Uprawa pszenżyta w monokulturze spowodowała natomiast istotne zmniejszenie zwięzłości gleby w obydwu badanych warstwach (Tab. 2). Następstwo roślin Warstwa 0-5 cm 5-10 cm Płodozmian 0,75 1,91 Monokultura 0,50 1,43 NIR (0,05) 0,10 0,27 Tab. 2. Zwięzłość gleby (MPa) w zależności od następstwa roślin Rezygnacja z uprawy pszenżyta ozimego w przyrodniczo poprawnym płodozmianie zmniejszyła zwięzłość w warstwie 0-5 cm o 33,3%, natomiast w warstwie 5-10 cm o 25,1%. Wojciechowski i Parylak [2004] odnotowali natomiast zwiększenie zwięzłości gleby w warstwie 0-10 cm w trójpolowym płodozmianie zbożowym w stosunku do płodozmianu typu norfolskiego. W innej publikacji Wojciechowski [2004] nie stwierdza istotnych zmianach zwięzłości spowodowanych rodzajem płodozmianu. Po zastosowaniu aktywizacji doglebowej jak i mikrobiologicznej stwierdzono na ogół wzrost zwięzłości gleby (Tab. 3). 200 Wpływ zabiegów proekologicznych w uprawie… Warstwa gleby 0-5 cm Aktywizacja doglebowa 5-10 cm aktywizacja mikrobiologiczna Brak EM Średnio Brak EM Średnio Brak 0,50 0,78 0,63 1,43 2,04 1,73 Eko-Użyźniacz 0,33 0,50 0,42 1,27 1,42 1,35 Międzyplon 0,35 0,44 0,39 1,51 1,11 1,31 Międzyplon+ UGmax 0,49 0,37 0,43 1,35 1,58 1,46 UGmax 0,37 0,53 0,45 1,48 1,31 1,40 Średnio 0,41 0,52 1,41 1,49 NIR dla aktywizacji mikrobiologicznej 0,05 r.n. NIR dla aktywizacji doglebowej 0,07 0,16 NIR dla interakcji 0,10 0,23 Tab. 3. Zwięzłość gleby w zależności od zastosowanych zabiegów proekologicznych [MPa] Wykorzystanie w monokulturze pszenżyta ozimego efektywnych mikroorganizmów zwiększyło zwięzłość gleby jednak zmiana ta była istotna tylko w płytszej z badanych warstw (o 26,8%). Piskier z kolei [2007] donosi o wyższej zwięzłości w warstwie 5-10 cm po zastosowaniu efektywnych mikroorganizmów o 53,0%. W porównaniu z tradycyjną agrotechniką każdy ze sposobów aktywizacji biologicznej gleby istotnie zmniejszył zwięzłość gleby. Zarówno w warstwie 0-5 cm, jak i 5-10 cm, najniższą zwięzłość obserwowano po wprowadzeniu do agrotechniki międzyplonu ścierniskowego. Była ona niższa odpowiednio o 38,1% i 24,3% od uzyskanej w glebie spod pszenżyta, w uprawie którego nie stosowano zabiegów regeneracyjnych. Jedną z przyczyn zmniejszenia zwięzłości była uprawa międzyplonu z gorczycy białej. WNIOSKI • Uprawa pszenżyta w monokulturze w porównaniu z uprawą w płodozmianie spowodowała wyraźne zmniejszenie zwięzłości gleby, nie odnotowano natomiast istotnych zmian jej wilgotności. • Oprysk preparatem EM-Farming przyczynił się do wzrostu wilgotności gleby oraz zwięzłości jednak tylko w warstwie 0-5 cm. • Zastosowane sposoby aktywizacji życia biologicznego w glebie w postaci: międzyplonu ścierniskowego oraz preparatów UGmax i EkoUżyźniacz spowodowały istotne zmniejszenie zwięzłości gleby w obu badanych warstwach, pozostając bez wpływu na wilgotność. 201 Michał Paluch, Danuta Parylak, Magdalena Giemza-Mikoda, Marta Jabłońska LITERATURA Deryło S., Tracz J., 2005. Oddziaływanie płodozmianów i monokultury zbożowej na plonowanie żyta ozimego w warunkach zróżnicowanej agrotechniki. Fragm. Agron. 2, 39–45. Gajewski P., Kaczmarek Z., Mrugalska L. 2010. Wpływ wzrastających dawek preparatu EM-A na właściwości gleb uprawnych. Cz. I. Właściwości fizyczne i wodne. J. Res. and Appl. in Agric. Eng., Vol. 55, No.3, 75-79. Kaczmarek Z., Jakubus M., Grzelak M., Mrugalska L. 2008. Wpływ dodatków różnych dawek efektywnych mikroorganizmów do poziomów orno-próchnicznych gleb mineralnych na ich właściwości fizyczne i wodne. J. Res. and Appl. in Agric. Eng., Vol. 53, No.3, 118-121. Kotwica K, Jaskulska I., Jaskulski D., Gałęzewski Ł., Walczak D. 2001. Wpływ nawożenia azotem i sposobu użyźniania gleby na plonowanie pszenicy ozimej w zależności od przedplonu. Fragm. Agron. 28(3), 53–62. Kuś J. 1981. Ocena zmianowania o zwiększonym udziale zbóż. IV. Wpływ na niektóre fizyczne właściwości gleby. Pam. Puł. 74: 23-31. Pabin J, Biskupski A., Włodek S. 2007. Niektóre właściwości fizyczne gleby i plonowanie roślin przy stosowaniu różnych form mulczowania i uprawy roli. Inż. Rol. 3(91), 2001-2006 Piskier T., 2007. Wpływ absorbentu i biostymulatora na zmiany wybranych fizycznych właściwości gleby. Inż. Rol. 8(96), 2001-2006. Tendziagolska E., 2007. Wpływ uprawy roli, międzyplonu i zaprawy nasiennej Latitude 125 FS na plonowanie pszenżyta ozimego. Fragm. Agron. 4(96), 211- 217. Wojciechowski W., 2004. Kształtowanie właściwości fizycznych gleby lekkiej w płodozmianach uproszczonych z różnym udziałem ziemniaka. Ann. UMCS Sec. E59, 3 1113-1119. Wojciechowski W. 2009. Znaczenie międzyplonów ścierniskowych w optymalizacji nawożenia azotem jakościowej pszenicy jarej. Monografie UP Wroc., 76. Wojciechowski W., Parylak D., 2004. Oddziaływanie różnorodności gatunkowej płodozmianów specjalistycznych na właściwości fizyczne gleby lekkiej. Rocz. Gleb., 55,4, 157-162. Adres do korespondencji: Michał Paluch, Magdalena Giemza-Mikoda, Marta Jabłońska Katedra Kształtowania Agroekosystemów i Terenów Zieleni Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu e-mail: [email protected] Opiekun naukowy: prof. dr hab. Danuta Parylak 202 Małgorzata Rabiega EPISTEME 15/2012 s.203-209 ISSN 1895-4421 EFEKT ZASTOSOWANIA PRZEDSIEWNEGO NAŚWIETLANIA NASION PIETRUSZKI KORZENIOWEJ PETROSELINUM HORTENSE HOFFM. PROMIENIAMI LASERA EFFECT OF USE PRE-SOWING RADIATION ON SEEDS OF PARSLEY ROOT BY LASER RAYS Abstrakt. W warunkach laboratoryjnych badano wpływ zastosowania przedsiewnej stymulacji laserowej nasion na cechy określające wartość siewną oraz wczesne fazy rozwojowe pięciu odmian pietruszki korzeniowej (Alba, Cukrowa, HalblangeBerlińska, Ołomuńcka, Vistula). Analiza wariancji wykazała interakcję odmian z dawkami światła lasera dla wszystkich badanych cech. Reakcja odmian pietruszki korzeniowej na zastosowaną przedsiewną biostymulację laserową była zróżnicowana. U odmiany Vistula obserwowano istotną stymulację większości cech (energia i zdolność kiełkowania, długość korzenia zarodkowego oraz nadziemnej części siewki). Na odmianę Ołomuńcka zastosowane promieniowanie laserowe zadziałało w sposób istotnie redukujący, przyczyniając się do zmniejszenia wartości energii oraz zdolności kiełkowania a także długości korzenia zarodkowego i nadziemnej części siewki. Słowa kluczowe: biostymulacja laserowa, laser, materiał siewny, Petroselinum sp. Summary. In the laboratory, investigated the effect of the use of pre-sowing laser stimulation of seeds on seed quality characteristics defining the early stages of development and five varieties of parsley (Alba, sugars, Halblange-Berlin, Ołomuńcka, Vistula). Analysis of variance showed the interaction of varieties with doses of laser light for all the studied traits. Response of parsley to the applied presowing laser biostimulation has been mixed. At the Vistula variety was observed a significant stimulation of most of the characteristics (energy and germination, root length of embryonic and aboveground parts of seedlings). The variation of laser radiation used Ołomuńcka worked in a significant reduction, contributing to lower energy and germination and the length of the embryonic root and aboveground part of seedlings Key words: biostymulation, irradiation, laser radiation, parsley root, Petroselinum sp. 203 Małgorzata Rabiega WSTĘP Dążenie do poprawy jakości surowca roślinnego oraz zwiększenia plonów przyczyniło się do wykorzystania promieniowania laserowego jako czynnika uszlachetniającego materiał siewny [Bralewski 2007]. Promienie lasera modyfikując przebieg niektórych procesów biochemicznych i fizjologicznych w nasionach mogą stymulować kiełkowanie, wschody i rozwój roślin oraz wielkość i jakość plonu [Dąbrowska, Kolasińska 1996]. Światło lasera posiada również bardzo ważną zaletę, nie powoduje niekorzystnych zmian w środowisku, tym samym nie przyczynia się do chemizacji ogrodnictwa i rolnictwa [Drozd i Szjasner 2007]. Materiał siewny potraktowany promieniowaniem lasera charakteryzuje się przyśpieszonym wzrostem, bardziej wyrównanymi wschodami, szybszym dojrzewaniem a w późniejszym etapie większym plonem rośliny [Zubal 1990, Drozd i Szajsner 2001]. Celem przeprowadzonego doświadczenia było określenie, czy traktowanie materiału siewnego pietruszki korzeniowej Petroselinum hortense Hoffm. światłem lasera półprzewodnikowego, wpływa na podwyższenie energii i zdolności kiełkowania oraz na stymulację cech morfologicznych. MATERIAŁ I METODY Nasiona pięciu odmian pietruszki korzeniowej Petroselinum hortense Hoffm. (Alba, Cukrowa, Halblange- Berlińska, Ołomuńcka, Vistula) poddano stymulacji promieniami lasera półprzewodnikowego model CTL – 1106MX o mocy powierzchniowej równej 2,5 x 10 -1 J/cm2 i długość fali 670 nm. Doświadczenie laboratoryjne dwuczynnikowe założono metodą serii niezależnych, w drugiej dobie po wykonaniu naświetlania nasion. Czynnikiem pierwszym były cztery zróżnicowane dawki promieniowania laserowego: trzy- (D3), pięcio- (D5), siedmiokrotne (D7) naświetlanie dawką podstawową (D1) wynoszącą 2,5 x 10 -1 J/cm2, drugim czynnikiem były odmiany pietruszki korzeniowej. Czas ekspozycji nasion na światło lasera w dawce podstawowej wynosił 4,1 minuty. Na każdą próbę przypadło po 50 sztuk nasion w czterech powtórzeniach. Szalki z nasionami zostały umieszczone w kiełkowniku, w kontrolowanej wilgotności i temperaturze 21°C. W doświadczeniu oceniano energię i zdolność kiełkowania – zgodnie z Międzynarodowymi Przepisami Oceny Nasion ISTA [2007]. Dokonano również pomiarów długości korzenia zarodkowego, hypokotyla oraz nadziemnej części siewki (mm). Wykonano analizy statystyczne (ANOVA), właściwe dla doświadczeń laboratoryjnych dwuczynnikowych, założonych metodą kompletnej randomizacji. Uzyskane wyniki opracowano statystycznie stosując test Duncana w celu utworzenia grup jednorodnych. 204 Efekt zastosowania przedsiewnego naświetlania nasion pietruszki… WYNIKI I DYSKUSJA Stwierdzono istotną interakcję dla energii kiełkowania (Tab. 1). Na odmiany Alba, Cukrowa, Halblange- Berlińska oraz Vistula zastosowane promieniowanie laserowe wywarło wpływ stymulujący, tym samym podwyższając energię kiełkowania. Tylko u odmiany Ołomuńcka zaobserwowano obniżenie tej cechy. Dawki/ odmiany K D1 D3 D5 D7 Alba 22,0 Cukrowa B d 65,3 A ,B b 33,0 A 63,0 A 74,0 b c B 70,0 A 73,7 A, B c 67,0 A, B A , B 70,0 c 70,0 a 76,0 82,0 AB 70,0 A 65,0 A 74,7 62,7 B 60,0 a 52,0 B A a A, B b A, B a A 51,0 B ab A ,B Vistula c a a A Ołomuńcka a a a 31,3 B a a 32,0 61,0 b a 33,0 HalblangeBerlińska 50,7 B b C b 53,3 A, B b Tab. 1. Grupy jednorodne dla energii kiełkowania (%) dla pięciu odmian pietruszki korzeniowejinterakcja. A, B, C- grupy jednorodne dla odmian, a, b, c- grupy jednorodne dla dawek. NIR= 4,7 Dawki/ odmiany K D1 D3 D5 D7 Alba 26,7 Cukrowa B 68,0 A,B 60,0 d 31,3 40,0 A c B 73,7 76,0 B 74,0 77,3 a A,B 64,7 77,3 A 77,3 81,0 a B 63,3 65,0 A,B 74,7 63,3 b A a B 64,7 A a A,B a,b A B c a a A 48,0 a A,B Vistula A a a a,b B 82,7 a A Ołomuńcka B b a c 29,0 66,0 a b 22,7 A b b HalblangeBerlińska 62,7 A b B 60,7 A b Tab. 2. Grupy jednorodne dla zdolności kiełkowania (%) dla pięciu odmian pietruszki korzeniowejinterakcja. A, B, C- grupy jednorodne dla odmian, a, b, c- grupy jednorodne dla dawek. NIR= 13,0 205 Małgorzata Rabiega Dawki/ odmiany K D1 D3 D5 D7 Alba 14,3 Cukrowa C c 19,2 A bc 18,7 C 15,0 A, B 13,6 b 33,6 A a 19,4 B 16,0 A 23,2 A B 15,1 B 15,1 36,2 A 22,6 A 21,8 28,8 B 30,5 15,1 bc B A a A a A b B 22,4 B c a Vistula b b b A A b b cd b 23,8 21,0 b 27,2 38,2 A c a Ołomuńcka a b 32,3 HalblangeBerlińska 19,4 A a B d 33,7 A a Tab. 3. Grupy jednorodne dla długości korzenia zarodkowego (mm) dla pięciu odmian pietruszki korzeniowej- interakcja. A, B, C- grupy jednorodne dla odmian, a, b, c- grupy jednorodne dla dawek. NIR= 6,0 Analizując średnie wartości zdolności kiełkowania dla interakcji dawek z odmianami (Tab. 2) wykazano, że na odmianę Vistula mają stymulujący wpływ wszystkie dawki promieniowania laserowego. Redukcję zdolności kiełkowania spowodowało zastosowanie dawki: D1- u odmiany Cukrowej, D3- u odmiany Alba, D7- odmiana Halblange- Berlińska oraz dawek D3, D1, D7 u odmiany Ołomuńcka. Dawki/ odmiany K D1 D3 D5 D7 Alba 20,9 A b 22,9 A c 38,6 25,2 45,6 26,3 A 35,6 A 36,5 A B 35,4 b 20,0 A 20,7 A 27,0 A A 41,2 A 46,3 c B 46,0 a 52,8 A 54,0 A 58,4 B A A a b A 42,3 a b d 26,0 30,6 Vistula a b c A A a c c A A b b d 23,1 Ołomuńcka b,c c 25,5 HalblangeBerlińska a b,c 23,8 Cukrowa A a A 53,9 A a Tab. 4. Grupy jednorodne dla hypokotyla (mm) dla pięciu odmian pietruszki korzeniowejinterakcja. A, B, C- grupy jednorodne dla odmian, a, b, c- grupy jednorodne dla dawek NIR= 4,0 206 Efekt zastosowania przedsiewnego naświetlania nasion pietruszki… Na długość korzenia zarodkowego odmiany Halblange- Berlińska zastosowane promieniowanie laserowe miało wpływ redukujący. Odmiana Cukrowa nie zareagowała na którąkolwiek z zastosowanych dawek (Tab. 3). U odmiany Vistula naświetlanie promieniami istotnie stymuluje wzrost długości korzenia zarodkowego, natomiast wielkość zastosowanej dawki nie wpływa istotnie na długość badanej cechy. U odmiany Cukrowa zaobserwowano efekt redukcji długości hypokotyla po zastosowaniu dawki D1 (Tab. 4), u odmiany Vistula zastosowane dawki promieniowania nie przyczyniły się do istotnego wzrostu długości hypokotyla. Na odmianę Ołomuńcka stymulujący wspływ miały dawki D7, D5 oraz D3. Na długość nadziemnej części siewki (Tab. 5) u odmiany Alba oraz HalblangeBerlińska nie miała wpływu żadna z zastosowanych dawek. U odmian: Cukrowa i Ołomuńcka dostrzec można efekt redukcji po zastosowaniu dawki promieniowania D1. Długość nadziemnej części siewki u odmiany Vistula uległa istotnemu zwiększeniu w wyniku zastosowania wszystkich dawek. Dawki/ odmiany K D1 D3 D5 D7 Alba 20,9 Cukrowa A b 22,9 A A c B 35,6 A 36,5 A 35,4 A 20,0 20,7 A 27,0 A 26,0 A 45,6 A 30,6 A 41,2 B 46,3 A 46,0 A B 52,8 A 54,0 A a A 58,4 A 53,9 b a 42,3 a b A Vistula a b d c Ołomuńcka a c c b A c b d 23,1 26,3 25,2 b b,c c 25,5 A a b,c 23,8 38,6 HalblangeBerlińska A a A a Tab. 5. Grupy jednorodne dla nadziemnej siewki (mm) dla pięciu odmian pietruszki korzeniowej- interakcja. A, B, C- grupy jednorodne dla odmian, a, b, c- grupy jednorodne dla dawek NIR= 8,0 Na podstawie przeprowadzonego doświadczenia zaobserwowano istotny wzrost, zarówno energii i zdolności kiełkowania (Tab. 1 i 2) traktowanych wcześniej światłem lasera nasion pietruszki korzeniowej w odmianie Alba, Halblange- Berlińska, Vistula. Również Zhindong i Shuzen [1990] zaobserwowali pozytywny wpływ promieniowania na przebieg procesu kiełkowania materiału siewnego. Badania wykonane na nasionach ogórka, 207 Małgorzata Rabiega papryki i pomidora [Szajsner i Drozd 2007] wykazały stymulujące działanie promieniowania lasera na energię i zdolność kiełkowania oraz na długość korzenia zarodkowego i nadziemnej części siewki. W przeprowadzonych badaniach własnych stwierdzono redukujący wpływ zastosowanych dawek na długość korzenia zarodkowego u odmiany Ołomuńcka natomiast w doświadczeniu Drozd i Szajsner [2007] zaobserwowano pozytywny wpływ promieniowania laserowego na wartość tej cechy. WNIOSKI Obserwacja cech morfologicznych siewek wykazała, że reakcja odmian pietruszki na przedsiewną biostymulację laserową zależała od zastosowanej dawki. Odmianami najbardziej podatnymi na działanie promieni lasera były Alba oraz Vistula. Odmiany Halblange- Berlińska, Cukrowa oraz Ołomuńcka zareagowały na zastosowane promieniowanie laserowe redukcją wartości niektórych cech morfologicznych (korzeń zarodkowy, hypokotyl). U niektórych genotypów pietruszki zastosowana biostymulacja laserowa może poprawiać wartość użytkową i przyśpieszać wczesne fazy rozwojowe. LITERATURA • Bralewski T. 2007. Sposoby uszlachetniania nasion. Hasło Ogrodnicze, 2: 134-135. • Dąbrowska D. Kolasińska D. 1996. Wpływ sposobu uszlachetniania materiału siewnego marchwi i pietruszki na zdolność kiełkowania, wigor oraz wschody. Biuletyn Instytutu Hodowli i aklimatyzacji Roślin, 197: 261-271. • Drozd D. Szajsner H. 2001. Wykorzystanie biostymulacji laserowej w uszlachetnianiu materiałów nasiennych zbóż. Agrofizyka na początku XXI wieku. Wyd. Naukowe FRNA. 2001, 3: 151-152. • Drozd D. Szajsner H. 2007. Uszlachetnianie nasion wybranych gatunków roślin warzywnych poprzez stymulację promieniami lasera. Roczniki Akademii Rolniczej w Poznaniu. CCCLXXXIII, Ogrodn. 41: 625-629. • Zhidong F. Shuzhen X. 1990. Effects of He-Ne laser upon the germinating ability of wheat seeds. Acta Universitatis Agriculturalis Boreli Occidentalis, 18(2)95–98. • Zubal P. 1990. Vplyw stimulacie osiva laserem na urody obilnim o strukovin. Vedecke Prace Vyskumneho Ustawu Rastinnej Vyrobu 23. 208 Efekt zastosowania przedsiewnego naświetlania nasion pietruszki… Adres do korespondencji: Małgorzata Rabiega Katedra Genetyki Hodowli Roślin i Nasiennictwa Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu e-mail: [email protected] Opiekun naukowy: dr hab. Hanna Szajsner 209 Tomasz Reguła Radosław Rogoziński EPISTEME 15/2012 s.211-217 ISSN 1895-4421 OCENA MOŻLIWOŚCI ZASTOSOWANIA WŁAŚCIWOŚCI GEOMETRYCZNYCH PSZENICY ORKISZOWEJ JAKO CECH ROZDZIELCZYCH ANALYSIS OF POSSIBILITY OF USING GEOMETRIC PROPERTIES OF SPELT AS DISTRIBUTIVE PROPERTIES Abstrakt. Pszenica orkiszowa staje się coraz popularniejszym zbożem w gospodarstwach ekologicznych. Brak jednoznacznie opracowanej technologii omłotu oraz przygotowania ziarna do przetwórstwa sprawia, że właściwości fizyko-mechaniczne tej rośliny są przedmiotem wielu badań. Ich znajomość jest niezbędna na etapie projektowania odpowiednich maszyn i urządzeń. Dlatego też celem pracy były pomiary właściwości geometrycznych (tj. długość, szerokość, grubość) kłosków i ziaren pszenicy orkiszowej, oraz ocena możliwości zastosowania tych cech w procesie rozdzielania wymienionych składników. Zauważono, że kłoski jednoi dwukwiatowe różnią się pod względem geometrii, dlatego potraktowano je jako odrębne składniki mieszaniny. Dla każdej cechy oraz składnika analizowano rozkłady zmienności. Wykazano, że nie jest możliwe całkowite oddzielenie ziarna od kłosków przy wykorzystaniu tylko jednej cechy rozdzielczej (maks. czystość równa 99%). Dalsza analiza dotyczyła kryterium podzielności mieszaniny ze względu na dwie cechy. Podobnie jak poprzednio nie uzyskano całkowitego wydzielenia kłosków. Słowa kluczowe: pszenica orkiszowa, cechy geometryczne, proces rozdzielczy Summary. Spelt wheat is becoming more popular in ecological farming. No clearly developed technology of grain threshing and preparation for processing makes that the physical and mechanical properties of this plant are the subject of many studies. Knowledge of the properties is required to design the appropriate machines and equipment. Therefore, the purpose of this study were measurements of geometric properties (length, width, thickness) of spikelets and grains of spelt wheat, and the possibility of using these properties in the process of separating these components. It was observed that single- and double-flower spikelets differ in geometry, and therefore they were treated as different components of the mixture. For each property and component was analyzed distributions of variability. It was scheduled that it is not possible to fully separate the grain from the spikelets with using only one distributive property (max. purity 99%). Further analysis concerned the criterion of separation of the mixture due to two properties. As before, did not achieve complete separation of the spikelets. Key words: spelt wheat, geometric properties, separating process 211 Tomasz Reguła, Radosław Rogoziński WSTĘP Pszenica orkiszowa (Triticum spelta L.) zalicza się do jednego z najstarszych gatunków pszenicy uprawnej i jeszcze u schyłku XIX wieku była szeroko uprawianym gatunkiem rodzaju triticum sp. Ostatecznie jednak ze względów ekonomicznych (wydajność, trudny i czasochłonny omłot) została wyparta przez inne gatunki zbóż. Obecnie, po okresie zaniechania, wraca do uprawy, szczególnie w gospodarstwach ekologicznych. Przesłanką do rozpowszechnienia pszenicy orkiszowej jest duża zawartość białka, węglowodanów oraz błonnika sprzyjającego detoksykacji organizmu. [Bonafaccia i in. 2000, Sulewska i in. 2008]. Cechą charakterystyczną dla pszenicy orkiszowej jest niewymłacalność uniemożliwiająca jej znaczące zaistnienie w obecnie wiodących uprawach oraz konkurowanie z innymi odmianami. Otóż, posiada ona takie cechy morfologiczne jak: delikatna i wrażliwa na uszkodzenia mechaniczne osadka kłosowa oraz plewy ściśle przylegające do ziarniaków. Sprawia to, że w trakcie zbioru kombajnowego do zbiornika dostaje się nie ziarno, lecz kłoski. Wymusza to konieczność późniejszego omłotu [Tyburski i Babalski 2006]. Ze spostrzeżeń rolników wynika, że odpowiednia agrotechnika (uprawa, przedplon, nawożenie) skutkuje lepszym „nalewaniem” ziarna, co znacznie ułatwia domłacenie ziarna z kłosków. Przy starannym doborze parametrów regulacyjnych kombajnu zbożowego (zwiększone obroty bębna młócącego, odpowiednie otworzenie sit żaluzjowych) i dobrze prowadzonej plantacji, nawet ponad połowa ziarna może zostać omłócona już w trakcie zbioru. Do zbiornika trafia zatem mieszanina kłosków i ziaren. Proces pokombajnowego domłotu kłosków jest bardzo inwazyjny i powoduje liczne uszkodzenia [Frączek i Reguła 2011]. Niecelowe jest więc kierowanie wymłóconych przez kombajn zbożowy ziaren do ponownego omłotu. Pojawia się problem wydzielenia tego ziarna od kłosków. Badania właściwości geometrycznych pszenicy orkiszowej były już prowadzone [Choszcz i in. 2010; Żabiński i in. 2010] w odniesieniu do kłosków oraz ziaren odplewionych w warunkach sztucznych. Mając na uwadze fakt, że w pierwszej kolejności kombajn wymłaca najdorodniejsze ziarniaki, natomiast mniejsze nadal pozostają w kłoskach, wyniki tych badań okazują się niewystarczające. Ze względu na powszechne stosowanie w gospodarstwach rolnych różnego typu przesiewaczy, celem niniejszej pracy było określenie cech geometrycznych kłosków i ziaren będących składnikami mieszaniny zbieranej przez kombajn oraz ocena możliwości ich zastosowania w procesie rozdzielczym wyżej wymienionych składników. 212 Ocena możliwości zastosowania właściwości geometrycznych… MATERIAŁ I METODY Materiał badawczy stanowiła mieszanina ziaren i kłosków pszenicy orkiszowej powstająca w trakcie zbioru kombajnowego. Odmiana Schwabenkorn, wybrana do badań, należy do najpowszechniej uprawianych w Polsce. Plantacja, z której pochodził materiał badawczy, prowadzona była metodą konwencjonalną, na glebie kompleksu żytniego bardzo dobrego. Przedplon stanowił len oleisty. Zbioru dokonano kombajnem zbożowym w fazie dojrzałości pełnej. Z tak zebranej masy pobrano próbki do badań. Z próby wydzielono kłoski oraz ziarniaki. Ponadto kłoski podzielono na jedno- i dwukwiatowe. Podział taki wydaje się być stosowny, ze względu na różnice niektórych właściwości fizyko-mechanicznych pomiędzy tymi grupami [Frączek i Reguła 2010]. Przypuszczać zatem należy, że w przypadku geometrii jest podobnie. Poszczególne składniki zważono na wadze laboratoryjnej RADWAG AS 220/C/2 z dokładnością do 0,1 mg oraz określono ich udziały wagowe. Osobno dla kłosków i ziaren oznaczono zawartość wody metodą suszarkowowagową zgodnie z normą PN–91/A-74010. Wynosiła ona odpowiednio 0,12 kgH2O·kgs.m.-1 i 0,14 kgH2O·kgs.m.-1. Z każdej z wyżej wymienionych populacji losowo wybrano 100 ziaren (lub kłosków). Za pomocą suwmiarki elektronicznej dokonano pomiaru cech geometrycznych: długości, szerokości i grubości [Hebda i Micek 2007]. Dokładność pomiaru wynosiła 0,01 mm. Zebrane wyniki badań opracowano wg Grochowicza [1994] korzystając z programu Statistica [Statistica… 1997] oraz MS Excel. Do oceny jakości procesu rozdzielczego wykorzystano wzór [Grochowicz 1994]: (1) gdzie: ε – wskaźnik jakości procesu rozdzielczego [-]; a0 – ilość ziarna w mieszaninie wejściowej [%]; a1 – ilość ziarna w produkcie [%]; b0 – ilość kłosków w mieszaninie wejściowej [%]; b1 – ilość kłosków w produkcie [%]. 213 Tomasz Reguła, Radosław Rogoziński WYNIKI I DYSKUSJA Dla scharakteryzowania mieszaniny wejściowej utworzono wykres udziałów wagowych poszczególnych jej składników (Rys. 1). Ziarno stanowiło aż 43% masy zbieranej przez kombajn, pozostała część to kłoski, wśród których wyraźnie dominowały kłoski dwukwiatowe. Rys. 1. Udziały wagowe poszczególnych składników masy zbieranej przez kombajn zbożowy. Żródło: opracowanie własne Dla każdego składnika mieszaniny wejściowej analizowano rozkłady cech geometrycznych, tworząc 12 przedziałowe szeregi rozdzielcze. Następnie na ich podstawie wykreślono wieloboki częstotliwości (Rys. 2). Z przedstawionych wykresów wynika, że w przypadku szerokości składników, wieloboki częstotliwości ziaren i kłosków dwukwiatowych są rozłączne, natomiast dla ziaren i kłosków jednokwiatowych nieznacznie się pokrywają. Predysponuje to zatem szerokość cząstek do wykorzystania w procesie rozdzielczym. Najmniej korzystnie sytuacja przedstawia się dla grubości składników, gdyż wieloboki częstotliwości znacząco się pokrywają. Wykreślenie wieloboków częstotliwości pozwoliło również na określenie granic podziału, przy czym kierowano się zasadą, że wszystkie ziarna powinny zostać wydzielone z mieszaniny. Pozostanie ziaren wśród kłosków naraziłoby je na uszkodzenia w trakcie domłotu, co jest równoważne ze stratami. Po uwzględnieniu przyjętych granic podziału oraz udziałów wagowych poszczególnych składników, obliczono teoretyczne wartości wskaźnika jakości procesu rozdzielczego wg wzoru (1) oraz czystość ziarna. Wyniki zestawiono w Tab. 1. Najlepszy efekt wydzielania ziarna od kłosków pszenicy orkiszowej uzyskuje się wybierając jako cechę rozdzielczą szerokość cząstek, o czym świadczy bardzo wysoka wartość wskaźnika jakości (wartość 1 oznacza proces idealny). Teoretyczna czystość ziarna, możliwa do uzyskania, wynosi aż 99%. 214 Ocena możliwości zastosowania właściwości geometrycznych… n n n Rys. 2. Wieloboki częstotliwości ziaren i kłosków dla długości, szerokości i grubości: f – częstotliwość występowania, n – granica podziału. Zródło: opracowanie własne 215 Tomasz Reguła, Radosław Rogoziński Podjęto również próbę oceny podziału mieszaniny wejściowej ze względu na dwie cechy rozdzielcze. Pierwszą była szerokość, natomiast drugą grubość lub długość. Wyniki oceny jakości procesu rozdzielczego dla dwóch cech również zestawiono w Tab. 1. Tylko w przypadku zastosowania długości składników, jako drugiej cechy rozdzielczej, uzyskano niewielki wzrost wskaźnika jakości do 0,997 oraz czystości ziarna do 99,6%. Cecha rozdzielcza Granica podziału [mm] ε [-] Czystość ziarna [%] Długość 10,3 0,950 93,6 Szerokość 3,7 0,993 99,1 Grubość 3,4 0,878 85,9 Szerokość i grubość 3,7 i 3,4 0,993 99,1 Szerokość i długość 3,7 i 10,3 0,997 99,6 Tab. 1. Wyniki oceny jakości procesu rozdzielczego. Źródło: opracowanie własne Porównując uzyskane średnie wartości cech geometrycznych z innymi badaniami [Choszcz i in. 2010, Żabiński i in. 2010], można stwierdzić, że przebadane kłoski i ziarna były większe, co nie powinno dziwić, gdyż badany materiał pochodził ze starannie prowadzonej plantacji. Przeprowadzone badania okazały się zatem celowe, gdyż przedstawiają w sposób pełniejszy rozkład cech geometrycznych kłosków i ziaren stanowiących mieszaninę pokombajnową. Uzyskane wyniki badań mogą zostać z powodzeniem wykorzystane przy doborze sit przesiewaczy, których zadaniem będzie przedomłotowe rozdzielenie kłosków i ziaren pszenicy orkiszowej. WNIOSKI • W przypadku szerokości składników mieszaniny wieloboki częstotliwości ziarna i kłosków dwukwiatowych są rozłączne, natomiast dla ziarna i kłosków jednokwiatowych nieznacznie się pokrywają, co predysponuje tą cechę do wykorzystania w procesie rozdzielczym. • Dla przyjętych granic podziału: 10,3 mm; 3,7 mm; 3,4 mm odpowiadających długości, szerokości i grubości uzyskano następujące wartości wskaźnika jakości przebiegu procesu rozdzielczego(ε): 0,950; 0,993; 0,878. • Najwyższa teoretyczna czystość ziarna uzyskanego w wyniku rozdzielenia analizowanej mieszaniny ze względu na jedną cechę rozdzielczą wynosi 99%. • Jakość procesu rozdzielczego można nieznacznie poprawić (do ε=0,997) stosując podział ze względu na dwie cechy: szerokość i długość. Uzyskane w ten sposób ziarno cechuje czystość 99,7%. 216 Ocena możliwości zastosowania właściwości geometrycznych… LITERATURA Bonafaccia G. Galli V. Francisci R. Mair V. Skrabanja V. and Kreft I. 2000. Characteristics of spelt wheat products and nutritional value of spelt wheat-based bread. Food Chemistry. 68: 437-441. Choszcz D. J. Konopka S. Zalewska K. 2010. Charakterystyka właściwości fizycznych wybranych odmian orkiszu. Inżynieria Rolnicza. Nr 4 (122): 23-28 Frączek J. Reguła T. 2010. Metoda oceny podatności ziarna pszenicy orkiszowej na uszkodzenia mechaniczne w czasie omłotu. Inżynieria Rolnicza. Nr 4 (122): 51-58 Frączek J. Reguła T. 2011. Analiza procesu omłotu pszenicy orkiszowej w listwowositowym zespole młócącym. Inżynieria Rolnicza. Nr 6 (131): 13-20 Grochowicz J. 1994. Maszyny do czyszczenia sortowania nasion. Wydawnictwo Akademii Rolniczej w Lublinie. ISBN 83-901612-9-X. Hebda T. Micek P. 2007. Cechy geometryczne ziarna wybranych odmian zbóż. Inżynieria Rolnicza. Nr 5 (93): 187-193 PN–91/A-74010. Ziarno zbóż i przetwory zbożowe. Oznaczenie wilgotności. 1991. Wydawnictwo Normalizacyjne „ALFA”. Warszawa STATISTICA PL dla Windows – dokumentacja pakietu. 1997. StatSoft Polska Sp. z.o.o. Kraków. ISBN 83-904735-5-0. Sulewska H. Koziara W. Panasiewicz K. Ptaszyńska G. Morozowska M. 2008. Skład chemiczny ziarna oraz plon białka odmian ozimych orkiszu pszennego w zależności od wybranych czynników agrotechnicznych. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering. Vol.53(4) Tyburski J. Babalski M. 2006. Uprawa pszenicy orkisz. CDR. Radom. ISBN 8360185-26-3. Żabiński A. Sadowska U. Pużyńska K. 2010. Wybrane właściwości fizyczne ziarna orkiszu pszennego. Inżynieria Rolnicza. Nr 4 (122): 309-317 Adres do korespondencji: Tomasz Reguła, Radosław Rogoziński Katedra Inżynierii Mechanicznej i Agrofizyki Uniwersytet Rolniczy w Krakowie ul. Balicka 120, 30-149 Kraków e-mail: [email protected] Opiekun naukowy: prof. dr hab. inż. Jarosław Frączek 217 Ewa Sosińska Katarzyna Zalewska EPISTEME 15/2012 s.219-226 ISSN 1895-4421 WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE PESTEK DYNI SOME PHYSICAL PUMPKIN SEEDS Abstrakt. Praca zawiera wyniki badań dotyczące wybranej grupy właściwości fizycznych pestek dyni. Materiał badawczy stanowiły pestki dyni o zróżnicowanych, skrajnych wilgotnościach tj. pestki suche o wilgotności przechowalniczej W1=6% i pestki świeże o wilgotności W2=38%. W teście wytrzymałościowym, prowadzono na teksturometrze określono siłę oraz pracę cięcia i penetracji pojedynczych pestek, a wyniki rejestrowano i analizowano za pomocą specjalistycznego oprogramowania. Analiza uzyskanych wyników badań, wykazała znaczące zróżnicowanie w zakresie uzyskiwanych wartości określanych parametrów. I tak najwyższe wartości siły cięcia, penetracji oraz pracy koniecznej na przeprowadzenie tych procesów uzyskano dla pestek suchych. Różnica w wartościach tych parametrów dla pestek suchych i świeżych (mokrych) wynosiły średnio ok. 16%. Uzyskane wyniki badań mogą być przydatne w procesach technologicznych obejmujących suszenie pestek dyni czy usuwaniu okrywy owocowo-nasiennej (łupiny). Celem pracy było określenie i ocena wybranych właściwości fizycznych pestek dyni o różnych poziomach wilgotności. Obiektem badań były pestki dyni odmiany Bambino, które (w układzie pojedynczym) poddano procesowi cięcia i penetracji, urządzeniu – teksturometrze do badań cech reologicznych. Słowa kluczowe: pestki dyni, właściwości fizyczne, siła, praca cięcia i penetracji Summary. The work contains the results of the tests on selected physical properties of pumpkin seeds. The samples were pumpkin seeds of extreme wetness levels, i.e. dry seeds of the level of wetness W1=6% and fresh seeds, wetness W2=38%. The force and the cutting and penetration work of individual seeds were estimated in the endurance test on a texture meter and the results were recorded and analyzed with the use of specialistic software. The analysis of the test results showed significant variations of the value of the estimated parameters. The highest values of the cutting force, penetration and work necessary for the processes were obtained for the dry seeds. The difference in the values of the parameters for dry and fresh (wet) seeds was around 16%. The results of the study may be useful for technological processes such as drying pumpkin seeds or removing the husk. The aim of this study was identification and assessment of selected physical properties of pumpkin seeds of various humidity levels. The subject of the study were Bambino pumpkin seeds, which (separately) were subjected to cutting or penetration of the device – a texture meter used for the study of the rheological properties Key words: pumpkin seeds, physical properties, strength, job cuts and penetration 219 Ewa Sosińska, Katarzyna Zalewska WSTĘP Wśród warzyw dynia jest jedną z najstarszych roślin uprawianych. Owoce większości uprawianych odmian mają imponujące rozmiary, kształty i różnorodną barwę. Dynie uprawiane są głównie dla pozyskania wartościowego miąższu oraz nasion (pestek). Ponadto w niektórych krajach i kulturach dynie wykorzystywane są, jako elementy ozdobne czy służące do wyrobu specyficznych masek (święto Halloween). Nasiona posiadają liczne wartości odżywcze, są źródłem białka (27-29%), tłuszczu (3647%) i węglowodanów (11-19%). Zawierają dużo witamin B1 (0,24mg), B2 (0,19mg) i składników mineralnych (fosfor, żelazo), są też bogate w lecytynę. Pestki dyni mają lecznicze właściwości, świeże stosowane są w odrobaczeniu. Charakteryzują się działaniem moczopędnym, dlatego też stosowane są w leczeniu chorób nerek czy prostaty [Budzyński i Zając 2010; Joshi i in. 1993; Kozłowski i Bielińska 2008;]. Pestki można spożywać zarówno świeże jak i po wysuszeniu. W przemyśle spożywczym służą, jako dodatek do pieczywa, ciast i potraw oraz mieszanek zbożowych. [Budzyński i Zając 2010; Ciołkowska-Paluch 2001]] Jeszcze do nie tak dawna poważnym problemem w przemysłowym pozyskiwaniu pestek dyni stanowił mechaniczny zbiór i przerób jej owoców. Obecnie znane są już i z powodzeniem stosowane kombajny do zbioru owoców oraz ich przerób ukierunkowany na pozysk pestek. Stąd też znaczący wzrost wszechstronnego zainteresowania owocem dyni wymusza konieczność bardziej dokładniejszego poznania właściwości fizycznych miąższu i pestek dyni, ważnych w procesach pozyskiwania, przetwarzania oraz przechowywania tych surowców [Joshi i in. 1993; Zawirska-Olszańska 2011]. Celem pracy było określenie i ocena wybranych właściwości fizycznych pestek dyni o różnych poziomach wilgotności. Badania ukierunkowano pod kątem poznania cech mechanicznych pestek, ważnych w późniejszych procesach ich suszenia i usuwania okrywy owocowo – warzywnej (łupiny). MATERIAŁ I METODY BADAŃ Materiał badawczy stanowiły pestki dyni odmiany Bambino, pozyskane ze zbiorów 2010 roku, w rejonie Wisznic, gdzie uprawiane są na skalę przemysłową. Charakteryzowały się one zróżnicowanymi wartościami wilgotności skrajnej, mianowicie wilgotność przechowalnicza pestek suchych wynosiła W1=6%, natomiast wilgotność pestek świeżych W2=38%. Badanie właściwości mechanicznych przeprowadzono przy zastosowaniu teksturometru Texture Analyser TA.XT Plus. Poszczególne etapy badań obejmowały pomiary średniej wartości siły i pracy określonej dla testów przecinania oraz penetracji. Test przecinania (cięcia) wykonano 220 Wybrane właściwości fizyczne pestek dyni… przy zastosowaniu specjalistycznej przystawki (noża) ustawionej pod kątem nachylenia 45°. Dobór kąta nachylenia ostrza noża ustalono we wcześniejszych badaniach eksperymentalnych. Test cięcia przeprowadzono do momentu całkowitego przecięcia w środkowym odcinku długości pestki. W teście penetracji wykorzystano głowicę o kształcie walca płasko zakończonego o średnicy 1 mm i wysokości 3 cm. Proces penetracji prowadzono do całkowitego przebicia pestek. Podczas przecinania i penetracji materiału badawczego stosowano prędkość przesuwu głowicy 50 mm·min-1 [Nadulski i in. 2010, Ślaska-Grzywna B. i in. 2007]. Badania przeprowadzono na pestkach świeżych i suchych w 10 powtórzeniach (w układzie pojedynczym) dla każdego testu. Fot. 1. Teksturometr TA.XT Plus: a) z przystawką (nożem); b) z głowicą penetrującą [fot. Sosińska] WYNIKI BADAŃ I ANALIZA Wyniki badań związanych z wartością sił i pracy cięcia oraz sił penetracji uzyskiwano na podstawie danych z rejestracji i odczytu histogramu teksturometru (rys. 1). Uzyskane wyniki badań jednoznacznie wskazują na zróżnicowany charakter zmian parametrów siły i pracy określonych w testach przecinania i penetracji. Otrzymane wyniki badań wskazują, iż parametr taki jak średnia wartość siły Fmax [N], przy przecinaniu i penetracji przyjmuje różne wartości w zależności od wilgotności pestek. 221 Ewa Sosińska, Katarzyna Zalewska Force (N) 1 Force (N) 2 22 1 1 2 35,0 F 1 F 32,5 20 30,0 18 27,5 16 25,0 22,5 14 20,0 12 17,5 10 15,0 8 12,5 6 10,0 7,5 4 5,0 2 2,5 0 0 2 4 6 8 10 12 14 Time (sec) -2 Force (N) 0,0 0 2 4 6 8 10 12 14 Time (sec) -2,5 1 Force (N) 2 10 1 12 1 1 F 2 F 11 9 10 8 9 7 8 6 7 5 6 4 5 3 4 2 3 2 1 1 0 0 2 4 6 8 10 12 14 Time (sec) -1 0 0 2 4 6 8 10 12 14 Time (sec) -1 Rys. 1. Przykładowe histogramy wartości siły uzyskane podczas przecinania i penetracji pestek dyni: a) przecięcie pestek świeżych, b) przecięcie pestki suchych, c) penetracja pestek świeżych, d) penetracja pestek suchych Przedstawione przykładowe histogramy siły cięcia i penetracji w większości badanych próbek mają zbliżony charakter oraz przebieg krzywych w poszczególnych testach z występującym najczęściej pojedynczym punktem obrazującym maksymalną siłę potrzebną do przecięcia lub przebicia pestki. Analiza uzyskanych wyników badań w teście przecinania wskazuje na istotne różnice wartości siły i pracy (rys. 2). Siła przecinania [N] 35 30 25 25,61 21,34 20 15 10 5 0 św ieże suche Rodzaj pestek 222 Wybrane właściwości fizyczne pestek dyni… Praca przecinania [J] 0,1 0,08 0,08 0,07 0,06 0,04 0,02 0 św ieże suche Rodzaj pestek Rys. 2. Średnie wartości siły i pracy uzyskane w teście przecinania pestek dyni Zakres siły potrzebny do przecięcia pestek dyni zawiera się w przedziale od 7 do 32N. Największą wartość siły i pracy potrzebnej do przecięcia materiału, odnotowano dla pestek suchych (F=25,61[N]; L=0,08[J]). Dla pestki świeżych parametry te miały mniejsze wartości. Analiza statystyczna siły przecinania Rodzaj pestek Średnia Odchylenie standardowe Wariancja Błąd standardowy świeże 21,342 3,191 10,184 1,009 suche 25,606 5,834 34,032 1,845 Tab. 1. Przekroje statystyk opisowych dotyczące siły przecinania dla n=20 Źródło zmienności Stopnie Sumy swobody kwadratów Średnie kwadraty Rodzaj pestek 1 90,88 90,88 Błąd 18 397,95 22,11 Wartość funkcji testującej F Fα p 4,11 4,41 p>α Tab. 2 Analiza wariancji siły przecinania F dla osłonek na poziomie istotności Po przeprowadzonej analizie wariancji siły przecinania pestek dyni na poziomie istotności a = 0,05 można stwierdzić, że pomiędzy badanymi pestkami występują różnice w wartościach siły przecinania. Na rysunku 3 przedstawiono średnie wartości maksymalnej siły i pracy testu penetracji dla pestek dyni. Na wykresie umieszczono także odchylenie standardowe uzyskanych wyników. 223 Ewa Sosińska, Katarzyna Zalewska 14 Siła penetracji [N] 12 9,58 10 8,26 8 6 4 2 0 św ieże suche Rodzaj pestek Praca penetracji [J] 0,04 0,03 0,03 0,02 0,02 0,01 0 św ieże suche Rodzaj pestek Rys. 3. Średnie wartości siły i pracy uzyskane w teście penetracji pestek dyni W teście penetracji zakres siły potrzebny do przecięcia pestek dyni zawiera się w przedziale od 9 do 24N. Najniższe wartość siły i pracy w teście penetracji odnotowano dla pestek suchych (F=8,26[N]; L=0,03[J]). WNIOSKI Na podstawie przeprowadzonych badań wytrzymałościowych pestek dyni sformułowano następujące wnioski: • Analiza uzyskanych wyników badań wskazuje, że ma wartości siły i pracy otrzymane w teście przecinania oraz penetracji, duży wpływ na wilgotność pestek dyni. 224 Wybrane właściwości fizyczne pestek dyni… • W odniesieniu do oceny procesu przecinania (cięcia) należy stwierdzić, że najwyższe wartości maksymalnej siły cięcia odnotowano dla pestek suchych (Fmax=25,61N), znacznie niższe Fmax=21,34N, dla pestek mokrych. • Test penetracji wykazał, iż najniższe wartości siły potrzebne do przebicia uzyskano dla pestek świeżych ich wartość wynosiła Fmax=8,26[N]. Znacznie wyższe Fmax=9,58[N] uzyskano dla pestek suchych. • Najniższą wartość pracy przebijania, wynoszącą L=0,02[J] uzyskano dla pestek świeżych, zaś najwyższa wynoszącą L=0,03[J] dla pestek suchych. • Uzyskane wyniki badań mogą być wykorzystane, jako cenna baza danych, przydatnych w praktycznej realizacji procesów technologicznych obejmujących między innymi suszenie pestek dyni czy usuwanie okrywy owocowo-nasiennej (łupiny). LITERATURA Budzyński W. Zając T. 2010. Rośliny oleiste uprawa i zastosowanie. PWRiL. Warszawa. Ciołkowska-Paluch G. 2001. Suszone owoce, orzechy, ziarna i pestki – konieczne w codziennej diecie. Wiadomości Zielarskie. 43(5). 8-10. Joshi D. Das S. Mukherjee R. 1993, Physical Properties of Pumpkin Seeds. Journal of Agricultural Engineering Research. 54(3). 219-229. Kozłowski J. Bielińska E. 2008. Buchwald W. Nasiona roślin lekarskich, jako leki i surowce zielarskie. Panacea Leki Zioł. 4. 18-21. Nadulski R. Strzałkowska K. Skwarcz J. 2010. Wpływ kąta zaostrzenia noża na przebieg cięcia wybranych warzyw korzeniowych. Inżynieria Rolnicza. 7(125). 161-166. Ślaska-Grzywna B. Gruszecka D. 2007. Wpływ przedsiewnej biostymulacji magnetycznej na siły cięcia i ściskania ziaren nowych rodów pszenżyta. Inżynieria Rolnicza. 5(93). 403-408. Zawirska-Olszańska A. 2011. Przydatność owoców dyni, jako surowca do przetwórstwa spożywczego. Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego. Wrocław. 225 Ewa Sosińska, Katarzyna Zalewska Adres do korespondencji: Ewa Sosińska Katedra Inżynierii i Maszyn Spożywczych Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie ul. Doświadczalna 44, 20-236 Lublin e-mail: [email protected] Katarzyna Zalewska Katedra Maszyn Roboczych i Procesów Separacji Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie ul. Oczapowskiego 11, 10-736 Olsztyn e-mail: [email protected] Opiekun naukowy: prof. dr hab. inż. Marian Panasiewicz 226 Joanna Szkutnik EPISTEME 15/2012 s.227-233 ISSN 1895-4421 PRODUKCYJNOŚĆ TRZECH GÓRSKICH ZBIOROWISK ŁĄKOWYCH THE PRODUCTIVITY OF THREE MOUNTAIN MEADOWS Abstrakt. W badaniach porównywano produktywność 3 górskich zbiorowisk łąkowych położonych na różnych wysokościach, w strefie 600 – 700 m n.p.m. We wszystkich doświadczeniach uwzględniono 3 warianty: kontrolę i dwa nawożone zróżnicowaną dawką azotu. Zbiorowiska koszono 2-krotnie w ciągu roku. Elementami oceny były: skład florystyczny runi, plon suchej masy i białka ogólnego. W runi kontrolnej dominującymi trawami były: w doświadczeniu I - mietlica pospolita, w II - kostrzewa czerwona i III - bliźniczka psia trawka. Nawożenie istotnie zmieniło skład florystyczny runi i dodatnio wpłynęło na jej produktywność wyrażoną w plonach suchej masy i białka ogólnego. Najwyższą produktywnością cechowało się zbiorowisko doświadczenia II, gdzie po nawożeniu dominantem runi stały się kostrzewa łąkowa i życica trwała. Z kolei najmniejszych plonów dostarczyła ruń doświadczenia III znajdującego się najwyższej 700 n.p.m., z przewodnim gatunkiem kostrzewy czerwonej. Słowa kluczowe: produktywność, góry, zbiorowiska łąkowe Summary. The studies compared productivity of three mountain meadows located at different heights in the zone 600 – 700 meters above sea level. All experiments included three variants: control and two fertilized with diversified doses of nitrogen. Communities were mowed two times per year. Evaluated: the floristic composition sward, yield of dry matter and crude protein. The dominant grass in sward controls were: in the experiment I - Agrostis capillaries L., in the second – Festuca rubra L. and III – Nardus stricta L. Fertilization significantly changed the floristic composition of the sward and positively affected her productivity. The highest productivity was characterized by a collection of experiments II, where, after fertilization dominanted a Festuca pratensis Huds. and Lolium perenne L. The lowest yields provided experiment III located 700 meters above sea level, with the guiding species of Festuca rubra L. Key words: productivity, mountain, meadow community 227 Joanna Szkutnik WSTĘP Na terenach górskich wyróżnia się trzy kategorie użytków zielonych: najniższy pas położony od 400 do 600 m n.p.m., środkowy w strefie 600 - 1000 m n.p.m i trzeci znajdujący się powyżej 1000 m n.p.m. Skład gatunkowy wymienionych pięter istotnie się różni między sobą a zatem i produkcyjnością. Jak donosi Mikołajczak i Wolski [1996] zmienność zbiorowisk trawiastych jest większa w warunkach górskich niż na niżu. Wynika to z różnej miąższości gleby, pojemności wodnej i jej zasobności w składniki pokarmowe. Ponadto z badań Firka [1991] wynika, że poprzez stosowanie nawożenia można znacznie zwiększyć plonowanie różnych siedlisk. Jednak samo nawożenie fosforowo - potasowe w małym stopniu wpływa na tą zmianę. Istotna reakcja w runi zachodzi podczas nawożenia azotem. W związku z powyższym, celem pracy było zbadanie zmiany składu florystycznego trzech górskich zbiorowisk łąkowych oraz porównanie ich produktywności na tle zróżnicowanego nawożenia azotem. MATERIAŁ I METODY Badania przeprowadzono w Czarnym Potoku k. Krynicy na trzech, trzyletnich jednoczynnikowych doświadczeniach. Doświadczenia założono metodą bloków losowanych. Doświadczenie: I było położone na wysokości 600 m n.p.m, z przewodnim gatunkiem mietlicy pospolitej, II na wysokości 650 m n.p.m, na zbiorowisku kostrzewy czerwonej, a III na wysokości 700 m n.p.m, na bliźniczysku. Pod każdym z doświadczeń występowała gleba brunatna o składzie granulometrycznym gliny średniej. Była to gleba średnio zasobna w potas z zawartością 4 - 7 mg K20 i bardzo uboga w fosfor, zwierając 1,5-2,0 mg P205 w 100 g gleby. Czynnikiem doświadczeń były 2 poziomy nawożenia azotowego na tle jednakowych dawek fosforu i potasu: P60K100N90, P60K100N180. Fosfor stosowano jednorazowo wiosną w postaci 20% superfosfatu. Potas w dwóch jednakowych częściach jako 57% sól potasową i azot w proporcji 60% pod I i 40% pod II odrost w postaci 34% saletry amonowej. Skład florystyczny runi corocznie oceniano metodą szacunkową Klappa. Zbiór I pokosu przypadł na początek kwitnienia gatunków dominujących, a II pokosu po upływie 9 tygodni. W celu określenia plonu suchej masy i białka ogólnego ze skoszonej masy pobrano próbki o masie 1,5 kg i wysuszono na wolnym powietrzu. Zawartość suchej masy określono metodą suszarkową w temperaturze 105oC (przez 3 godziny) a białka ogólnego oznaczono metodą Kjeldahla. Uzyskane wyniki opracowano statystycznie przy pomocy analizy wariacji dla doświadczeń jednoczynnikowych przy poziomie istotności α=0,05. 228 Produkcyjność trzech górskich zbiorowisk łąkowych… WYNIKI Doświadczenie I. W obiekcie kontrolnym największy udział w runi miała mietlica pospolita – 30% (Tab. 1). Obok niej znaczny udział miała kupkówka pospolita i tymotka łąkowa. Plonowanie tego obiektu średnio za 3 lata kształtowało się na poziomie 3,08 t·ha-1suchej masy i 0,33 t·ha-1 białka ogólnego. Zastosowanie dawki nawozowej P60K100N90 silnie ograniczyło rozwój mietlicy pospolitej, sprzyjając rozpowszechnieniu się kupkówki pospolitej i tymotki łąkowej. Udział mietlicy pospolitej w plonie suchej masy w odniesieniu do obiektu kontrolnego zmniejszył się o ponad połowę. Z kolei udział kupkówki pospolitej zwiększył się prawie 3-krotnie, a tymotki łąkowej aż siedmiokrotnie. Obecność tych gatunków spowodowała, że produktywność tej runi zwiększyła się w suchej masie ponad dwukrotnie, a w białku ogólnym ponad trzykrotnie. Gatunki dominujące 30 0 Mietlica pospolita Agrostis capillaris L. Kupkówka pospolita Dactylis glomerata L. Tymotka łąkowa Phleum pratense L. 19 P60K100N90 Kupkówka pospolita Dactylis glomerata L. Tymotka łąkowa Phleum pratense L. Mietlica pospolita Agrostis capillaris L. P60K100N180 Udział dominanta % Obiekt Kupkówka pospolita Dactylis glomerata L. Tymotka łąkowa Phleum pratense L. Mietlica pospolita Agrostis capillaris L. 7 3 20 13 Plon [t·ha-1] Białko ogólne Sucha masa 0,33 3,08 0,77 6,93 1,17 8,90 26 21 8 NIR-LSD /p=0,05/ 0,81 Tab. 1. Udział gatunków dominujących i plonowanie runi doświadczenia I Zwiększenie dawki azotu z 90 do 180 N kg na tle nawożenia fosforowo-potasowego w dalszym ciągu, dynamizowało rozwój kupkówki pospolitej i tymotki łąkowej kosztem mietlicy pospolitej. Nawożenie to zwiększyło plon suchej masy o dalsze 2 t·ha-1 , a plon białka ogólnego o 0,4 t·ha-1.W liczbach względnych w odniesieniu do poprzedniego obiektu nawożonego był to wzrost produktywności odpowiednio o 28% i 52% a w stosunku do kontroli o 189% i 255%. 229 Joanna Szkutnik Doświadczenie II. Gatunkami przewodnimi w runi kontrolnej były kostrzewa czerwona, kostrzewa łąkowa i mietlica pospolita (Tab. 2). Pierwsza z nich stanowiła 15%, druga 10 % a trzecia 7 % plonu runi. Produktywność tej runi wyrażona w suchej masie wyniosła 5,20 t, a w białku ogólnym 0,67 t·ha1. 0 Kostrzewa łąkowa Festuca pratensis Huds. Kostrzewa czerwona Festuca rubra L. Mietlica pospolita Agrostis capillaris L. P60K100N90 Gatunki dominujące Kostrzewa czerwona Festuca rubra L. Życica trwała Lolium perenne L. Kostrzewa łąkowa Festuca pratensis Huds. P60K100N180 Obiekt Kostrzewa czerwona Festuca rubra L. Kostrzewa łąkowa Festuca pratensis Huds. Życica trwała Lolium perenne L. Plon [t·ha-1] Udział dominanta % Białko ogólne Sucha masa NIR-LSD /p=0,05/ 10 15 0,67 5,20 0,95 7,75 1,35 8,74 7 25 15 35 5 40 10 0,66 Tab. 2. Udział gatunków dominujących i plonowanie runi doświadczenia II Nawożenie zestawem dawki - P60K100N90 w odniesieniu do obiektu kontrolnego w sposób wyraźny zmieniło skład florystyczny runi. Gatunkiem przewodnim stała się kostrzewa łąkowa ze znacznym udziałem kostrzewy czerwonej i życicy trwałej. Te trzy gatunki stanowiły aż 75 % plonu świeżej masy. Nawożenie zwiększyło również produktywność runi. W porównaniu z obiektem kontrolnym plon suchej masy zwiększył się o 2,5 t a plon białka ogólnego o 0,28 t·ha-1. Wyrażając wzrost plonowania w liczbach względnych przedstawiał się następująco: 49 % i 42%. Zastosowanie podwójnej dawki azotu (P60K100N180) zwiększyło w dalszym ciągu udział kostrzewy łąkowej do poziomu 40%, kosztem kostrzewy czerwonej i życicy trwałej. Udział kostrzewy czerwonej w stosunku do obiektu poprzedniego zmniejszył się 5-cio krotnie, a życicy trwałej o 1/3. Plon suchej masy tego obiektu osiągnął poziom 8,74 t a plon białka ogólnego 230 Produkcyjność trzech górskich zbiorowisk łąkowych… 1,35 t·ha-1. W stosunku do dawki 90 kg N był to wzrost plonu suchej masy o 13%, a białka ogólnego o 42 %. Natomiast w stosunku do obiektu kontrolnego był to wzrost wydajności odpowiednio o 68% i 101%. Doświadczenie III. Gatunkiem dominującym runi kontrolnej była bliźniczka psia trawka (Tab. 3). Stanowiła ona 70% całego zbiorowiska. Obok niej znaczy udział miała kostrzewa czerwona - 15%. Średnia produktywność z 3 lat wyrażona w plonie suchej masy i białka ogólnego wyniosła odpowiednio 2,52 t i 0,29 t·ha-1. Obiekt Gatunki dominujące Udział dominanta % 0 Bliźniczka psia trawka Nardus stricta L. Kostrzewa czerwona Festuca rubra L. 70 40 P60K100N90 Kostrzewa czerwona Festuca rubra L. Kostrzewa łąkowa Festuca pratensis Huds. P60K100N180 Kostrzewa czerwona Festuca rubra L. Kostrzewa łąkowa Festuca pratensis Huds. NIR-LSD /p=0,05/ 15 10 Plon [t·ha-1] Białko ogólne Sucha masa 0,29 2,52 0,64 5,36 0,99 7,35 31 29 0,75 Tab. 3. Udział gatunków dominujących i plonowanie runi doświadczenia III Nawożenie dawką P60K100N90 wpłynęło korzystnie na rozwój kostrzewy czerwonej i kostrzewy łąkowej kosztem bliźniczki psiej trawki, która pod wpływem nawożenia ustąpiła z runi. Udział kostrzewy czerwonej w runi zwiększył się prawie 3-krotnie w odniesieniu do kontroli. Trawa ta stanowiła 40 % runi a kostrzewa łąkowa 10 %. W porównaniu do obiektu kontrolnego produkcyjność tego zbiorowiska wzrosła o ponad połowę. Zebrane plony suchej masy wyniosły 5,36 t i 0,64 t·ha-1 białka ogólnego. Zwiększenie dawki nawozowej do 180 kg azotu ograniczyło rozwój kostrzewy czerwonej a sprzyjało rozwojowi kostrzewy łąkowej, której ilość zwiększyła się o 19%. Z tego obiektu zebrano 7,35 t suchej masy i 0,99 t·ha-1 białka ogólnego, które w odniesieniu do kontroli były wyższe odpowiednio o 200% i 240%. W stosunku do obiektu z niższą dawką nawożenia plonowanie tej runi zwiększyło się o 40% i 54%. 231 Joanna Szkutnik DYSKUSJA Istotny wpływ nawożenia mineralnego na skład florystyczny zbiorowisk łąkowych znajduje odzwierciedlenie również w badaniach innych autorów [Winnicka i Borecka-Jamro 1996, Sawicki 2003, Jankowska i in. 2008, Kasperczyk i in. 2008]. Głównym czynnikiem zmieniającym skład botaniczny runi łąkowej w niniejszych badaniach był azot. Pod wpływem nawożenia azotowego stwierdzono wzrost udziału w runi kupkówki pospolitej oraz tymotki łąkowej co w pełni koresponduje z rezultatami badań Winnickiej i in. [1996]. Z kolei rozprzestrzenienie się kostrzewy łąkowej i życicy trwałej pod wpływem nawożenia znajduje odzwierciedlenie w badaniach Mikołajczaka i Wolskiego [1996]. Dodatnia reakcja tych traw na azot wynika z ich wysokich wymagań pokarmowych i dużo większej siły konkurencyjnej w odniesieniu do mietlicy pospolitej i bliźniczki psiej trawki [Falkowski 1974, Kozłowski i in. 1998]. Natomiast dominację kostrzewy czerwonej w siedlisku położonym w najmniej sprzyjających warunkach należy łączyć z jej odpornością na niesprzyjające warunki pogodowe, dużą trwałością i stabilności w utrzymaniu się w runi o czym donosi Mastelarczuk [2008]. Gatunek ten jednak cechuje się małą produktywnością. W niniejszych badaniach zbiorowisko z wyższą dawką azotu, zdominowane przez tą trawę dostarczyło o 15% plonów suchej masy i o 37% plonów białka ogólnego mniej, w porównaniu ze zbiorowiskiem zdominowanym przez kostrzewę łąkową i życice trwałą. Znaczna zmiana składu gatunkowego zbiorowisk pod wpływem nawożenia mineralnego znalazła odzwierciedlenie we wzroście ich produktywności. Znajduje to potwierdzenie w badaniach przeprowadzonych w Sudetach przez Mikołajczaka [1996]. W badaniach tego autora nawożenie mineralne, zwłaszcza azotem w ilości do 240 kg N/ha poprawiło nie tylko skład botaniczny, ale zwiększyło dwukrotnie wielkość plonów. WNIOSKI • Nawożenie mineralne jest istotnym czynnikiem wpływającym na skład florystyczny zbiorowisk łąkowych. • Gatunkami, które dodatnio reagowały na nawożenie azotem i stały się dominantami w runi łąk były: w najniżej położonym siedlisku - kupkówka pospolita i tymotka łąkowa, nieco wyżej położonym - kostrzewa łąkowa i życia trwała, a w najwyżej - kostrzewa czerwona. • Największą produktywnością cechowało się zbiorowisko zdominowane przez kostrzewę łąkową i życicę trwałą. Z kolei najmniejszych plonów dostarczyła ruń z przewodnim gatunkiem kostrzewy czerwonej. 232 Produkcyjność trzech górskich zbiorowisk łąkowych… LITERATURA Falkowski M., 1974., Trawy uprawne i dziko rosnące. Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne. Warszawa Firek E. 1991. Nawożenie i użytkowanie łąk trwałych w rejonach górzystych. Biuletyn Regionalny Zakładu Upowszechniania Postępu Akademii Rolniczej w Krakowie 297: 13-29 Jankowska., Ciepiela A., Kolczarek R., Jankowski K. 2008. Wpływ rodzaju nawozu mineralnego i dawki azotu na plonowanie i wartość pokarmową runi łąki trwałej. Pamiętnik Puławski. 147: 125-138 Kasperczyk M., Szewczyk W., Kacorzyk P., 2008. Dynamika składu botanicznego runi łąkowej w zależności od rodzaju nawożenia. Łąkarstwo w Polsce. 11: 87-93 Kozłowski S., Goliński P., Swędrzyński A., 1998. Trawy w barwnej fotografii i zwięzłym opisie ich specyficznych cech. Wydawnictwo Literackie PARNAS. Inowrocław. 78-81 Mastelarczuk G. 2008. Wpływ zaprzestania nawożenia i ograniczenia częstotliwości koszenia łąki trwałej na skład gatunkowy runi, plonowanie i masę korzeniową roślin. Łąkarstwa w Polsce. 11: 95-104 Mikołajczak Z., 1996. Wpływ nawożenia mineralnego na jakość i ilość plonów z łąk sudeckich. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych 442: 229-308. Mikołajczak Z., Wolski K., Wpływ nawożenia azotem i wapnowania na skład botaniczny runi w zróżnicowanych siedliskach Sudetów. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych 442: 317-331 Sawicki B., 2003., Wpływ nawożenia mineralnego na skład botaniczny i plonowanie mieszanek łąkowych w warunkach łęgu zgrądowiałego. Acta Agrophysica.1(2): 301-309 Winnicka J., Borecka-Jamro D., 1996. Wpływ wieloletniego nawożenia azotowego na wartość gospodarczą łąki położonej w Bieszczadach Zachodnich. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych 442: 465-469 Adres do korespondencji: Joanna Szkutnik Instytut Produkcji Roślinnej, Zakład Łąkarstwa Uniwersytet Rolniczy w Krakowie Opiekun naukowy: prof. dr hab. inż. Mirosław Kasperczyk 233 Weronika Włodarczyk Daria Kortylewska EPISTEME 15/2012 s.235-242 ISSN 1895-4421 OCENA PRZYDATNOŚCI SKARBONIZOWANYCH PODŁOŻY PO UPRAWIE PIECZAREK I BOCZNIAKÓW JAKO MATERIAŁÓW POPRAWIAJĄCYCH WŁAŚCIWOŚCI GLEB EVALUATION OF USEFULNESS OF THE CARBONIZED SUBSTRATES AFTER AGARICUS SPP. AND PLEUROTUS SPP. CULTIVATION IN THE SOILS PROPERTIES IMPROVEMENT Abstrakt. Podłoża po uprawie pieczarek i boczniaków zawierają znaczne ilości materii organicznej oraz składników pokarmowych niezbędnych dla roślin, co czyni je przydatnymi do poprawy właściwości chemicznych i fizycznych gleb. Z drugiej strony, rozwój branży ogrodniczej powoduje wytwarzanie dużej ilości poużytkowych odpadów organicznego pochodzenia, które niewykorzystane i przechowywane na składowiskach, wpływają niekorzystnie na środowisko. Celem pracy była ocena możliwości wykorzystania omawianych podłoży, poddanych procesowi karbonizacji, jako środków poprawiających właściwości gleby Dz.U.2007.147.1033. Analizowane materiały są bogate w substancję organiczną o czym świadczy wysoka zawartość Corg. Najwięcej azotu, najważniejszego czynnika plonotwórczego zawierało podłoże po uprawie pieczarek, natomiast bardzo ubogie w ten składnik było podłoże po boczniakach. Słowa kluczowe: podłoże popieczarkowe, podłoże po uprawie boczników Summary. Substrates after Agaricus spp. and Pleurotus spp. cultivation contain significant amounts of organic matter and nutrients necessary for plants, which makes them useful for improvement the physical and chemical properties of soils. On the other hand, the development of the horticultural industry influences on the production of large amounts of an organic origin spent products waste, which are unused and stored in landfills, and they adversely affect the environment. The aim of the study was to assess the possibility of using these substrates, after the carbonization process, as substances which improve soil properties. The analyzed materials are rich in organic matter as a result of high C organic content. Substrate after Agaricus spp. cultivation contained higher amount of nitrogen in comparison to the soil after the oyster mushrooms cultivation. Key words: substrate after Agaricus spp. cultivation , substrate after Pleurotus spp. cultivation 235 Weronika Włodarczyk, Daria Kortylewska WSTĘP Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 27 września 2001 roku zarówno podłoża po produkcji pieczarek jak i boczniaków zaliczane są do grupy odpadów z rolnictwa, sadownictwa, upraw hydroponicznych, rybołówstwa, leśnictwa, łowiectwa oraz przetwórstwa żywności jako „inne nie wymienione odpady”, którym nadano kod 02 01 99 [Dz.U.112.1206]. W Polsce rocznie produkuje się około 300 tys. ton owocników pieczarki [Kalembasa i Majchrowska-Safaryan 2009], co generuje ponad 900 tys. ton odpadu organicznego w postaci podłoża [Rutkowska i in. 2009]. Rozwinięta produkcja owocników pieczarki plasuje nasz kraj na pierwszym miejscu w Europie i trzecim w świecie [Kalembasa i Majchrowska-Safaryan 2009]. Produkcja boczniaków w Polsce stopniowo wzrasta, jednak grzyby te nie są jeszcze tak popularne jak pieczarki. Pod względem wielkości pozyskanych plonów boczniaki (Pleurotus spp.) są drugim po pieczarkach (Agaricus spp.) grzybem jadalnym uprawianym na skalę przemysłową [Tomalak 2008]. W skali światowej, w Chinach produkuje się około 86,8% owocników tych grzybów, natomiast w Europie zaledwie 0,7% [Chang 1999]. Zużyte podłoża (po zakończeniu uprawy pieczarek w okresie 6-8 tygodni, a boczniaków po okresie około 12 tygodni), stanowią uboczny produkt uprawy – potencjalnie dobry materiał nawozowy, który może być wykorzystany w uprawie niektórych roślin, pod warunkiem, że nie zawiera szkodliwych ilości metali ciężkich i nie jest obciążony skażeniem sanitarnym [Dz.U.2001.62.628]. Zużyte podłoże popieczarkowe charakteryzuje się dużym zróżnicowaniem pod względem zawartości suchej masy, odczynu oraz zawartości węgla organicznego i składników pokarmowych. Tak duże zróżnicowanie składu chemicznego zużytych podłoży popieczarkowych związane jest z technologią ich produkcji oraz z wielkością uzyskiwanych plonów pieczarki [Szudyga 1998; Rutkowska i in. 2009]. Podłoże po uprawie boczniaków również charakteryzuje się zmiennym składem chemicznym, ze względu na to, że jest to grzyb saprofityczny, który może być hodowany na trocinach, słomie, korze ale również na drewnie zarówno drzew iglastych jak i liściastych. Rodzaj podłoża wpływa na wzrost i aktywność enzymatyczną grzybni oraz plon boczniaka ostrygowatego. Najlepszym podłożem dla wzrostu grzybni są paździerze lniane [Siwulski i in. 2010]. Generalnie skład chemiczny podłoża po uprawie boczniaków jest znacznie uboższy od podłoża popieczarkowego, ze względy na inny proces technologiczny produkcji tych podłoży i różne wymagania obu grzybów. 236 Ocena przydatności skarbonizowanych podłoży… MATERIAŁ I METODY Materiał badawczy stanowiły podłoża po uprawie pieczarek i boczniaków. Podłoża te, po zakończeniu cyklu produkcyjnego poddano procesom karbonizacji 1 i karbonizacji 2, różniącym się czasem ich trwania. Wszystkie działania przeprowadzone zostały przez firmę ATON w opracowanym przez nią urządzeniu ATON-HT, przeznaczonym do unieszkodliwiania odpadów zakwalifikowanych wg rozporządzenia Ministra Środowiska w sprawie katalogu odpadów [Dz.U.112.1206] do grupy innych niż niebezpieczne. Z pobranych próbek materiału świeżego i poddanego procesowi karbonizacji przygotowano próbki średnie. Materiał zmineralizowano na mokro w stężonym kwasie siarkowym (VI) i oznaczono w nim: zawartość azotu metodą Kjeldahla [Lityński i in. 1968], zawartość fosforu metodą kolorymetryczną [Koter, Panak 1960], zawartość potasu metodą fotometrii płomieniowej [PN-R-04024:1997], zawartość węgla organicznego metodą Tiurina [PN-ISO14235], oraz zawartość siarki metodą Buttersa-Chenery’ego [Nowosielski 1968]. Badany materiał poddano również procesowi mineralizacji na sucho w piecu muflowym w temperaturze 450ºC, a następnie rozpuszczono w HNO3 o stężeniu 1 mol · dm-3. W tak przygotowanym roztworze oznaczono metale ciężkie metodą ASA na aparacie Spectra AA 200 firmy Varian. Analizę chemiczną badanych próbek przeprowadzono w dwóch powtórzeniach i opracowano statystycznie przy pomocy programu Statistica 9.0 przy poziomie istotności α=0,05. Badania prowadzono w ramach projektu „Przedsiębiorczy doktorant- inwestycja w innowacyjny rozwój regionu”. WYNIKI I DYSKUSJA Jak wynika z badań Kalembasy i Majchrowskiej-Safaryan [2009] zużyte podłoże popieczarkowe zawiera średnio 278 g C · kg-1, a wartość stosunku C:N wynosi (średnio) 13,6:1, co wskazuje na przewagę mineralizacji organicznych związków azotu nad ich syntezą, w wyniku czego uwalniają się składniki pokarmowe, które są łatwo dostępne dla roślin [Kalembasa i Wiśniewska 2004; Kalembasa i Majchrowska-Safaryan 2006]. Inni autorzy potwierdzają duży potencjał wzbogacenia gleb w materię organiczną po zastosowaniu podłoża pieczarkowego w nawożeniu [Kalembasa i Becher 2011, Szulc i in. 2009, Gapiński 1996, Kalembasa i Wiśniewska 2007]. Badane podłoża charakteryzowały się zróżnicowaniem pod względem zawartości azotu (Tab. 1). Wynika to z technologii ich produkcji. Podłoża do uprawy boczniaków w Polsce najczęściej produkowane są ze słomy żytniej i pszennej, z niewielkim dodatkiem azotu w postaci mocznika lub 237 Weronika Włodarczyk, Daria Kortylewska kurzeńca [Gapiński i in. 2001], natomiast podłoża pieczarkowe to najczęściej mieszanina słomy, pomiotu drobiowego, często z dodatkiem torfu niskiego, mocznika, białka sojowego, włókna kokosowego, dolomitu lub gipsu oraz wapna defekacyjnego lub kredy łąkowej [Kalembasa i Becher 2011]. Proces karbonizacji wpłynął na zmianę zawartości azotu w podłożu popieczarkowym., przy czym prowadzony krócej spowodował niewielki statystycznie nieistotny wzrost koncentracji tego pierwiastka, natomiast przedłużony czas tego procesu istotnie obniżył jego zawartość. Wszystkie warianty charakteryzowały się wysoką zawartością węgla organicznego, zbliżoną do 280 g · kg-1. Najwyższym stosunkiem węgla do azotu charakteryzowało się podłoże po uprawie boczniaków, najniższym zaś podłoże popieczarkowe. Tylko dłuższy proces karbonizacji podłoża po uprawie boczniaków nie zmienił w nim zawartości azotu, natomiast przedłużenie czasu tego procesu wpłynęło na niewielki jego wzrost. Proces karbonizacji podłoża po uprawie pieczarek, zwiększał w nim stosunek C:N, natomiast nie wpływał na zmianę tego stosunku w podłożu po uprawie boczniaków. Rodzaj podłoża N Corg. C:N g · kg s. m. -1 Podłoże popieczarkowe 22,1 248,4 11,2 Podłoże popieczarkowe po karbonizacji 1 25,9 296,8 11,4 Podłoże popieczarkowe po karbonizacji 2 17,1 229,7 14,4 Podłoże po uprawie boczniaków 7,6 284,1 37,4 Podłoże po uprawie boczniaków po karbonizacji 1 7,6 240,5 31,6 Podłoże po uprawie boczniaków po karbonizacji 2 10,7 385,6 36,0 NIR 0,05 4,11 7,4 - Tab. 1. Zawartość węgla i azotu w badanych podłożach Zawartość fosforu w obu badanych podłożach była znacznie niższa od średniej zawartości tego pierwiastka (6,5 g· kg-1), oznaczonej w badaniach Kalembasy i Majchrowskiej-Safaryan [2009]. Jednakże po ich karbonizacji zaobserwowano wzrost zawartości P i był on tym większy, im dłużej trwał ten proces. W badanych podłożach (Tab. 2) zawartość potasu była wyższa od zawartości podawanych w literaturze [Kalembasa i Majchrowska- Safaryan 2009, Rutkowska i in. 2009, Szulc i in. 2009] i wzrastała znacząco w wyniku przeprowadzonej karbonizacji z 30,8 g · kg-1 w podłożu nieprzetworzonym, do 60,0 g · kg-1 w podłożu popieczarkowym po dłuższej karbonizacji. Zarówno zawartość potasu jak i siarki w skarbonizowanych podłożach po uprawie boczniaków były istotnie wyższe od zawartości tych makroskładników w podłożu nieprzetworzonym, jednakże wydłużenie procesu karbonizacji nieznacznie obniżało koncentrację tych pierwiastków w podłożach. 238 Ocena przydatności skarbonizowanych podłoży… P Rodzaj podłoża K g · kg s. m. S -1 Podłoże popieczarkowe 3,7 30,8 19,9 Podłoże popieczarkowe po karbonizacji 1 7,7 49,9 29,6 Podłoże popieczarkowe po karbonizacji 2 13,6 60,0 33,6 Podłoże po uprawie boczniaków <0,5 9,4 1,9 Podłoże po uprawie boczniaków po karbonizacji 1 <0,5 21,2 3,3 Podłoże po uprawie boczniaków po karbonizacji 2 2,9 19,6 3,0 NIR 0,05 1,5 2,5 0,02 Tab. 2. Zawartość fosforu, potasu i siarki w badanych podłożach Zawartość manganu (Tab. 3) w podłożach nieprzetworzonych kształtowała się na podobnym poziomie, jednakże w procesie karbonizacji ilość tego pierwiastka istotnie wzrastała, aż do 434,38 mg· kg-1 w podłożu popieczarkowym, które zostało poddane wydłużonemu procesowi karbonizacji i do ponad 300 mg · kg-1 w skarbonizowanych podłożach po uprawie boczniaków. Średnie zawartości badanych metali ciężkich były zróżnicowane i układały się w następującym szeregu Mn > Pb > Cu > Ni > Cr. Podłoża popieczarkowe przebadane przez Kalembasę i MajchrowskąSafaryan [2009] charakteryzowały się zróżnicowaną zawartością metali ciężkich, jednakże wartości średnie tych pierwiastków były znacznie niższe od danych uzyskanych w badaniach własnych, a ich szereg według malejących wartości średnich był również inny i kształtował się następująco: Zn (115,7)> Cu (14,5)> Ni (4,96)> Pb (3,33)> Cr (3,30). Rodzaj podłoża Mn Cu Ni mg · kg s. m. Pb Cr -1 Podłoże popieczarkowe 170,34 17,85 5,52 9,60 3,18 Podłoże popieczarkowe po karbon. 1 331,13 14,06 6,46 13,46 4,15 Podłoże popieczarkowe po karbon. 2 434,38 17,56 9,68 21,96 4,90 6,65 Podłoże po uprawie boczniaków 179,65 6,42 12,72 1,84 Podłoże po boczniakach po karbon. 1 309,63 10,63 17,07 28,72 4,55 Podłoże po boczniakach po karbon. 2 300,82 11,46 15,25 29,20 4,89 Średnio 287,66 13,04 10,07 19,28 3,92 NIR 0,05 19,10 11,41 1,94 2,51 0,79 Tab. 3. Zawartość metali ciężkich w badanych podłożach 239 Weronika Włodarczyk, Daria Kortylewska W badaniach własnych wykazano, iż proces karbonizacji istotnie zwiększał zawartość metali ciężkich w obu podłożach, jednak oznaczone zawartości mieściły się w granicach ustalonych w normach dopuszczających je do wykorzystania rolniczego [Dz.U.137.924]. Podobnie w badaniach innych autorów zawartość metali ciężkich w podłożach popieczarkowych nie dyskwalifikowała ich jako substancji poprawiających właściwości gleb [Szulc i in. 2009, Rutkowska i in. 2009, Kalembasa i Majchrowska-Safaryan 2009]. WNIOSKI • Wszystkie analizowane materiały charakteryzowały się zmiennością składu chemicznego. Najwięcej azotu zawierało podłoże popieczarkowe, najmniej zaś podłoże po uprawie boczniaków. • Stosunek C:N w nieprzetworzonych podłożach po uprawie obu gatunków grzybów był zróżnicowany, jednak znacznie korzystniejszy w podłożu po uprawie pieczarek. Proces karbonizacji niezależnie od czasu jego trwania nie wpłynął w sposób znaczący na jego zmianę. • Karbonizacja podłoży przyczyniła się do wzrostu zawartości w nich zawartości potasu, siarki i fosforu. Proces ten zwiększał również zawartość metali ciężkich, jednak oznaczone zawartości nie dyskwalifikowały badanych materiałów jako substancji poprawiających właściwości gleb. LITERATURA Chang S. T. 1999. World production of cultivated edible and medicine mushrooms in 1997 with emphasis on Lentinus edodes (Berk.) Sing in China International Journal of Medicinal Mushrooms, 1:261-300. Dz.U.62.628 Ustawa z dnia 27 kwietnia 2001 r. o odpadach. Dz.U.112.1206. Rozporządzenie 2001. Rozporządzenie Ministra Środowiska z 27 września 2001 r. w sprawie katalogu odpadów. Dz.U.137.924 Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 13 lipca 2010 r. w sprawie komunalnych osadów ściekowych. Dz.U.147.1033 Ustawa z dnia 10 lipca 2007 r. o nawozach i nawożeniu. Gapiński M. 1996 Kompost popieczarkowy. Biuletyn Producenta Pieczarek: Pieczarki, 3/1996. Gapiński M. Zimbora M. Woźniak W. 2001. Boczniak. Technologia uprawy i przetwarzania. PWRiL ss. 274: 27-29. 240 Ocena przydatności skarbonizowanych podłoży… Kalembasa D. Becher M. 2011. Azot i węgiel wydzielone hydrolizą kwasową z podłoża popieczarkowego. Inżynieria Ekologiczna 27: 26-324 Kalembasa D. Majchrowska- Safaryan A. 2006. Wpływ uprawy pieczarki na skład chemiczny podłoża. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 512: 247-254. Kalembasa D. Majchrowska- Safaryan A. 2009. Zasobność zużytego podłoża z pieczarkarni. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 535: 195-200. Kalembasa D. Majchrowska- Safaryan A. 2009. Frakcje metali ciężkich w zużytych podłożach z pieczarkarni. Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych, 41: 572- 577. Kalembasa D. Wiśniewska B. 2004. Wykorzystanie podłoża popieczarkowego do rekultywacji gleb. Roczniki Gleboznawcze, 55: 209-217. Kalembasa D. Wiśniewska B. 2007. Wpływ nawożenia podłożem popieczarkowym na zawartość wybranych makroskładników w życicy wielokwiatowej. Inżynieria Ekologiczna, 18: 78-80. Koter M. Panak K. 1960. Chemia Analityczna, 5. Lityński T. Jurkowska M. 1982. Żyzność gleb i odżywianie się roślin. PWN Warszawa. PWRiL Warszawa. Nowosielski O. 1968. Metody oznaczania potrzeb nawożenia. PWRiL Warszawa ss.668. Rutkowska B. Szulc W. Stepiń W. Jobda J. 2009. Możliwość rolniczego wykorzystania zużytych podłoży po produkcji pieczarek. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 535: 349- 356. Siwulski M. Drzewiecka K. Sobieralski K. Yin Ch. 2010. Porównanie wzrostu i aktywności enzymatycznej grzybni oraz plonowania boczniaka ostrygowatego (Pleurotus ostreatus (Fr.) Kumm.) na różnych podłożach. Materiały konferencyjne: Proekologiczna uprawa warzyw- problemy i perspektywy. Siedlce 153-154. Szudyga K. 1998. Stare i nowe metody sporządzania podłoży do uprawy pieczarki. Hasło Ogrodnicze, 9: 96-97. Szulc W. Rutkowska B. Łabędowicz J. 2009. Wartość nawozowa odpadów organicznych. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 535: 415- 421. Tomalak M. 2008. Problemy ochrony upraw boczniaka (Pleurotus spp.) przed szkodnikami. Progress in Plant Protection, 48: 978-987. 241 Weronika Włodarczyk, Daria Kortylewska Adres do korespondencji: Weronika Włodarczyk Katedra Żywienia Roślin Daria Kortylewska Katedra Ogrodnictwa Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu e-mail: [email protected], [email protected] Opiekun naukowy: prof. dr hab. Zofia Spiak 242 Aneta Wójtowicz EPISTEME 15/2012 s.243-250 ISSN 1895-4421 WPŁYW STOSOWANIA STYMULATORA ROŚLIN TERRA-SORB NA PLONOWANIE RZEPAKU OZIMEGO THE EFFECT OF BIOSTIMULATOR TERRA-SORB ON WINTER RAPE YIELD Abstrakt. W latach 2010/2011 na terenie Stacji Doświadczalno-Produkcyjnej Katedry Szczegółowej Uprawy Roślin należącej do Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu przeprowadzono jednoczynnikowe doświadczenie polowe w układzie losowanych bloków, w czterech powtórzeniach. Celem przeprowadzonych badań była ocena wpływu stymulatora Terra-Sorb na plon odmiany populacyjnej rzepaku ozimego Vision. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że cechy morfologiczne roślin, a także plon nasion odmiany populacyjnej Vision były istotnie zależne od zastosowanych kombinacji stymulatora. Na plon nasion (3,61 t∙ha-1), jak również na wydajność tłuszczu surowego (1,39 t∙ha-1), najkorzystniej wpłynęło połączenie stymulatora Terra-Sorb stosowanego na wiosnę w dawce 2,0 l∙ha-1 łącznie z zabiegiem przeciwko chowaczom łodygowym. Słowa kluczowe: rzepak ozimy, stymulator roślin, Terra-Sorb, plon Summary. The one-field experiment was conducted in 2010/2011 at the Experimental Station in Pawlowice near Wroclaw that belongs to Department of Crop Production. The experiment was conducted using randomized complete block design method in four replications. It aimed to determine the evaluations of the influence of plant stimulator Terra-Sorb on the yield of population variety winter rape Vision. The research shown that morphological traits and the yield of seeds was dependent on applied combination of plant stimulator. The connection of plant stimulator TerraSorb and the measure against cabbage curculio influenced positivity on the yield of seeds (3.61 t∙ha-1) and the productivity of raw fat (1.39 t∙ha-1). Key words: winter rape, plant stimulator, Terra-Sorb, yield 243 Aneta Wójtowicz WSTĘP Rzepak – Brassica napus L. ssp. oleifera Metzg. należy do rodziny Brassicaceae (kapustowate) dawniej Cruciferae (krzyżowe), plemienia Brassiceae (kapustne), rodzaju Brassica (kapusta). W skład rodzaju Brassica wchodzi około 100 gatunków roślin: oleistych, warzywnych, przyprawowych, ozdobnych, chwastów [Bartkowiak-Broda 2005]. Rzepak ozimy jest jedną z najważniejszych roślin oleistych uprawianych w Polsce [Rosiak 2005]. Nasiona tej rośliny zawierają od 44 do 50% tłuszczu. Dzięki wysokiej zawartości tłuszczu uprawiany jest w celu pozyskania oleju surowego wykorzystywanego na cele spożywcze (oleje jadalne) lub techniczne (biopaliwo, smary rozkładalne biologicznie, farby olejne, lakiery, ekologiczne rozpuszczalniki i plastyfikatory, środki powierzchniowo czynnesurfaktanty, ekologiczne wykładziny podłogowe, surowiec do syntezy chemicznej-oleochemikalia, specyficzne produkty do otrzymywania których potrzebny jest olej wysokoerukowy) [Rybacki 2005]. Rzepak to roślina o wysokich wymaganiach wodnych, termicznych, siedliskowych i glebowych [Wałkowski 2006]. Jeśli jeden z tych czynników jest nieadekwatny może to spowodować w czasie rozwoju narażenie na stresy prowadzące w konsekwencji do zmniejszenia plonu, a tym samym do obniżenia jakości nasion pod względem zawartości tłuszczu oraz pozostałych składników [Muśnicki 2005]. Producenci wielu firm opracowują technologie stymulatorów roślin, które mają przeciwdziałać wszelkim stresom roślinnym [Budzyński 2010]. Jednym z takich środków jest Terra-Sorb foliar zawierający w swoim składzie: 9,3% wolnych aminokwasów w formie biologicznie aktywnej L-α, 2,1% azotu oraz niewielkie ilości boru, manganu i cynku. Jego zadaniem jest uzupełnienie niezbędnych aminokwasów i zwiększenie zawartości chlorofilu w roślinach. Ponadto zastosowanie Terra-Sorb może wspomagać aktywność fotosyntetyczną i optymalne wykorzystanie nawozów, zapobiegając starzeniu się tkanek roślinnych, poprawiając przezimowanie i wytrzymałość roślin na stres. Badania miały na celu wyjaśnienie, czy preparat Terra-Sorbjest przydatny w uprawie rzepaku ozimego, z uwzględnieniem terminu aplikacji, jak również sposobu oraz dawki najbardziej odpowiedniej, dla uzyskania wysokiego plonu o bardzo dobrej jakości. Doświadczeniem objęto populacyjną odmianę rzepaku ozimego Vision. W hipotezie roboczej założono, że zróżnicowane kombinacje sposobu, terminu i dawek stymulatora Terra-Sorb, wpłyną istotnie na cechy morfologiczne roślin przed zbiorem oraz na poziom i jakość uzyskanego plonu nasion. 244 Wpływ stosowania stymulatora roślin… MATERIAŁ I METODY W latach 2010/2011 na polach doświadczalno-produkcyjnych Katedry Szczegółowej Uprawy Roślin Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu przeprowadzono jednoczynnikowe doświadczenie polowe w układzie losowanych bloków, w czterech powtórzeniach, dotyczące wpływu terminu stosowania stymulatora roślin Terra-Sorb na rozwój i plonowanie rzepaku ozimego. Czynnik doświadczenia – aplikacja stymulatora Terra-Sorb obejmowała 5 poziomów. Kontrolę stanowiły poletka bez stosowania stymulatora (K). Drugi poziom uwzględniał zastosowanie w fazie 4-6 liści 1,5 l·ha-1 łącznie z 0,75 l·ha-1 fungicydem Domnic 250 EW (K1). W kombinacji trzeciej (K2) zaaplikowano Terra-Sorb w fazie 4-6 liści w dawce 2,0 l·ha-1 dodatkowo z 0,5 l·ha-1 fungicydu Domnic 250 EW). W czwartym wariancie (K3) zastosowano Terra-Sorb na początku ruszenia wegetacji (2,0 l·ha-1 + fungicyd Toprex 375 SC). Kombinacja ostatnia (K4) polegała na podaniu na początku kwitnienia 2,0 l·ha-1 Terra-Sorb z insektycydem Mospilan 20 SP oraz insektycydem Amno Super 100 EW. Nasiona w liczbie 50 szt·m-2 wysiano na poletkach o długości 10 m, szerokości 1,5 m. Powierzchnia do zbioru 1 poletka, bez obsiewów, wynosiła 15,0 m2. Nawożenie przeprowadzono w dwóch terminach: przedsiewnie: 60 kg·ha-1 P2O5 w superfosfacie potrójnym (40%), 120 kg·ha-1 K2O w soli potasowej (60%), 20 kg·ha-1 N w moczniku (46%), 54 kg·ha-1 S w postaci Wigoru S (90%) oraz na wiosnę: 100 kg·ha-1 N w saletrze amonowej (w czasie ruszenia wegetacji) i 70 kg·ha-1 N w moczniku (w fazie początku pąkowania). Zakres badań obejmował przeprowadzenie doświadczenia polowego i laboratoryjną analizę składu nasion rzepaku ozimego. W trakcie wegetacji na tle wariantu kontrolnego oceniano oddziaływanie Terra-Sorb stosowanego łącznie z fungicydem lub z insektycydami na cechy morfologiczne roślin, struktury plonu oraz poziom plonowania rzepaku ozimego populacyjnej odmiany Vision. Przed zahamowaniem wegetacji na 10 roślinach rzepaku ozimego z każdego poletka określono liczbę liści na roślinie, średnicę szyjki korzeniowej oraz wysokość wyniesienia stożka wzrostu. Zważono świeżą i suchą masę (wykonaną metodą suszarkowo-wagową, w temperaturze 950C, w ciągu 5 godzin) całych roślin i na tej podstawie obliczono % suchej masy. Bezpośrednio przed zbiorem na 10 roślinach rzepaku ozimego z każdego poletka oznaczono wysokość roślin, wysokość do I. plonującego rozgałęzienia, liczbę rozgałęzień I. rzędu oraz liczbę łuszczyn na jednej roślinie. Ponadto z każdego poletka pobrano 20 łuszczyn pochodzących z pędu głównego roślin w celu określenia liczby i masy nasion z jednej łuszczyny. Po zbiorze oszacowano plon, wilgotność oraz masę 1000 nasion. W laboratorium Katedry 245 Aneta Wójtowicz Szczegółowej Uprawy Roślin UP we Wrocławiu wykonano analizy zawartości tłuszczu surowego (ekstrakt eterowy), metodą odtłuszczonej reszty w aparacie Soxhleta, w zebranych nasionach rzepaku ozimego. WYNIKI W sezonie wegetacyjnym 2010/2011, podczas jesiennego rozwoju roślin rzepaku, nie stwierdzono istotnego wpływu aplikacji stymulatora TerraSorb na liczbę liści utrzymujących się na roślinie, wysokość wyniesienia stożka wzrostu, średnicę szyjki korzeniowej (Tab. 1) oraz na świeżą i suchą masę 1 rośliny (Tab. 2). Najwyższym procentem suchej masy roślin rzepaku charakteryzowały się roślin pochodzące z obiektów kontrolnych oraz z trzeciej kombinacji aplikacji stymulatora (Tab. 2). Kombinacja Liczba liści utrzymujących się na roślinie Wysokość wyniesienia stożka wzrostu [mm] Średnica szyjki korzeniowej [mm] K 6,1 18,8 6,3 K1 6,5 17,8 6,4 K2 6,4 18,2 6,2 K3 6,4 18,9 6,3 K4 6,3 18,5 6,2 NIR – LSD α=0,05 r.n. r.n. r.n. Tab. 1. Cechy morfologiczne roślin rzepaku ozimego odmiany Vision przed zahamowaniem wegetacji. r.n.-różnica nieistotna Kombinacja Świeża masa 1 rośliny [g] Sucha masa 1 rośliny [g] Sucha masa [%] K 6,4 1,2 18,1 K1 6,6 1,1 17,1 K2 6,4 1,1 17,7 K3 6,3 1,1 17,4 K4 6,4 1,1 17,3 NIR – LSD α=0,05 r.n. r.n. 0,6 Tab. 2. Zawartość świeżej i suchej masy roślin rzepaku ozimego odmiany Vision przed zahamowaniem wegetacji. r.n.-różnica nieistotna 246 Wpływ stosowania stymulatora roślin… Analiza morfologiczna roślin przed zbiorem wykazała, że wysokość do I. rozgałęzienia rzepaku była istotnie wyższa, w stosunku do kontroli, po aplikacji 2,0 l·ha-1 Terra-Sorb łącznie z fungicydem Domnic 250 EW w dawce 0,5 l·ha-1 (kombinacja 3) (Tab. 3). Nie stwierdzono natomiast statystycznie istotnego zróżnicowania pomiędzy zastosowanymi kombinacjami w odniesieniu do wysokości roślin oraz liczby rozgałęzień I. rzędu. Preparat Terra-Sorb stosowany we wszystkich kombinacjach, w porównaniu do obiektu kontrolnego, przyczynił się do istotnego zwiększenia przeciętnie o 11,52% liczby łuszczyn na 1 roślinie oraz o 5,82% liczby nasion w 1 łuszczynie (Tab. 4). Masa nasion w 1 łuszczynie była istotnie najniższa z roślin pochodzących z obiektu kontrolnego oraz po zastosowaniu preparatu Terra-Sorb w dawce 2,0 l·ha-1 w fazie 4-6 liści łącznie z fungicydem Domnic 250 EW aplikowanym w dawce 0,5 l·ha-1 (kombinacja 3). Na masę nasion w 1 łuszczynie korzystnie wpłynęło zastosowanie stymulatora w pozostałych kombinacjach doświadczalnych (zwiększenie o 5,57%, 5,2%, 6,29%). Ponadto na obiektach kontrolnych stwierdzono istotnie najniższa masę 1000 nasion rzepaku, która była niższa średnio o 3,5% w odniesieniu do pozostałych kombinacji. Kombinacja Wysokość roślin [cm] Wysokość do I. rozgałęzienia [cm] Liczba rozgałęzień I. rzędu K 93,8 24,0 4,5 K1 96,5 29,1 4,6 K2 99,0 30,7 4,8 K3 98,3 26,5 4,6 K4 97,5 26,5 5,1 NIR – LSD α=0,05 r.n. 3,3 r.n. Tab. 3. Cechy morfologiczne roślin rzepaku ozimego odmiany Vision przed zbiorem. r.n. - różnica nieistotna Kombinacja Liczba łuszczyn na roślinie Liczba nasion w łuszczynie Masa nasion w łuszczynie [mg] Masa 1000 nasion [g] K 115 18,9 138,3 6,70 K1 128 20,1 145,5 6,89 K2 127 19,8 137,8 6,85 K3 129 19,9 145,0 7,04 K4 129 20,2 146,5 6,96 NIR – LSD α=0,05 8 0,8 4,9 0,10 Tab. 4. Elementy struktury plonu rzepaku ozimego odmiany Vision 247 Aneta Wójtowicz Zastosowanie stymulatora Terra-Sorb w kombinacjach badawczych K1, K3 i K4 przyczyniło się do istotnego wzrostu plonu nasion rzepaku ozimego w porównaniu do kontroli oraz kombinacji 3 (Tab. 5). Zawartość tłuszczu surowego w nasionach zawierała się w zakresie od 42,3% (kontrola) do 42,9% (kombinacja 4). Wydajność tłuszczu surowego z 1 ha podobnie jak plon nasion osiągnęła największe wartości po zastosowaniu 2,4 oraz 5 kombinacji. Kombinacja Plon nasion [t∙ha-1] Zawartość tłuszczu surowego [%] Wydajność tłuszczu surowego [t∙ha-1] K 3,41 42,3 1,30 K1 3,53 42,6 1,35 K2 3,42 42,7 1,32 K3 3,61 42,9 1,39 K4 3,58 42,8 1,38 NIR – LSD α=0,05 0,07 - 0,03 Tab. 5. Średni plon nasion, zawartość oraz wydajność tłuszczu surowego rzepaku ozimego odmiany Vision DYSKUSJA I WNIOSKI Stymulatory roślin, zwane potocznie biostymulantami lub środkami antystresowymi, to produkty zawierające w swoim składzie różnorodne związki pochodzenia naturalnego. Podstawę tych związków stanowi istotna grupa biocząsteczek, czyli aminokwasy i peptydy [Cambri 2008] jak również hormony, enzymy, mikroelementy i inne związki. Stymulatory stosowane są w celu regulacji procesów życiowych, na poziomie komórki, organu i całego organizmu. Ponadto determinują wzrost i rozwój rośliny oraz oddziałują bezpośrednio lub pośrednio na procesy zachodzące w samej roślinie m.in. procesy fotosyntezy, pobierania i transportu wody oraz składników pokarmowych. Z danych literaturowych, wynika że są stosowane nie tylko jako zabieg technologiczny, ale także interwencyjny [Jankowski i Dubis 2008]. Instytut Ochrony Roślin w Poznaniu po przeprowadzeniu kilkuletnich badań polowych odnotował korzystne działanie stymulatora Terra-Sorb na różne gatunki roślin. Uzyskane wyniki potwierdziły skuteczność zastosowania stymulatora w rzepaku na zwiększenie masy 1000 nasion, liczby nasion w łuszczynach i zawartość tłuszczu w nasionach [Konieczny 2011]. Na podstawie uzyskanych wyników w tej pracy można przedstawić następujące wnioski: 248 Wpływ stosowania stymulatora roślin… • Nie stwierdzono istotnego wpływu stosowania stymulatora Terra-Sorb na oceniane jesienią cechy morfologiczne roślin rzepaku ozimego odmiany Vision. • Stymulator Terra-Sorb stosowany w kombinacjach badawczych 2-5, w porównaniu do obiektu kontrolnego, przyczynił się do istotnego zwiększenia liczby łuszczyn na 1 roślinie oraz liczby nasion w 1 łuszczynie (odpowiednio o 11,30%, 10,43%, 12,17% i 6,35%, 4,76%, 5,29%, 6,88%). • Najwyższe plony nasion uzyskano stosując stymulator Terra-Sorb w dawce 1,5 l·ha-1 jesienią w fazie 4-6 liści (kombinacja 2) oraz wiosną na początku ruszenia wegetacji roślin (kombinacja 4) i w fazie początku kwitnienia (kombinacja 5). LITERATURA Bartkowiak-Broda I. 2005. Biologia rozwoju. [w:] Technologia produkcji rzepaku. Red. Muśnicki Cz., Batkowiak-Broda I., Mrówczyński M. Wydawnictwo Wieś Jutra. Warszawa, 40-42 Budzyński W. 2010. Regulatory wzrostu, rozwoju i plonowania. [w:] Technologia produkcji surowca. t.III. Red. Budzyński W., Kotecki A., Tys J., Adamiak E., Mrówczyński M., Korbas M., Truszkowski W., Heimann S., Broniarz J. Wydawnictwo PSPO. Warszawa, 20-21 Cambri D. 2005. Aminokwasy:naukowa podstawa biostymulatora. [w:] Mat. Konf. Biostymulatory w nowoczesnej uprawie roślin. Warszawa, 14 Jankowski K., Dubis B. 2005. Biostymulatory w polowej produkcji roślinnej. [w:] Mat. Konf. Biostymulatory w nowoczesnej uprawie roślin. Warszawa, 24 Konieczny W. 2011. Pobudzanie aminokwasami. Farmer (17), http://www.farmer.pl Muśnicki Cz. 2005. Stresy środowiskowe. [w:] Technologia produkcji rzepaku. Red. Muśnicki Cz., Batkowiak-Broda I., Mrówczyński M. Wydawnictwo Wieś Jutra. Warszawa, 45-47 Rosiak E. 2005. Produkcja rzepaku w Polsce i na świecie. [w:] Technologia produkcji rzepaku. Red. Muśnicki Cz., Batkowiak-Broda I., Mrówczyński M. Wydawnictwo Wieś Jutra. Warszawa, 7-17 Rybacki R. 2005. Rzepak jako surowiec dla przemysłu olejarskiego. [w:] Technologia produkcji rzepaku. Red. Muśnicki Cz., Batkowiak-Broda I., Mrówczyński M. Wydawnictwo Wieś Jutra. Warszawa, 18-21 Wałkowski T. 2006. Rzepak ozimy-proekologiczna technologia uprawy. Wydawnictwo IHAR. Poznań, 7-11 249 Aneta Wójtowicz Adres do korespondencji: Aneta Wójtowicz Katedra Szczegółowej Uprawy Roślin Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu e-mail: [email protected] Opiekun naukowy: dr hab. Władysław Malarz 250 II. EKONOMIA Michał Borowy EPISTEME 15/2012 s.253-258 ISSN 1895-4421 PARKI NAUKI JAKO ELEMENT OTOCZENIA BIZNESOWEGO INNOWACYJNEJ PRZEDSIĘBIORCZOŚCI AKADEMICKIEJ – PRZYKŁAD PARKU IDEON W SZWECJI THE SCIENCE PARKS AS ELEMENT OF BUSINESS ENVIRONMENT OF ACADEMIC INNOVATIVE ENTREPRENEURSHIP – CASE OF IDEON SCIENCE PARK IN SWEDEN Abstrakt. Parki nauki ułatwiają funkcjonującym w nich firmom inicjowanie wzajemnych interakcji, które w połączeniu z solidnym wsparciem otoczenia okołobiznesowego może wywołać swoisty efekt synergii. Efekt ten potęgowany dodatkowo specyficzną atmosferą przedsiębiorczości jest zachętą dla młodych osób pragnących rozpocząć własną działalność gospodarczą. Oprócz zachęt wynikających z zaplecza konsultingowego, socjalnego, czy specjalnych stref ekonomicznych, parki powinny również dysponować zapleczem kapitałowym dla powstających w nich nowych inicjatyw przedsiębiorczych. Największe znaczenie ma tu kapitał najwyższego ryzyka związany z rozpoczynaniem działalności innowacyjnej przedsiębiorstw. W celu lepszego zobrazowania zjawiska autor prezentuje przykład parku Ideon, który wraz z Uniwersytetem Lund stanowi jeden z największych i najstarszych ośrodków transferu technologii w Unii Europejskiej. Słowa kluczowe: innowacje, innowacyjna przedsiębiorczość akademicka, park technologiczny, park nauki, transfer wiedzy i innowacji Summary. The Science Parks makes easer the start of mutual interaction between companies, and also thanks to existing institutions supporting business, they cause additional effect of synergy. This effect strengthened by specific atmosphere of entrepreneurship, encourage young people to build up their own business. In properly working Science Park, besides the consulting and social facilities, or special economic areas should also operate the fund for new business ideas. In this case the most important are venture capital dedicated to projects or companies existing on very early stage of development. As an example to describe the phenomenon of Science Park, an author presents the case of Ideon Science Park, which together with the Lund University is one of the main and the oldest centres of technology transfer in European Union. Key words: innovation, academic innovative entrepreneurship, technology park, science park, transfer of knowledge and innovations 253 Michał Borowy WSTĘP Według definicji Międzynarodowego Stowarzyszenie Parków Naukowych (IASP), mianem parku nauki określa się organizację zarządzaną przez wykwalifikowanych profesjonalistów, których celem jest doprowadzenie do wzrostu dobrobytu społecznego na określonym obszarze poprzez promowanie kultury innowacji i konkurencyjności wśród przedsiębiorstw i instytucji opartych na wiedzy. Park nauki stymuluje, oraz kieruje przepływem wiedzy i technologii pomiędzy uczelniami, instytucjami badawczo-rozwojowymi, przedsiębiorstwami i rynkami. Ułatwia tworzenie i rozwój przedsiębiorstw działających w oparciu o innowacje poprzez inkubację firm typu spin-off, udostępnianie wysokiej jakości infrastruktury, oraz usług, które wpływają na ich wartość dodaną [IASP 2002]. Obecnie na świecie funkcjonuje około 3000 tego rodzaju parków. Działają pod różnymi nazwami. W literaturze można spotkać takie określenia jak: technopark, technopol, lub parki: technologiczny, badawczy, naukowobadawczy, naukowo-technologiczny, przemysłowo-technologiczny, itp. [Kowalak 2010; Matusiak 2011]. I choć każdy z rodzajów parków posiada własne specyficzne cechy to zadaniem wszystkich jest pobudzanie innowacyjnej przedsiębiorczości. Znakomitym przykładem funkcjonowania takiej instytucji jest szwedzki Park Nauki – Ideon. MATERIAŁ I METODY Materiał empiryczny zabrano podczas wizyty studyjnej w Parku Nauki Ideon w Szwecji. Na tej podstawie opracowano studium przypadku (case study). Omawiany park został wybrany jako przykład ze względu na dawną tradycję funkcjonowania, oraz ogromny sukces w realizacji celu, który przyświecał jego założycielom. Ideon został stworzony jako jeden z pierwszych dwudziestu tego typu parków na świecie. Obecnie, wraz z sąsiadującym Uniwersytetem Lund stanowi jedno z największych centrów transferu technologii w Unii Europejskiej, które z dużym powodzeniem realizuje swoje zadania w skali światowej. Materiał teoretyczny został zebrany metodą tradycyjną desk research i bazuje na zastanych źródłach krajowych i zagranicznych, takich jak: publikacje, słowniki, ustawy, materiały szkoleniowe. WYNIKI. STUDIUM PRZYPADKU PARKU IDEON W SZWECJI Przyczyna powstania Parku Nauki w Lund. Ideon powstał w 1983 roku, jako jeden z 20 tego rodzaju parków na świecie. Pomysł na jego stworzenie zrodził się z nagłej potrzeby ograniczenia bezrobocia w regionie Skania. Przyczyną masowych zwolnień z pracy były radykalne zmiany strukturalne 254 Parki nauki jako element otoczenia biznesowego innowacyjnej przedsiębiorczości akademickiej… szwedzkiego przemysłu stoczniowego i tekstylnego. W wyniku przemian pracę straciło wówczas około 10 tys. osób. Pomysłodawcy Ideonu postanowili skorzystać z przykładów Stanów Zjednoczonych, oraz Wielkiej Brytanii i uzdrowić sytuację na lokalnym rynku pracy poprzez stworzenie przedsiębiorstw bazujących na wiedzy. Źródłem wiedzy miał być Uniwersytet Lund, funkcjonujący w regionie od XVII w. Projekt szybko zyskał aprobatę władz lokalnych i stał się wspólną inicjatywą sektora publicznego i prywatnego. Jednym z pierwszych fundatorów Parku Nauki w Lund był założyciel firmy IKEA - Ingvar Kamprad, który zainwestował wówczas kwotę 100 mld koron szwedzkich, czyli równowartość dzisiejszych 0,5 bln SEK. Rozwój. W 1983 roku Ideon przyjął pięć pierwszych firm. W latach 198387 wybudowano tu laboratoria i biura o łącznej powierzchni 50 000 m2. W rezultacie w 1988 roku zarejestrowanych było już 100 firm. Taki stan rzeczy utrzymywał się do 1996 roku, który był rokiem przełomowym ze względu na obawy wynikające z przeniesienia produkcji firmy Ericsson wraz z 750 pracownikami do innej lokalizacji. Okazało się jednak, że po przebudowaniu jego dawnej siedziby i dopasowaniu do potrzeb małych firm, liczba przedsiębiorstw parku wzrosła do 160, w przeciągu 3 lat. W okresie 28 lat funkcjonowania Parku działało w nim 900 przedsiębiorstw, spośród których zaledwie 30 zostało zamkniętych. Pierwsze firmy z Ideonu sprzedawały swoje produkty jedynie w regionie Skania, ewentualnie wywoziły je do Kopenhagi. W miarę stopniowego rozwoju zwiększano sprzedaż i handel z innymi krajami. Obecnie przedsiębiorstwa z Lund są liderami w Szwecji, która posiada 1% udziału w rynku światowym. Stan obecny. Obecnie w Parku Ideon funkcjonuje 270 przedsiębiorstw, realizujących swoją działalność w laboratoriach i biurach o łącznej powierzchni 110 000 m2, oraz zatrudniających ok. 3 000 osób. W parku zlokalizowane są firmy reprezentujące następujące branże: • technologie informacyjne i komunikacyjne - 40 % • medyczna, farmaceutyczna, biotechnologiczna, funkcjonalna żywność- 30 % • technologia proekologiczna - 5 % • różne obszary nowych technologii - 10 % • doradztwo, inne usługi - 15 % Ideon oferuje szeroką gamę usług doradczych zarówno dla początkujących przedsiębiorców jak i dla firm bardziej rozwiniętych. Pomysłodawcy mogą 255 Michał Borowy liczyć na wsparcie z zakresu zarządzania przedsiębiorstwem, marketingu, relacji z otoczeniem biznesowym i mediami, finansowania działalności gospodarczej, ochrony patentowej, prawa, czy rachunkowości. Działalność gospodarczą w Ideonie mają prawo założyć zarówno obywatele Szwecji jak i innych krajów. Przedsiębiorca aby zarejestrować się w Ideonie przygotowuje aplikację, z opisem swojej działalności, która musi spełniać co najmniej trzy spośród czterech następujących warunków: • jest związana z jednym z wydziałów Uniwersytetu w Lund; • koncentruje się na wysokich technologiach; • jest prowadzona w obszarze badawczo-rozwojowym (B+R); • jest nastawiona na rozwój. Założenie działalności gospodarczej trwa w Szwecji zaledwie kilkanaście minut. Firmy wyinkubowane w środowisku Parku Ideon wyróżniają się „wysoką przeżywalnością” i chodź okres od pomysłu do jego komercjalizacji i rzeczywistego funkcjonowania przedsiębiorstwa trwa około ośmiu lat, to przetrwało go ponad 70% firm. Obecnie większość pomysłów na biznes pochodzi z poza Uniwersytetu Lund (ok. 80%). Pomysły z samego Uniwersytetu należą zwykle do szwedzkich pracowników naukowych lub studentów. Zaledwie 1% z nich generują studenci zagraniczni. W 2010 roku wielkość zatrudnienia w firmach Ideonu kumulatywnie od 1983 roku, przekroczyła 10 tys. osób. Zatem z perspektywy historii, założyciele parku osiągnęli w tym roku symboliczny sukces ponieważ skompensowali bezrobocie z 1983 roku, które stanowiło faktyczną przyczyną powstania Ideonu. Perspektywy. Ideon jest ośrodkiem, który nieustannie się rozwija i rozbudowuje. Przykład może stanowić Ikano Fastigheter – nowy dziewiętnastopiętrowy biurowiec, o powierzchni 13 000 m2 – jest symbolem kreatywnego myślenia i wzrostu. Został zaprojektowany przede wszystkim w celu stworzenia dodatkowej przestrzeni dla kolejnych innowacyjnych projektów i nowych przedsiębiorstw technologicznych. Znajdzie się w nim jednak również miejsce dla pomieszczeń konferencyjnych, restauracji, kawiarni, banku, sklepów, oraz „sky baru” - ekskluzywnej obrotowej restauracji z widokiem na całe miasto. Lund to miejsce wielu spotkań oraz dużych inwestycji międzynarodowych. Największym do tej pory planowanym wielonarodowościowym przedsięwzięciem w Lund jest European Spallation Source. Jego celem jest stworzenie ośrodka, który będzie najsilniejszym źródłem termicznych 256 Parki nauki jako element otoczenia biznesowego innowacyjnej przedsiębiorczości akademickiej… neutronów na świecie, pozwalającym na analizę struktury, dynamiki i funkcji materiałów nieorganicznych i organicznych, oraz struktur biologicznych. Badania tego rodzaju mają duże znaczenie z punktu widzenia fizyki, chemii, biologii, medycyny, oraz nauk o materiałach. Dodatkowym atutem ośrodka byłoby wykonywanie badań w czasie rzeczywistym, w skali nano, co oznacza niespotykane dotychczas możliwości studiów materiałowych i obiektów biologicznych (Opinia KPNiNTRN 2010). Koszt projektu wynosi 1 300 mln €, zaś roczny koszt eksploatacji to 110 mln €. Początek budowy zaplanowano w 2013 roku, a zakończenie w 2019 roku. W projekcie ma uczestniczyć 17 państw w tym Polska (1,5% inwestycji), największym udziałowcem będzie Szwecja - 50%. WNIOSKI Idee parków nauki sprawdziły się na całym świecie. Nie wszędzie jednak są realizowane z takim sukcesem jak w Lund. Park Ideon jest przykładem ośrodka godnego naśladowania, który osiągnął wielki sukces. Jego menadżerowie doskonale wiedzą, że niezbędnym czynnikiem dalszego rozwoju są nowe innowacyjne przedsięwzięcia bazujące na wiedzy. Dlatego tak wiele uwagi poświęca się procesowi inkubacji nowych pomysłów, oraz szkoleniom młodzieży z zakresu innowacyjnej przedsiębiorczości. Warto zaznaczyć, że finansowanie otrzymują tylko te inicjatywy, które są użyteczne i rokują faktyczne wdrożenie na rynek. LITERATURA About Science and Technology Parks – Definitions, 2002, IASP International Board Kowalak B. 2010. Benchmarking parków technologicznych w Polsce- Raport 2010. PARP, 80: 5-8 Matusiak K. B. 2011. Innowacje i transfer technologii - Słownik pojęć, 348: 186-190 Strategiczne obszary rozwoju parków technologicznych. 2011, PARP Ustawa z dnia 29 sierpnia 2003, o zmianie ustawy o finansowym wspieraniu inwestycji oraz ustawy o warunkach dopuszczalności i nadzorowaniu pomocy publicznej dla przedsiębiorców Źródła internetowe: http://ess-scandinavia.eu, www.ideon.se/en, www.iasp.ws 257 Michał Borowy Adres do korespondencji: Michał Borowy Katedra Polityki Europejskiej, Finansów Publicznych i Marketingu Wydział Nauk Ekonomicznych Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, e-mail: e-mail: [email protected] Opiekun naukowy: prof. dr hab. Janina Sawicka 258 Marcin Kobuszewski Michał Cupiał EPISTEME 15/2012 s.259-266 ISSN 1895-4421 ANALIZA PRZYCHODÓW I ROZCHODÓW GOSPODARSTWA RODZINNEGO ANALYSIS OF INCOME AND EXPENSES THE FAMILY FARM Abstrakt. Dokonano analizy źródeł dochodu i kosztów gospodarstwa domowego i rolnego. Dochody i koszty przedstawiono w ujęciu tygodnia, miesiąca i całego roku. Dokładność zapisów prowadzonych w gospodarstwie pozwala bardzo dokładnie zanalizować finanse gospodarstwa domowego i części produkcyjnej. Słowa kluczowe: gospodarstwo domowe, rolne, przychody, koszty Summary. The analysis included sources of income and expenses of the household and farm. Income and expenses are presented in terms of week, month and throughout the year. Accuracy of records kept on the farm allowed thoroughly analyze the cash flows between the household and production part of farm. Expenditure and revenue on the farm is highly dependent on the seasons or days of the show, while expenditure and revenue in the household is dependent from the regularity of payment or recurring charges. Revenues in the home are more stable, but in the manufacturing part are varied and seasonal. Key words: household, agricultural, income, expenses 259 Marcin Kobuszewski, Michał Cupiał WSTĘP Gospodarstwo domowe jest mikrojednostką, która produkuje dobra, gromadzi środki pieniężne, rzeczowe oraz dysponuje nimi i organizuje proces konsumpcji. Celem jego działalności jest zaspokajanie potrzeb domowników poprzez dążenie do zagwarantowania im jak najwyższego poziomu życia [Majchrzak, Stanisławska 2009]. Cel ten jest jedną ze swoistych cech gospodarstwa, wyróżniającą je spośród innych jednostek gospodarujących. [Żelazna i in. 2002]. W gospodarstwach domowych powiązanych z rolnictwem, w przeciwieństwie do innych grup społeczno-zawodowych, występuje swoiste powiązanie gospodarstwa rolnego jako warsztatu pracy, z gospodarstwem domowym w jedną całość. W gospodarstwach domowych związanych z rolnictwem sfera spożycia przeplata się bowiem z produkcją żywności. Wszystko to sprawia, że w gospodarstwach rolniczych trudno jest wyodrębnić jako oddzielne części gospodarstwo domowe i gospodarstwo rolne. Na przestrzeni kilkunastu lat zauważalny jest wzrost relatywnego dystansu dochodowego gospodarstw rolnych w stosunku do gospodarstw pracowniczych [Leszczyńska 2007]. Wyższy poziom wykształcenia, a w konsekwencji większa podatność na innowacje oraz zdolność do podejmowania ryzyka wiążą się bowiem z młodym wiekiem rolnika. Młodsi rolnicy wykazują większą skłonność do inwestycji budowlanych, zakupów maszyn i ziemi, a także do utrzymania wyższej intensywności produkcji aniżeli rolnicy starsi [Klepacki 1997]. Badanie budżetu gospodarstw domowych prowadzone jest przez Główny Urząd Statystyczny od lat. W tej grupie badawczej można wyróżnić m.in. gospodarstwa o liczbie 5 osób w obiekcie. W latach 2008 i 2009 w tej grupie było odpowiednio 382 i 372 gospodarstwa. W analogicznym okresie przeciętne miesięczne wydatki na gospodarstwo wynosiły odpowiednio 2982,93 zł i 3067,77 zł. Wydatki na żywność wynosiły odpowiednio 226,91 zł i 236,10 zł. Dochód z pracy najemnej wynosił 92,24 zł na osobę w 2008 i 104,54 zł w 2009 [Rocznik statystyczny 2010]. OPIS BADANEGO OBIEKTU Badane gospodarstwo znajduje się w województwie łódzkim, w gminie Rawa Mazowiecka. W gminie tej większość stanowią gleby V i VI klasy. Takie klasy gleb występują też w analizowanym obiekcie. Posiada on powierzchnię 19,7 ha. Struktura użytkowania ziemi została przedstawiona na rys. 1. 260 Analiza przychodów i rozchodów gospodarstwa rodzinnego Rys. 1 Struktura użytkowania ziemi w badanym gospodarstwie. Źródło: opracowanie własne W gospodarstwie w ostatnich latach zrezygnowano z produkcji mleka jednocześnie zwiększając produkcję bydła mięsnego i trzody chlewnej - głównie loch.Wstrukturze zasiewów dominują zboża: żyto, pszenżyto, owies, mieszanka zbożowa, niewielką cześć zajmują ziemniaki oraz truskawki. Gospodarstwo posiada podstawowe maszyny do upraw polowych a pozostałe są pobierane z usług. Na przełomie 2009 i 2010 roku gospodarstwo zostało zmodernizowane. Jest to gospodarstwo dwuzawodowe, którego właściciel pracuje w zakładzie przemysłowym. METODYKA BADAŃ Analiza obiektu dotyczy lat 2008 i 2009. W tym okresie, w gospodarstwie prowadzono szczegółowe zapisy uzyskiwanych dochodów i ponoszonych wydatków w gospodarstwie domowym i rolnym. Dla potrzeb analizy dokonano podziału dochodów i wydatków na odnoszące się do gospodarstwa rolnego i domowego (w dalszej części oznaczono je jako część domowa i produkcyjna). WYNIKI ANALIZY Na rys. 2 przedstawiono strukturę źródeł dochodów w gospodarstwie. Największy udział dają przychody z produkcji zwierzęcej i umowy o pracę - na poziomie 28% każde. Dopłaty obszarowe to 15% dochodów co stanowi 25% w części produkcyjnej. Niski udział produkcji roślinnej wynika z przeznaczania jej na produkcję zwierzęcą co w konsekwencji daje niewielką sprzedaż. Mimo dużego udziału terenów leśnych w strukturze użytkowania ziemi produkcja leśna stanowi 7% całkowitych przychodów. Składa się na to pozyskiwanie drewna, głównie na opał. Podobny udział w badanym okresie stanowiła praca najemna (7% przychodu). W tym okresie jedno z domowników pracowało przy zbiorze owoców i innych pracach dorywczych. 261 Marcin Kobuszewski, Michał Cupiał Rys. 2 Struktura przychodów w część domowa i produkcyjna. Źródło: opracowanie własne Na rys. 3 przedstawiono strukturę wydatków przeznaczonych na część domową i produkcyjną. Największy udział ma pozycja kredyt stanowiąca 27%. Wynika to z zadłużenia gospodarstwa w latach poprzednich przez kredyty suszowe, budowlane i konsumpcyjne. 15% kosztów stanowią koszty produkcji zwierzęcej. Głównie jest to zakup pasz treściwych (pozostałymi paszami są zboża produkowane w gospodarstwie). Zakup żywności to 10% ogólnych wydatków. W pozycji „inne” zostały zawarte koszty takie jak np. zakupu sprzętu agd. Duży udział tych kosztów w strukturze wynika z faktu, że w analizowanym okresie pojawił się nietypowy wydatek tj. organizacja przyjęcia weselnego, co jest kosztem jednorazowym, który nie będzie występował w kolejnych okresach. Rys. 3. Struktura wydatków w część domowa i produkcyjna. Źródło: opracowanie własne 262 Analiza przychodów i rozchodów gospodarstwa rodzinnego Rys. 4. Średnie przychody w części domowej i produkcyjnej wg miesięcy, SPd – średnie przychody część domowa, SPg – średnie przychody część produkcyjna. Źródło: opracowanie własne Na rys. 4 przedstawiono średnie przychody z części domowej oraz produkcyjnej w ciągu dwóch lat w ujęciu miesięcznym. Średnie przychody w domu mieszczą się w przedziale od 1012 zł do 3093 zł w miesiącu. Wahania wynikają z m.in. podejmowania przez domowników pracy najemnej sezonowej przy zbiorze owoców. Natomiast rozbieżność w przychodach w gospodarstwie wynosi od 550 zł do 5358 zł. Źródłem tych różnic jest przede wszystkim sprzedaż tuczników lub bydła oraz wpływ dopłat bezpośrednich. Przychody w części domowej są bardziej stabilne i równomierne, w części produkcyjnej są zróżnicowane i sezonowe. Rys. 5 zawiera średnie wydatki w badanym okresie. Wysokie wydatki na dom w maju są efektem spłaty kredytu, natomiast grudzień i styczeń są miesiącami kiedy dokonano zapłaty rocznych opłat, np. podatków, ubezpieczeń. Rys.5. Średnie wydatki w części domowej i produkcyjnej wg miesięcy, SWd – średnie wydatki część domowa, SWg – średnie wydatki część produkcyjna. Źródło: opracowanie własne Wydatki na część produkcyjną maleją z końcem roku ponieważ zmniejsza się produkcja zwierzęca. Zwiększone wydatki na wiosnę i jesienią związane są z pracami polowymi i zakupami paliwa, nawozów i środków ochrony roślin a także opłacanie usługodawców (zbiór zbóż, belowanie słomy i siana). Wydatki na część produkcyjną są bardziej stabilne i równomierne od wydatków na część domową. 263 Marcin Kobuszewski, Michał Cupiał Rys. 6. Zestawienie średnich wydatków i przychodów w części domowej i produkcyjnej wg miesięcy, SPdg – średnie przychody część domowa i produkcyjna, SWdg – średnie wydatki część domowa i produkcyjna. Źródło: opracowanie własne Na rys. 6 przedstawiono średnie przychody i wydatki w części produkcyjnej i domowej w ciągu roku a analizowanym okresie. Szczyty wydatków i przychodów przypadają na maj i grudzień. Najmniej operacji dokonuje się w lutym. Na rys. 7. pokazano zróżnicowanie średnich przychodów w układzie tygodniowym. Średnie przychody w części produkcyjnej są największe we wtorek i piątek (200 zł/dzień) co wynika z układu dni handlowych w Rawie Mazowieckiej, czyli miejscu zbytu płodów. W te dni działa skup zwierząt, kiedy sprzedaje się trzodę i bydło. Największe przychody w części domowej występują w środę. Ostatni dzień tygodnia, niedziela, jest dniem kiedy nie zanotowano dochodów. Wynika to z braku aktywności handlowej w dniu świątecznym, wolnym od pracy. Rys. 7. Średnie przychody w części domowej i produkcyjnej wg dni tygodnia, SPd – średnie przychody część domowa, SPg – średnie przychody część produkcyjna. Źródło: opracowanie własne Rys. 8 Średnie wydatki w części domowej i produkcyjnej wg dni tygodnia, SWd – średnie wydatki część domowa, SWg – średnie wydatki część produkcyjna. Źródło: opracowanie własne 264 Analiza przychodów i rozchodów gospodarstwa rodzinnego Na rys. 8 przedstawiono średnie wydatki (części domowej i produkcyjnej) w badanym okresie. Największe średnie wydatki na część produkcyjną wypadają we wtorek. Po dokonaniu sprzedaży od razu kupowane są środki do produkcji a zarazem jest to dzień handlowy kiedy oferta sprzedaży jest dużo bogatsza niż w pozostałe dni. Ponadto zakupy do części produkcyjnej są dokonywane prawie jednorazowo. Największe zakupy do części domowej są przed końcem tygodnia. Rys. 9. Zestawienie średnich przychodów i wydatków części domowej i produkcyjnej wg dni w miesiącu. Oznaczenia jak wyżej. Źródło: opracowanie własne Na rys. 9 pokazano średnie przychody i wydatki w części domowej i produkcyjnej w okresie miesiąca. Największe przychody zanotowano 12ego co wynika z otrzymywania w tym dniu wypłaty. Największe wydatki odnotowano 21-ego, kiedy spłacano raty kredytu. Większe wydatki występują pod koniec miesiąca, ponieważ wtedy opłaca się cykliczne opłaty, np. media. WNIOSKI Relacje finansowe gospodarstwa domowego i rolnego wzajemnie się przenikają i bez przyjęcia uproszczeń bardzo trudno wyznaczyć dokładny przepływ pieniędzy bez prowadzenia szczegółowej rachunkowości. Czas powstawania wydatków i przychodów w gospodarstwie jest silnie zależny od pór roku lub dni targowych, natomiast w gospodarstwie domowym wynika on z regularności wypłaty lub opłat cyklicznych. Lokalne warunki w jakich funkcjonuje gospodarstwo silnie wpływają na obrót pieniądza i podejmowanie decyzji finansowych, tzn. kiedy więcej a kiedy mniej się wydaje. Przychody w części domowej są bardziej stabilne i równomierne, w części produkcyjnej są zróżnicowane i sezonowe. 265 Marcin Kobuszewski, Michał Cupiał LITERATURA Klepacki B., 1997: Zmiany sytuacji dochodowej gospodarstw indywidualnych prowadzonych przez rolników o zróżnicowanym wieku, Zeszyty Naukowe, EiOGŻ, nr 30, SGGW Warszawa Leszczyńska M., 2007: Zmiany dochodów rolniczych gospodarstw domowych w świetle uwarunkowań społeczno-ekonomicznych s. 45 i s. 65 Wieś i rolnictwo, nr 3 (136) Majchrzak A., Stanisławska J., 2009: Zróżnicowanie poziomu życia gospodarstw domowych według grup społeczno-ekonomicznych i ich wielkości, s. 98 Wieś i rolnictwo, nr 3 (144) Rocznik statystyczny 2010. Warszawa Żelazna K., Kowalczuk I., Mikuta B., 2002: Ekonomika konsumpcji elementy teorii, SGGW, Warszawa Adres do korespondencji: mgr inż. Marcin Kobuszewski, dr hab. inż. Michał Cupiał, prof. UR Wydział Inżynierii Produkcji i Energetyki Instytut Inżynierii Rolniczej i Informatyki Uniwersytet Rolniczy w Krakowie ul. Balicka 116 B, 30-149 Kraków e-mail: [email protected], [email protected] Opiekun naukowy: dr hab. Michał Cupiał, prof. UR 266 Elżbieta Kornalska Witold Trela EPISTEME 15/2012 s.267-273 ISSN 1895-4421 OCENA MOŻLIWOŚCI FINANSOWANIA PROCESÓW MODERNIZACYJNYCH W GOSPODARSTWACH ROLNYCH WOJEWÓDZTWA ŚWIĘTOKRZYSKIEGO EVALUATION OF FUNDING PROCESSES OF MODERNIZATION IN FARM OF THE ŚWIĘTOKRZYSKIE VOIVODSHIP Abstrakt. Celem opracowania jest ocena możliwości finansowania procesów modernizacyjnych zachodzących w gospodarstwach rolnych regionu świętokrzyskiego, środkami pochodzącymi z funduszy pomocowych Unii Europejskiej. W ramach PROW 2007-2013 rolnicy mogą korzystać z wielu programów służących modernizacji technicznej infrastruktury produkcyjnej, unowocześnieniu parku maszynowego oraz restrukturyzacji gospodarstw rolnych mając na uwadze cel nadrzędny jakim jest poprawa jakości, bezpieczeństwa i higieny produkcji żywności a także poprawa konkurencyjności gospodarstw rolnych. Słowa kluczowe: fundusze europejskie, procesy modernizacyjne Summary. The purpose of this paper is to assess the possibility of funding processes of modernization taking place in the farms of the region Świętokrzyskie, with funds coming from EU aid. Under the RDP 2007-2013, farmers can use many programs for technical modernization of production infrastructure, modernization of machinery, and farm restructuring. The main objective of these programs is to improve the quality, safety and hygiene of food and improve the competitiveness of agricultural holdings. Key words: European funds, modernization 267 Elżbieta Kornalska, Witold Trela WSTĘP Od 1994 roku, kiedy to Polska podjęła oficjalne starania o przynależność do struktur Wspólnoty Europejskiej, polskie rolnictwo zostało objęte w pierwszej kolejności działaniami dostosowawczymi celem spełnienia wymogów integracyjnych, a następnie działaniami służącymi poprawie konkurencyjności gospodarstw rolnych. Początkowo rolnikom trudno było odnaleźć się w gąszczu działań oferowanych w poszczególnych programach. Potrzeba było wielu lat, aby polscy rolnicy dojrzeli do faktu, iż oferowana pomoc może posłużyć przede wszystkim poprawie jakości, bezpieczeństwa i higieny produkcji żywności. Zmieniła się mentalność rolników, którzy utwierdzili się w przekonaniu, że o pozycji konkurencyjnej pojedynczego gospodarstwa decydują działania inwestycyjne. Pomimo, iż potencjał produkcyjny polskiego rolnictwa (obejmujący podstawowe czynniki produkcji - zasoby ziemi, pracy i kapitału) jest znaczny [Woś 2000], to jednak stopień zużycia środków trwałych jest znaczny i wg. danych GUS przekracza 70%. W związku z powyższym konieczne staje się doinwestowanie procesów inwestycyjnych w rolnictwie. Od 2007 roku rozpoczęła się w krajach członkowskich Unii Europejskiej nowa perspektywa finansowa obejmująca lata 2007-2013 (PROW 2007-2013), której podstawowym celem jest realizacja koncepcji wielofunkcyjności rolnictwa i obszarów wiejskich oraz wzmocnienie ekonomiczne gospodarstw rolnych. Jednocześnie dąży ona do zapewnienia instrumentów na rzecz zróżnicowania działalności gospodarczej w kierunku utworzenia alternatywnych źródeł dochodów jak również polepszenia jakości życia mieszkańców obszarów wiejskich [Rowiński 2004] PROW 2007-2013 (Program Rozwoju Obszarów Wiejskich) składa się z 4 osi: • Oś 1 (Gospodarcza) – Poprawa konkurencyjności sektora rolnego i leśnego • Oś 2 (Środowiskowa) – Poprawa środowiska naturalnego i obszarów wiejskich • Oś 3 (Społeczna) – Podniesienie jakości życia na obszarach wiejskich i różnicowanie gospodarki wiejskiej • Oś 4 – LEADER Największym zainteresowaniem rolników wciąż pozostają działania z Osi 1 oraz Osi 3, a wśród nich działania: Modernizacja gospodarstw rolnych oraz Różnicowanie w kierunku działalności nierolniczej. Powyższe działania mają swoje odzwierciedlenie w strukturze budżetu PROW. 268 Ocena możliwości finansowania procesów modernizacyjnych… MATERIAŁ I METODY Materiał do badań stanowiły dane uzyskane w wyniku wywiadu standaryzowanego przeprowadzonego wśród pracowników Oddziału Regionalnego Agencji Restrukturyzacji i Modernizacji Rolnictwa, Oddział w Kielcach oraz opracowania statystyczne Centrali ARiMR w Warszawie. Ponadto w opracowaniu wykorzystano dane statystyczne zawarte w rocznikach statystycznych województwa świętokrzyskiego. Wszystkie uzyskane dane dotyczyły działania (w ramach PROW) Modernizacja gospodarstw rolnych, a więc działania służącemu finansowania procesów modernizacyjnych. W opracowaniu posłużono się metodą analizy opisowej i porównawczej oraz metodą analizy przyczynowo-skutkowej a wyniki zestawiono graficznie. WYNIKI I DYSKUSJA Województwo świętokrzyskie należy do grupy najmniejszych regionów Polski. Powierzchnia województwa stanowi 3,7% obszaru kraju. Gospodarstwa regionu świętokrzyskiego stanowią 6,24% gospodarstw Polski (ryc. 1). Ponad 578 tys. ha stanowią użytki rolne. Gospodarstwa rolne w tysiącach 2500 2000 2275 1500 1000 500 142 0 Polska woj.świętokrzyskie Ryc. 1. Liczba gospodarstw rolnych w Polsce i w woj. świętokrzyskim. Województwo świętokrzyskie to region o rozdrobnionej strukturze agrarnej, w której dominują małe gospodarstwa. W strukturze obszarowej najliczniejszą grupę stanowią gospodarstwa o powierzchni do 5 ha – 76%, podczas gdy w Polsce gospodarstwa te stanowią 69%. W województwie 269 Elżbieta Kornalska, Witold Trela świętokrzyskim 17% stanowią gospodarstwa w grupie 5-10 ha (w Polsce – 16%). Zbyt mała powierzchnia gospodarstwa często wyklucza właściciela z możliwości korzystania ze środków unijnych. Pomimo tego programy unijne mają wystarczającą a często nawet o wiele za dużą grupę beneficjentów. Często jednak rolnicy mają problem z uzasadnieniem konieczności dofinansowania danej inwestycji w gospodarstwie, czyli jak odpowiednio zaangażować kapitał w nadziei na korzyści, które wystąpią w przyszłości. [Dziworska 2000] Działanie Modernizacja Gospodarstw Rolnych jest kontynuacją działania z poprzedniego programu pomocowego dla rolnictwa. Rolnik - beneficjent korzystający z pomocy w ramach MGR może uzyskać pomoc finansową w wysokości nie przekraczającej 600 tys. zł (w tym 50/50 – wkład własny oraz dofinansowanie unijne). 2009 2007 Rok W projekcji finansowej 2007-2013 odbyły się dotychczas 3 nabory wniosków (2007r., 2009r., 2011r.). Poniższa tabela prezentuje sytuację województwa świętokrzyskiego na tle kraju. Kategoria Kraj/Polska Wnioski złożone 18 372 1 109 6,04 Umowy podpisane 14 335 816 5,69 Kwota (PLN) 1 820 226 280,97 61 310 498,20 3,37 Wnioski złożone 24 863 1 094 4,40 Umowy podpisane 20 327 944 4,64 Kwota (PLN) 2 968 667 653,88 100 768 107,67 3,39 34 676 2 222 6,41 5 286 249 761 647 842,11 33 546 180,40 2011 Wnioski złożone Umowy podpisane na dzień 31.10.2011r. Kwota (PLN) na dzień 31.10.2011r. woj. świętokrzyskie Udział [%] 4,71 4,40 Tab.1. Udział woj. świętokrzyskiego w Kampaniach Działania MGR Powyższa tabela przedstawia udział województwa świętokrzyskiego w poszczególnych Kampaniach Działania Modernizacja Gospodarstw Rolnych w trzech kategoriach: wnioski złożone, umowy podpisane oraz wartość (PLN) dofinansowanych inwestycji. W kraju z każdym naborem liczba złożonych wniosków wzrastała. Nie wszystkie jednak spełniały 270 Ocena możliwości finansowania procesów modernizacyjnych… Realizacja płatności Kwota zrealizowanych płatności [PLN] Liczba Wnioski pozostałe do rozpatrzenia Liczba Dolnośląskie 3 039 1 194 198 557 547,93 287 1 558 170 047 156,35 Kujawsko-Pomorskie 7 276 3 675 513 175 976,20 624 2 977 364 143 008,28 Lubelskie 8 361 4 318 512 305 115,39 864 3 179 288 143 540,25 Lubuskie 1 167 748 135 287 559,70 368 51 117 118 116,25 Łódzkie 7 044 2 752 284 131 040,33 808 3 484 210 581 272,30 Kwota [PLN] Liczba Wnioski odrzucone oraz rezygnacje Wnioski złożone Umowy Liczba Województwo wymogi formalne, a co za tym idzie liczba podpisanych umów różniła się od liczby złożonych wniosków. Powodem braku realizacji wniosków były nie tylko niespełnione wymogi formalne, ale również mnogość poprawek i decyzje rolników o zaprzestaniu inwestycji. Wśród beneficjentów byli również i tacy rolnicy, którzy skorzystali z dofinansowania w ramach dwóch naborów. Realizacja wniosków z naboru z roku 2011 jest wciąż niezakończona wobec czego nie ma jeszcze ostatecznych danych. Małopolskie 3 308 1 539 159 307 684,10 388 1 381 102 949 605,30 Mazowieckie 15 344 6 322 811 774 661,88 1 261 7 761 619 119 646,14 142 455 114,40 Opolskie 1 606 1 163 171 894 017,80 161 282 Podkarpackie 2 020 866 91 775 067,80 334 820 65 742 868,30 Podlaskie 7 181 3 728 577 927 596,65 460 2 993 470 778 468,86 Pomorskie 2 368 1 730 286 266 133,15 337 301 217 549 073,55 Śląskie 1 814 644 92 217 884,80 153 1 017 78 685 004,70 Świętokrzyskie 4 425 2 009 195 624 786,27 498 1 918 143 343 626,82 Warmińsko-Mazurskie 3 225 2 149 363 726 797,26 339 737 282 244 349,40 Wielkopolskie 7 867 6 015 940 563 738,00 1 667 185 722 707 965,77 Zachodniopomorskie 1 866 1 096 216 006 169,70 676 94 186 622 098,39 Razem 77 911 39 948 5 550 541 776,96 9 225 28 738 4 182 230 915,06 Tab. 3. Obsługa wniosków w ramach działania Modernizacja gospodarstw rolnych PROW 2007-2013 wg. stanu na dzień 31.10.2011 r. Źródło: Opracowanie własne na podstawie danych Departamentu Programowania i Sprawozdawczości ARiMR. 271 Elżbieta Kornalska, Witold Trela Aby dokonać próby określenia miejsca województwa świętokrzyskiego na tle kraju pod względem absorpcji środków unijnych przeznaczonych na MGR należy przeprowadzić ją w kontekście wielkości sektora rolnego. Tab.1 przedstawia zbiorcze zestawienie wniosków złożonych oraz odrzuconych jak również i podpisanych umów oraz ich wartość. Blisko 12% stanowi grupa wniosków odrzuconych bądź wynikających z rezygnacji beneficjentów. Najwięcej wniosków zostało złożonych w województwie mazowieckim, jednak biorąc pod uwagę wnioskowane kwoty, w kategorii tej dominuje województwo wielkopolskie. Wskaźnikami najlepiej obrazującymi stopień wykorzystania środków przez województwo świętokrzyskie jest średnie wykorzystanie środków: na jednego mieszkańca wsi, przez jedno gospodarstwo oraz na 1 ha UR. W regionie świętokrzyskim funkcjonuje 142 000 gospodarstw (Ryc.1), w Polsce 2 275 000 gospodarstw. Wykorzystanie środków w ramach MGR Województwo świętokrzyskie Polska Ogółem [zł] 143 343 626,82 4 182 230 915,06 Na jednego mieszkańca wsi [zł] 205,94 282,37 Na jedno gospodarstwo [zł] 1 009,46 1 838,34 Na 1 ha UR [zł] 248,00 258,53 Tab. 2. Wykorzystanie środków przeznaczonych na MGR w województwie świętokrzyskim i w Polsce (stan na 31.10.2011r.). Źródło: Opracowanie własne na podstawie danych ARiMR 2012 Zaprezentowane tabele, zarówno 1, 2 jak i 3 ukazują, iż rolnicy województwa świętokrzyskiego nie pozostają bezczynni i dość aktywnie uczestniczą w korzystaniu z pomocy funduszy unijnych przeznaczonych na inwestycje w gospodarstwach rolnych. W głównej mierze inwestycje dotyczyły zakupu maszyn rolniczych, a w szczególności ciągników. 272 Ocena możliwości finansowania procesów modernizacyjnych… LITERATURA A. Woś, W poszukiwaniu modelu rozwoju polskiego rolnictwa. Wydaw. IERiGŻ, Warszawa 2004, s. 83. J. Rowiński, Wspólna Polityka Rolna [w:] E. Kawecka-Wyrzykowska [red.] Unia Europejska, Wydaw. Instytut Koniunktur I Cen Handlu Zagranicznego, Warszawa 2004, s. 143-144. K. Dziworska, Decyzje inwestycyjne przedsiębiorstw, Wydaw. Uniwersytetu Gdańskiego, Gdańsk 2000, s. 10. Adres do korespondencji: mgr inż. Elżbieta Kornalska, mgr inż. Witold Trela Katedra Zarządzania i Marketingu w Agrobiznesie Wydział Rolniczo-Ekonomiczny Uniwersytet Rolniczy w Krakowie al. Mickiewicza 21, 31-120 Kraków Opiekun naukowy: Prof. dr hab. Janusz Żmija 273 Małgorzata Krotowska EPISTEME 15/2012 s.275-282 ISSN 1895-4421 ZNACZENIE ROLNICTWA W GOSPODARCE KRAJÓW GRUPY WYSZEHRADZKIEJ SIGNIFICANCE OF AGRICULTURE IN THE ECONOMY OF THE VISEGRAD GROUP Abstrakt. W wyniku rozpadu bloku wschodniego oraz Związku Socjalistycznych Republik Radzieckich, kraje Europy Środkowej znalazły się w nowej, nieznanej rzeczywistości. Sytuacja tych państw, zmuszała je do podejmowania różnorakich decyzji, mających na celu przede wszystkim stabilizację polityczną i terytorialną. Jako jednym z przykładów zabiegów stabilizacyjnych było utworzenie w 1991 roku Trójkąta Wyszehradzkiego, który utworzyły trzy państwa: Czechosłowacja, Polska i Węgry. Aktualnie w skład Grupy Wyszehradzkiej (GW) wchodzą cztery państwa (rozpad Czechosłowacji na: Czechy i Słowacje) o łącznej powierzchni 533,6 tys. km², z czego 274 tys. km² to użytki rolne (rok 2007), co daje ponad 50 % ogółu powierzchni tych krajów, zatrudniając przy tym 2654 tys. osób. Wnioskując z danych statystycznych można stwierdzić, iż rolnictwo w Polsce, Republice Czeskie, na Słowacji i Węgrzech jest jednym z najważniejszych działów gospodarki narodowej. Jednakże zmiany ustrojowe w latach 90-tych spowodowały, iż działalność rolnicza zaczęła borykać się z licznymi problemami. Ponadto transformacja, wywołana wstąpieniem do Unii Europejskiej, w ramach, której kraje GW zostały objęte Wspólną Polityką Rolną, była przyczynkiem do szeregu zmian w rolnictwie i jego otoczeniu. Dokonana w artykule analiza danych statystycznych oraz analiza SWOT pokazała aktualny stan rolnictwa w analizowanych krajach członkowskich. Słowa kluczowe: rolnictwo, analiza SWOT, gospodarka narodowa, grupa Wyszehradzka, PKB Summary. The dissolution of the Eastern Bloc and the Soviet Union, Central European countries were in an unknown, new reality. The situation of these countries, forced them to take various decisions aimed at above all political stability and territorial. As one example of the stabilization treatment was the creation in 1991, VG, who formed the three countries: Czechoslovakia, Poland and Hungary. Currently, the Visegrad Group (VG) currently consists of four countries (the disintegration of Czechoslovakia into the Czech Republic and Slovakia) with a total area of 533.6 thousand. km ², of which 274 thousand. km² is agricultural land (2007), which gives more than 50% of the total area of these countries and employs 2 654 thousand. people. Judging from the statistics can be concluded that agriculture in Poland, the Czech Republic, Slovakia and Hungary is one of the most important sectors of national economy. However, political changes in the 90’s, led the agricultural activity began to grapple with numerous problems. In addition, transformation, called joining the European Union, under which countries are covered by VG, Common Agricultural Policy, was a contribution to a number of changes in agriculture and the environment. Made in the article, statistical data analysis and SWOT analysis showed the current state of agriculture in member countries. Key words: agriculture, analysis SWOT, GDP, national economy, Visegrad Group 275 Małgorzata Krotowska WSTĘP W wyniku rozpadu bloku wschodniego oraz ZSRR, kraje Europy Środkowej znalazły się w nowej, nieznanej rzeczywistości. Sytuacja państw centralnej części starego kontynentu, zmuszała je do podejmowania różnorodnych decyzji mających na celu przede wszystkim stabilizację polityczną i terytorialną. W tym celu prezydenci trzech krajów: Polski, Czechosłowacji i Węgier w 1991 roku podpisali deklarację o rozwiązaniu Układu Warszawskiego i RWPG oraz utworzeniu Trójkąta, a następnie, Grupy Wyszehradzkiej (GW) [Kukułka, 1994]. W ostatnim dziesięcioleciu XX w. w wyniku reformy ekonomicznej ,gospodarka narodowa krajów członkowskich GW została podana silnym wstrząsom. Likwidacja systemu gospodarki centralnie sterowanej, prywatyzacja oraz liberalizacja cen i inne reformy, spowodowały liczne zmiany w sferze gospodarowania. Podobnie jak inne działy gospodarki narodowej rolnictwo musiało rozwijać się zgodnie z zasadami i regułami makroekonomicznymi [Grega, 1998]. Kolejne transformacje w sferze ekonomicznej działalności rolniczej, z jakimi przyszło się skonfrontować Polsce, Republice Czeskiej (RCz), Słowacji oraz Węgrom to czas przed i poakcesji do Unii Europejskiej. W dwudziestą rocznicę powstania „Trójkąta” Wyszehradzkiego oraz 8 lat po objęciu rolnictwa krajów GW, Wspólną Polityką Rolną, warto zapoznać się z aktualnym jego stanem oraz znaczeniem w gospodarkach narodowych w/w krajów. METODYKA BADAŃ Podjęty w artykule problem został opracowany na podstawie danych pierwotnych i wtórnych. Informacje pierwotne uzyskano w wyniku przeprowadzenia wywiadu bezpośredniego (face to face) z respondentami. W badaniu użyto kwestionariusza wywiadu, zawierającego wystandaryzowane, zarówno otwarte jak i zamknięte, pytania. Wywiad został przeprowadzony w lipcu 2010 roku i czerwcu 2011 roku. Respondentami było 44 studentów (w tym 6 doktorantów) kierunków: ekonomia i rolnictwo, którzy pochodzili z krajów GW. Oceniali oni mocne i słabe strony jak również szanse i zagrożenia dla rolnictwa w ich krajach. W artykule wykorzystano również źródła wtórne, w postaci statystyki masowej publikowanej przez Główny Urząd Statystyczny (GUS). W celu ustalenia powiązań istniejących pomiędzy rolnictwem a gospodarką krajów GW posłużono się metodą porównań pionowych i poziomych [Stacha, 1997], dokonano również analizy SWOT pozwalającej na syntetyczną ocenę sytuacji w jakiej to rolnictwo aktualnie się znajduje [Klepacki, 1998]. Miejsce rolnictwa w gospodarce narodowej Polski, Republiki Czeskiej, Słowacji i Węgier. Rolnictwo jest jednym z działów gospodarki narodowej, 276 Znaczenie rolnictwa w gospodarce krajów Grupy Wyszehradzkiej w której spełnia wiele funkcje m.in.: produkuje żywność dla społeczeństwa, tworzy PKB (GDP) i dochód narodowy, produkuje surowce dla przemysłu zarówno spożywczego jak i przetwórczego, staje się rynkiem zbytu dla nierolniczych jednostek gospodarczych, kształtuje równowagę rynkową, uczestniczy w wymianie międzynarodowej, jest także źródłem siły roboczej [Klepacki, 1999]. Rolnictwo źródłem produktów rolniczych. Ilość produktów rolniczych wytwarzanych w kraju w celu zaspokojenia potrzeb społeczeństwa zależy przede wszystkim od zasobów ziemi rolniczej [Kierul, 1986]. Największą powierzchnię użytków rolnych (UR), wśród badanych krajów, posiadała Polska (w roku 2007 było to 15,5 mln ha), Węgry (5,8 mln ha), Republika Czeska (4,2 mln ha) i Słowacja (1,9mln ha). Łączna powierzchnia UR, Grupy Wyszehradzkiej stanowiła blisko 15% całkowitej powierzchni tych użytków w 27 krajach UE. Największy udział UR w ogólnej powierzchni kraju w 2007 roku posiadały Węgry (62,37%), następnie RCz (53,2 %), Polska (49,57%) i Słowacja (38,78 %). Na podstawie danych z poniższej tab. zaobserwować można było znaczny ubytek użytków rolnych w latach 2000- 2007. Najintensywniej proces ten przebiegał w Polsce, gdzie powierzchnia zmalała o 2,3 mln hektarów jak również na Słowacji (ubytek o 0,5 mln hektara). Kraj Ogółem użytki rolne w latach: Grunty orne i sady Łąki i pastwiska w mln hektarów Ogółem na 1 mieszkańca w ha 2000 2007 2000 2007 2000 2007 2000 2007 Polska 17,8 15,5 13,9 12,2 3,9 3,3 0,47 0,33 Czechy 4,3 4,2 3,3 3,3 1 1 0,3 0,3 Słowacja 2,4 1,9 1,6 1,4 0,9 0,5 0,45 0,26 Węgry 5,9 5,8 4,8 4,8 1,1 1 0,46 0,46 Tab. 1. Powierzchnia użytków rolnych w krajach Grupy Wyszehradzkiej Źródło: opracowanie własne na podstawie danych GUS Spadek powierzchni użytków rolnych przełożył się na spadek samowystarczalności żywieniowej badanych krajów, który, obliczono jako stosunek powierzchni gruntów rolnych przypadających na 1 mieszkańca. Współczynnik ten obniżył się analogicznie w Polsce (z 0,47 do 0,33 ha) jak i na Słowacji (z 0,45 do 0,26). Węgry natomiast zajmowały 2 miejsce w skali europejskiej ze współczynnikiem 0,46 ha. Ważnym wskaźnikiem dla każdego rolnictwa jest również struktura agrarna a właściwie procentowy udział gospodarstw rolnych powyżej 50 hektarów. 277 Małgorzata Krotowska Gospodarstwa te charakteryzują się poprawnymi relacjami pomiędzy czynnikami produkcji: ziemią, pracą i kapitałem [Prus, Wawrzyniak, 2010]. Spośród analizowanych krajów najwyższy udział dużych gospodarstw (powyżej 50 ha) jest w RCz (17,1), najniższy natomiast w Polsce (1), która to natomiast posiada największą liczbę gospodarstw małych do 5 ha (1626 tys.). Kraj % udział Ogółem ponad 50 gospodarstw gospodarstw do 5 ha 5 - 20 ha 20 - 50 ha ha >50 ha rolnych Polska 2380 1626 629 101 23,6 1 Czechy 38,5 18,9 8,5 4,5 6,6 17,1 Słowacja 66,5 57,7 4,6 1,4 2,9 4,4 Węgry 566 500 41,6 12,4 12,2 2,1 Tab. 2. Gospodarstwa rolne według grup obszarowych w 2007 roku (w tys.). Źródło: opracowanie własne na podstawie danych GUS Rolnictwo źródłem siły roboczej. Rolnictwo jest jednym ze źródeł utrzymania ludności jak również rezerwuarem siły roboczej dla innych działów gospodarki narodowej. Ryc. 1. Ludność rolnicza i aktywna zawodowo w rolnictwie w krajach GW. Źródło: opracowanie własne na podstawie danych GUS Powyższy wykres pokazuje procentowy udział ludności rolniczej w stosunku do ogółu mieszkańców danego kraju. Najwięcej osób, których źródłem utrzymania jest rolnictwo, leśnictwo, łowiectwo i rybactwo, było w Polsce, jednak ich liczba spadła w ciągi ośmiu analizowanych lat o 3,5%. Podobnie sytuacja przedstawia się na Węgrzech- spadek o 3% oraz na Słowacji - 1,7% mniej ludności rolniczej. Przeciwieństwem jest Republika Czeska, gdzie w roku 2000 notowano 853 tys. osób natomiast osiem lat później - 1178 tys., co daje mam wzrost o 2,7%. Analizując liczbę osób, których głównym zajęciem jest praca w rolnictwie, zaobserwować można spadek ilości ludności aktywnej zawodowo 278 Znaczenie rolnictwa w gospodarce krajów Grupy Wyszehradzkiej w rolnictwie w Polsce o 675 tys. osób w ciągu ośmiu lat, na Słowacji, z 239 tys. (2000 r.) do 204 tys. i na Węgrzech (obniżka z 452 tys. w 2000 roku do 346 tys. po 8 latach). Natomiast w Republice Czeskiej, liczba ta wzrosła o 1- procent, z poziomu 430 tys. do 553 tys. Tworzenie PKB oraz dochodu narodowego. Ważnym wskaźnikiem rozwoju kraju jest udział rolnictwa w tworzeniu produktu krajowego brutto. Im kraj wyżej rozwinięty- tym udział rolnictwa w tworzeniu PKB jest mniejszy. Wskaźnik na poziomie 1 posiadała Republika Czeska natomiast 1,2- Słowacja. Polska (2,5) oraz Węgry (2,7) charakteryzują się wysokim udziałem rolnictwa w tworzeniu dochodu narodowego. Udział rolnictwa w eksporcie i imporcie. W wyniku wstąpienia do Unii Europejskiej badane kraje stały się jednocześnie członkami strefy wolnego handlu. Efektem likwidacji wszelkich ograniczeń pomiędzy krajami członkowskimi stał się dynamiczny wzrost obrotów produktami rolnospożywczymi. Polska Czechy Słowacja Węgry 2000 2008 2000 2008 2000 2008 2000 2008 Import towarów rolnospożywczych w odsetkach 5,6 7,5 4,6 4,8 5,3 5,2 2,7 4,1 Eksport towarów rolnospożywczych w odsetkach 7,9 11 3,7 3,6 3 3,3 6,8 6,3 Tab. 3. Znaczenie rolnictwa w wymianie międzynarodowej Źródło: opracowanie własne na podstawie danych GUS Polska, wśród analizowanych krajów, była liderem w ilości eksportowanych towarów rolno- spożywczych, jak również utrzymywała stałą zwyżkę nad importem (w roku 2007 różnica ta wynosiła 3,5%). Inaczej rysowała się sytuacja na Węgrzech, gdzie silna pozycja eksportera zaczęła topnieć na rzecz importu (różnica pomiędzy eksportem a importem w roku 2008 wynosiła 2,2% podczas gdy 8 lat wcześniej 4,1%). Republika Czeska oraz Słowacja prezentowały ciągłą przewagę importu nad eksportem a sytuacja ich nie zmienia się zbyt gwałtowanie w ciągu analizowanych 8 lat. Na uwagę zasługuję fakt, iż państwa wchodzące w skład GW łącznie eksportowały blisko 74% całego eksportu „nowych” krajów UE. Inne funkcje rolnictwa. Funkcje ekonomiczne to najczęściej wymieniane słabe strony rolnictwa GW w opinii badanych studentów. Wysokie koszty produkcji oraz niskie dochody ludności rolniczej i brak innowacji to największy problem producentów rolnych krajów GW. Obawy przed drastycznymi zmianami w ramach WPR oraz rosnąca konkurencja to najczęściej wskazywane zagrożenia wśród ankietowanych. Przeprowadzone 279 Małgorzata Krotowska badania prócz funkcji ekonomicznych wskazało również inne funkcje rolnictwa, jaką jest m.in. ekologia. Duże walory przyrodnicze oraz mało skażone środowisko uczestnicy badania wskazywali jako mocną stronę i zarazem w niej widzieli szanse na tworzenia gospodarstw agroturystycznych będących atrakcją dla turystów z krajów wysoce uprzemysłowionych. Polska Czechy Słowacja Węgry MOCNE STRONY korzystne warunki produkcji ■ ■ duże walory turystyczne i przyrodnicze ■ ■ ■ mało skażone środowisko ■ ■ ■ ■ wielofunkcyjny charakter gospodarstw ■ ■ udział w projektach unijnych położenie geograficzne duża koncentracja gospodarstw ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ SŁABE STRONY duże rozdrobnienie gospodarstw ■ ■ brak integracji poziomej i pionowej ■ ■ ■ mała konkurencyjność ■ ■ ■ słaba działalność marketingowa ■ ■ duży udział pośredników na rynku ■ ■ małe zaangażowanie służb doradczych ■ brak współpracy pomiędzy instytucjami naukowymi a rolnikami ■ ■ ■ duży udział ludności pracujących w rolnictwie ■ niskie dochody ludności wiejskiej ■ ■ ■ wysokie bezrobocie ■ ■ niski stopień innowacyjności ■ ■ ■ wysokie podatki ■ ■ ■ ■ ■ ■ wysokie koszty produkcji SZANSE fundusze unijne w ramach Wspólnej Polityki Rolnej (WPR) ■ ■ ■ ■ rozwój agroturystyki ■ ■ ■ wzrost zainteresowania ekologicznym stylem życia ■ ■ ■ 280 Znaczenie rolnictwa w gospodarce krajów Grupy Wyszehradzkiej nowe rynki zbytu na zachodzie i wschodzie ■ ■ odnawialne źródła enegrii ■ ■ ZAGROŻENIA emigracja młodych ludzi z terenów wiejskich ■ ■ ■ brak instrumentów pomocowych dla małych gospodarstw ■ ■ ■ ■ rosnąca konkurencja ze strony państw unijnych ■ ■ ■ ■ ograniczenie pomocy unijnej w ramach WPR ■ ■ ■ ■ rosnąca intensyfikacja rolnictwa ■ ■ globalizacja ■ ■ ■ ■ rosnące wymagania dotyczące przyznawania pomocy w ramach WPR ■ ■ ■ ■ Tab. 4. Analiza SWOT na podstawie opinii respondentów Źródło: opracowanie własne (czarny kwadrat- 75% TAK dla proponowanej odpowiedzi) WNIOSKI Przeprowadzone badania oraz analiza danych pozwoliły na sformułowanie następujących wniosków: • Corocznie obserwuje się zmniejszenie podstawowych wskaźników obrazujących znaczenie rolnictwa dla gospodarki narodowej badanych krajów. Przyczyną tej tendencji jest postęp technologiczny oraz naukowy w zakresie produkcji rolniczej. • Rolnictwo w krajach Grupy Wyszehradzkiej jest wciąż nie dofinansowanym działem gospodarki a stymulatorem jego rozwoju w opinii respondentów są programy unijne. • Zagrożeniem dla rozwoju rolnictwa jest ciągle rosnąca konkurencja ze strony krajów „starej” UE 15. Mała konkurencyjność i brak integracji to największe problemy rolnictwa GW. • Dużym atutem analizowanego rolnictwa jest nieskażone środowisko, które można wykorzystać w celu prowadzenia p działalności agroturystycznej bądź ekologicznej. Ponadto korzystne położenie geograficzne oraz walory turystyczne mogą spotęgować znaczenie rolnictwa w turystyce tych krajów. 281 Małgorzata Krotowska LITERATURA Grega L.:1998. Rolnictwo Czeskie w kontekście jego transformacji od 1989 roku. [W:] Transformacja Polskiego i Czeskiego rolnictwa w warunkach gospodarki rynkowej. Wrocław, s. 1 Kierul Z.:1986. Ekonomika i organizacja gospodarstw rolniczych. Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, Warszawa, s. 27 Klepacki B.: 1998. Ekonomika i organizacja rolnictwa. Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa, s. 8- 11 Kukułka J.: 1994. Historia współczesnych stosunków międzynarodowych 1945- 1994. Wydawnictwo Naukowe Scholar, Warszawa, s.518 – 519 Prus P, Wawrzyniak B.: 2010. Cechy charakterystyczne rolnictwa i obszarów wiejskich w 27 krajach Unii Europejskiej. [w:] Zagadnienie doradztwa rolniczego 1/2‘ 10, s. 59 Stachak S.: 1997. Wstęp do metodologii nauk ekonomicznych. Książka i Wiedza, Warszawa, s.202- 203 Adres do korespondencji: Małgorzata Krotowska Instytut Nauk Ekonomicznych i Społecznych Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu e-mail: [email protected] Opiekun naukowy: prof. dr hab. Danuta Mierzwa 282 Katarzyna Łyduch Piotr Cymanow EPISTEME 15/2012 s.283-290 ISSN 1895-4421 METODA VAIC JAKO NARZĘDZIE WYCENY POTENCJAŁU INTELEKTUALNEGO WYBRANYCH SPÓŁEK AKCYJNYCH SEKTORA WYSOKICH TECHNOLOGII VAIC METHOD AS AN EVALUATION INSTRUMENT OF THE INTELLECTUAL POTENTIAL IN SELECTED HIGH-TECH SECTOR OF JOINT-STOCK COMPANIES Abstrakt. Artykuł prezentuje rolę kapitału intelektualnego w zwiększaniu wartości dodanej przedsiębiorstwa wybranego sektora. Autorzy przedstawiają praktyczne zastosowanie metody VAIC, dzięki której możliwe jest miarodajne ocenienie korzyści płynących z rozwoju i doskonalenia zawodowego personelu. W części empirycznej dokonano próby oszacowania kapitału intelektualnego wybranych spółek informatycznych dokonując przekrojowej analizy zmian głównych parametrów wyceny zasobów ludzkich na przestrzeni 5 ostatnich lat. Słowa kluczowe: kapitał ludzki, zasoby ludzkie, inwestycje Summary. The article examines the role of the intellectual capital in enhancing the added value of a company from a selected sector. The authors present a practical application of the VAIC method which allows a conclusive assessment of the possible benefits of staff development and training. In the empirical part of the following article the intellectual capital of a few IT companies was estimated with the help of the cross-sectional analysis, in which changes in the key parameters of human resources in the past 5 years were evaluated. Key words: intellectual capital, human resources, investment 283 Katarzyna Łyduch, Piotr Cymanow WSTĘP Rosnące znaczenie wiedzy i umiejętności pracowników powoduje wzrost istotności funkcji personalnej w nowoczesnym przedsiębiorstwie. Wiodącym tematem staje się problem podnoszenia jakości potencjału ludzkiego oraz kwalifikacji pracowników. Inwestycje te są nakładami kosztownymi lecz niezbędnymi. Przedsiębiorstwo musi ponosić je, aby utrzymać swoją dotychczasową pozycję rynkową oraz umożliwić dalszy rozwój. Podmioty, które swoją strategię opierają na inwestowaniu i podnoszeniu jakości posiadanych zasobów, mogą liczyć na wymierne korzyści finansowe. Jak zauważa A. Marshall „najbardziej wartościowym ze wszystkich kapitałów jest ten zainwestowany w zasoby ludzkie” [Dobija 2003]. Człowiek jako jedyny zasób przedsiębiorstwa ma możliwość rozwijania swojego potencjału oraz podnoszenia swoich umiejętności – mówimy tutaj o tzw. dźwigni kapitału ludzkiego. Nierzadko zdarza się, iż nakłady na rozwój personelu firmy postrzegane są przez przedsiębiorców jako źródło zbędnych kosztów, jednakże w ostatnich latach dają się zaobserwować pozytywne zmiany na tym gruncie. Pierwsze próby zdefiniowania kapitału intelektualnego zostały podjęte przez szwedzkich przedsiębiorców. Edvinsson i Malone [2001] określili kapitał intelektualny jako różnicę między wartością rynkową a wartością księgową przedsiębiorstwa. Składnikami tak zdefiniowanego kapitału intelektualnego są: Kapitał ludzki – wiedza i umiejętności pozwalające pracownikom sprawnie wykonywać zadania; Kapitał strukturalny – zdolności organizacyjne przedsiębiorstwa. Ten element składowy potencjału intelektualnego tworzy: kapitał konsumencki (dotyczący powiązań poza organizacją tj. lojalności klientów, renomy przedsiębiorstwa, kontaktów z kontrahentami) oraz kapitał organizacyjny (dotyczący mechanizmów i narzędzi umożliwiających jak najlepsze wykorzystanie posiadanych zasobów). Elementami składowymi kapitału organizacyjnego są procesy i innowacje, tj. techniki, programy, własność intelektualna oraz prawa handlowe. Uznanie zasobów ludzkich jako aktywów przedsiębiorstwa oraz źródła konkurencyjności pozwala na traktowanie ich jako elementu integralnego rozwoju organizacji. Działania o których mowa przewidują ścisłe powiązanie decyzji w sferze rozwoju zasobów ludzkich z procesami tworzenia strategii, jak i doskonalenia struktury przedsiębiorstwa, czego efektem jest powstanie organizacji uczącej się [Pocztowski 2007]. Celem pracy jest próba oszacowania udziału pracowników w kreowaniu wartości przedsiębiorstwa na podstawie spółek działających w branży wysokich technologii. 284 Metoda VAIC jako narzędzie wyceny potencjału intelektualnego… MATERIAŁY I METODY Ze względu na dostępność danych finansowych, analizie poddano jedynie spółki notowane na Giełdzie Papierów Wartościowych w Warszawie. W fazie początkowej badań dokonano wyboru czterech spółek spośród jednostek zarejestrowanych na terenie województwa małopolskiego, reprezentujących branżę wysokich technologii. Wybór ten podyktowany został pozycją firmy na tle branży, innowacyjnością oferty, a także skalą zatrudnienia odpowiednią dla przeprowadzenia analizy pod kątem metodologii badań. Wybrano następujące firmy: Comarch S.A. – globalny dostawca biznesowych rozwiązań IT, koncentrujący swoją działalność na projektowaniu, wykonywaniu i dostarczaniu systemów informatycznych, obejmujących oprogramowanie, sprzęt komputerowy i sieciowy, usługi wdrożeniowe, szkoleniowe i eksploatacyjne; Novitus S.A. – producent i dostawca elektroniczno-informatycznych, zintegrowanych rozwiązań systemowych wspomagających handel, usługi, logistykę i przemysł; Quantum Software S.A. – twórca oprogramowania komputerowego wspomagającego procesy w logistyce dystrybucji, zajmujący się także wdrażaniem w tej dziedzinie kompletnych systemów obejmujących również elementy sprzętowe; Unima 2000 Systemy Teleinformatyczne S.A. – jednostka projektująca, dostarczająca i integrująca środowiska telekomunikacyjne i teleinformatyczne w przedsiębiorstwach. Źródła danych wykorzystane do badań to sprawozdania finansowe (skonsolidowane bilanse oraz rachunki zysków i strat) wybranych spółek z lat 2006 – 2010. W celu oszacowania kapitału intelektualnego w branży wysokich technologii wykorzystano metodę VAIC (Value Creation Efficiency Analysis czyli Analizę Efektywności Tworzenia Wartości Przedsiębiorstwa). Ze względu na niedoskonałość tradycyjnego systemu rachunkowo – księgowego, który nie odpowiada obrazowi dzisiejszej gospodarki autor metody – A. Pulic, stworzył możliwość wyznaczenia wskaźnika wartości dodanej przy wykorzystaniu aktywów materialnych i niematerialnych [Kowalik 2004]. VAIC jest jedną z najpopularniejszych metod stosowanych w Europie, o czym świadczą chociażby badania przeprowadzone w 2005 przez firmę konsultingową A.D.Little. Opisywana metoda zajęła drugą pozycję tuż za Strategiczną Kartą Wyników w badaniach dotyczących popularności metod pomiaru kapitału intelektualnego [Śliwa i Ujwary-Gil 2006]. Ta prosta (do wykonania pomiaru wystarczą dane zawarte w sprawozdaniach finansowych) a zarazem uniwersalna w zastosowaniu metoda, umożliwia porównanie nie tylko rozmaitych firm, ale również całych krajów. 285 Katarzyna Łyduch, Piotr Cymanow Metoda VAIC składa się z pięciu etapów [Kicińska 2006]: Etap I Obliczenie wartości dodanej przedsiębiorstwa VA (value addend) VA = OUT – IN, gdzie: OUT (output) – wyniki przedsiębiorstwa, IN (input) – nakłady przedsiębiorstwa. Przez wartość dodaną należy rozumieć różnicę między wynikami a nakładami przedsiębiorstwa. Wynikami są wszystkie przychody uzyskane ze sprzedaży wyrobów i usług przedsiębiorstwa, zaś nakłady to wszystkie wydatki poza tymi dotyczącymi kapitału ludzkiego. Do obliczeń wykorzystano odpowiednie pozycje z rachunku zysków i strat poszczególnych spółek. Wartość OUT i IN stanowią średnią arytmetyczną wybranych spółek. Autor metody zakłada aktywną rolę pracowników w kreowaniu wartości, dlatego też wydatki z nimi związane nie powinny być uznawane za koszty. Etap II Obliczenie efektywności wykorzystania kapitału finansowego w tworzeniu wartości dodanej VACA (value addend capital coefficient) VACA= VA , gdzie:CE (capital employed) – kapitał własny przedsiębiorstwa. CE CE w poszczególnych latach stanowi średnią arytmetyczną pozycji bilansowej „kapitał własny razem” badanych spółek. Etap III Obliczenie efektywności wykorzystania kapitału ludzkiego VAHU (human capital coefficient) VAHU = VA , gdzie: HC (human capital) – kapitał ludzki. HC Wartość kapitału ludzkiego jest równa sumie wszystkich wydatków poniesionych na pracowników (wynagrodzenia oraz wszelkie inne świadczenia). Źródłem tych informacji są koszty według rodzajów ujęte w sprawozdaniach finansowych badanych spółek. Etap IV Obliczenie efektywności wykorzystania kapitału strukturalnego STVA (structural capital efficiency) - HC SC , gdzie: SC (structural capital) – kapitał strukturalny. = STVA VA = VA VA Pulic zgodnie z założeniami Edvinssona przyjmuje, iż kapitał strukturalny jest różnicą pomiędzy kapitałem intelektualnym a kapitałem ludzkim, a jego wartość jest równa wartości dodanej pomniejszonej o wartość kapitału ludzkiego. 286 Metoda VAIC jako narzędzie wyceny potencjału intelektualnego… Etap V Obliczenie wskaźnika efektywności tworzenia wartości VAIC (value added intellectual coefficient) VAIC = VACA + VAHU + STVA Należy zaznaczyć, iż stosowana metoda daje uproszczony model rzeczywistości, odwołuje się ona do jednego modelu biznesowego, natomiast w rzeczywistości firma może prowadzić działalność na bardziej lub mniej rozbudowanym portfelu modeli biznesowych. Otrzymane wyniki mają zatem charakter przybliżony i wskazują na ogólne tendencje. Kompleksowa wycena kapitału intelektualnego i ludzkiego wymagałaby pogłębionych analiz i studiów, w tym skorzystania z wewnętrznych systemów zarządczych firmy, a także rozmów i wywiadów z kadrą zarządzającą. WYNIKI I DYSKUSJA W analizowanym okresie zaobserwowano wzrost kapitału własnego (CE) oraz kapitału ludzkiego (HC), co przełożyło się także na analogiczną aprecjację wartości dodanej (VA). Kapitał strukturalny (SC) badanych spółek przez okres pięciu analizowanych lat pozostaje praktycznie na niezmienionym poziomie – około 13,7 – 17,7 mln PLN (rys. 1). 180 Wartość w mln PLN 160 140 120 VA 100 CE 80 HC 60 SC 40 20 0 2006 2007 2008 2009 2010 Rok Rys. 1. Wartości poszczególnych zasobów analizowanych spółek w badanym okresie. Źródło danych: Opracowanie własne na podstawie sprawozdań finansowych badanych spółek akcyjnych W badanym okresie współczynnik VAIC ulegał systematycznej deprecjacji, co świadczy o malejącej dynamice efektywności wykorzystania aktywów 287 Katarzyna Łyduch, Piotr Cymanow Efektywność wykorzystania zasobów materialnych oraz kapitału intelektualnego w procesie kreowania wartości spółki, wraz ze wzrostem wartości tych aktywów. Każda kolejna jednostka nakładów rzeczowych lub finansowych nie była bowiem w stanie wygenerować wartości dodanej na poziomie podobnym do roku wcześniejszego, stąd w każdym kolejnym roku obserwowano spadek tej wartości względem przyjętej bazy. Efektywność wykorzystania kapitału ludzkiego (VAHU) utrzymuje się na dość wysokim poziomie wynosząc w ciągu badanego okresu ok. 1,1 – 1,3. Warto zaznaczyć, iż pomimo spadku tego wskaźnika w całym badanym okresie, w 2010 roku na każde 100 PLN pochodzące z zaangażowanego w spółce kapitału własnego, wygenerowano wartość dodaną w wysokości 65 PLN, z kapitału ludzkiego 113 PLN, zaś z kapitału strukturalnego jedynie 12 PLN. Ogółem każde 100 PLN pochodzące z zaangażowanego w spółkach kapitału własnego, kapitału ludzkiego i strukturalnego, kształtowało wartość dodaną w wysokości 190 PLN. Łatwo zauważyć, iż niezależnie od sytuacji około rynkowej, kapitał ludzki jest głównym czynnikiem sprawczym, jeśli chodzi o owocne funkcjonowanie spółek sektora informatycznego. Potwierdza się zatem zależność utrzymania wskaźnika wykorzystania kapitału intelektualnego na wysokim poziomie, nawet w obliczu światowego kryzysu, przy równoczesnym spadku wykorzystania efektywności kapitału finansowego (rys. 2). 2,50 2,00 VACA VAHU STVA VAIC 1,50 1,00 0,50 0,00 2006 2007 2008 2009 2010 Rok Rys. 2. Pomiar efektywności wykorzystania zasobów w sektorze informatycznym. Źródło danych: Opracowanie własne na podstawie sprawozdań finansowych badanych spółek akcyjnych Widać zatem, iż badane spółki budują własną pozycję konkurencyjną na potencjale intelektualnym swoich pracowników i zasobach niematerialnych. Tradycyjne zasoby finansowe i ich mierniki nie odzwierciedlają rzeczywistych zdolności tych przedsiębiorstw do tworzenia wartości dodanej. Odzwierciedleniem takim może być wysokość kapitału ludzkiego zgromadzona w omawianych sektorach. Ogółem w badanych 4 spółkach wartość kapitału ludzkiego została w 2010 roku oszacowana na poziomie 288 Metoda VAIC jako narzędzie wyceny potencjału intelektualnego… 104,11 mln PLN, podczas gdy jeszcze w 2006 roku wynosiła jedynie 46,71 mln PLN. Świadczy to o wysokiej świadomości zarządzających spółkami omawianego sektora w zakresie konieczności budowania przewag konkurencyjnych poprzez intensyfikację działań inwestycyjnych w obszarze zasobów ludzkich. WNIOSKI Różnorodność metod i opracowań dotyczących wyceny kapitału intelektualnego umożliwia każdej organizacji, niezależnie od specyfiki działalności, na oszacowanie swojego potencjału intelektualnego. Należy podkreślić, iż zasoby intelektualne będące sumą wiedzy pracowników i ich umiejętności, w stopniu większym niż tradycyjne aktywa rzeczowe, przynoszą korzyści finansowe przedsiębiorstwu. Świadczy o tym udział wskaźnika efektywności zaangażowanego kapitału ludzkiego w kreowaniu wartości dodanej przedsiębiorstwa. Kapitał intelektualny przy założeniach metody VAIC, nie zachowuję się w obliczu kryzysu tak jak zasoby finansowe i nie podlega podobnym tendencjom. Menedżerowie świadomie zarządzający kapitałem intelektualnym mają realny wpływ na kreowanie wartości spółki, a ocena zasobów intelektualnych i prawidłowa interpretacja wyników, jest istotnym punktem odniesienia podczas ustalania strategii organizacji. Otrzymane wskaźniki efektywności kapitału intelektualnego w badanych spółkach są nie tylko próbą przedstawienia w sposób liczbowy wiedzy, doświadczenia i umiejętności pracowników, ale także ujmują dynamikę przemian dotyczących posiadanych zasobów. Na sukces firmy składa się wiele czynników, takich jak procesy i kultura organizacji, relacje z otoczeniem, kapitał strukturalny, ale to człowiek jest ogniwem, który łączy wszystkie elementy wykorzystując ich potencjał. Kapitał intelektualny pozwala budować pozycję lidera, jednakże utrzymanie przewagi wymaga ciągłych inwestycji w omawianym obszarze. 289 Katarzyna Łyduch, Piotr Cymanow LITERATURA Dobija D. 2003. Pomiar i sprawozdawczość kapitału intelektualnego przedsiębiorstwa, Wydawnictwo Wyższej Szkoły Przedsiębiorczości i Zarządzania im. Leona Koźmińskiego, Warszawa. Edvinsson L., Malone M.S. 2001. Kapitał intelektualny, PWN, Warszawa. Kicińska M. 2006. Światowe standardy wyceny kapitału intelektualnego [w:] Kasiewicz S., Kicińska M. Kowalik A. 2004, Kapitał Intelektualny – czy to działa?, Magazyn CFO 2/2004, wydanie internetowe, http://cfo.cxo.pl/artykuly/42142/Kapital.intelektualny.czy. to.dziala.html (01.02.2012) Pocztowski A. 2007. Zarządzanie zasobami ludzkimi, Polskie Wydawnictwo Ekonomiczne, Warszawa. Śliwa K.R., Ujwary - Gil A. 2006. Metoda VAIC w ocenie efektywności wykorzystania zasobów przedsiębiorstwa, Organizacja i Kierowanie nr 2, Wydawca Komitet Nauk Organizacji i Zarządzania Polskiej Akademii Nauk Adres do korespondencji: Piotr Cymanow, Katarzyna Łyduch Instytut Ekonomiczno–Społeczny, Zakład Ekonomiki i Organizacji Rolnictwa Uniwersytet Rolniczy w Krakowie al. Mickiewicza 21, 31-120 Kraków e-mail: [email protected], [email protected] 290 Halina Pawlak Agata Pisarek EPISTEME 15/2012 s.291-298 ISSN 1895-4421 ZRÓŻNICOWANIE PRZESTRZENNE TERENÓW WIEJSKICH KRAKOWSKIEGO OBSZARU METROPOLITALNEGO I RZESZOWSKIEGO OBSZARU METROPOLITALNEGO ZE WZGLĘDU NA POZIOM ŻYCIA MIESZKAŃCÓW SPATIAL DIVERSITY OF RURAL AREAS IN THE KRAKOW METROPOLITAN AREA AND RZESZOW METROPOLITAN AREA DUE TO THE LEVEL OF LIFE Abstrakt. Celem pracy było przedstawienie poziomu życia mieszkańców terenów wiejskich gmin położonych w obszarach metropolitalnych. Do badań wybrano dwa obszary metropolitalne różniące się wielkością miasta centralnego (KOM i ROM). Analiza porównawcza potrzeb przyjętych do badań wykazała, że na poziom życia mieszkańców terenów wiejskich ma wpływ wielkość miasta centralnego obszaru metropolitalnego. Słowa kluczowe: poziom życia, obszary wiejskie, KOM, ROM Abstract. The aim of the study was to shown the level of living of inhabitants in rural local authorities in metropolitan areas. In the study we selected two metropolitan areas with varying central city (Krakow metropolitan area and Rzeszow metropolitan area). Comparative analysis of needs adopted for the research shown that the level of living in rural areas is influenced by the size of the central city of the metropolitan area. Key words: level of living, rural areas, KOM, ROM 291 Halina Pawlak, Agata Pisarek WSTĘP Badania poziomu życia mogą być istotnym wskaźnikiem poziomu zaspokojenia potrzeb człowieka. Mogą więc posłużyć jako wskaźnik zróżnicowania przestrzennego życia mieszkańców obszarów wiejskich, na których przemiany silnie oddziałują procesy urbanizacyjne. Brak jest jednolitej definicji obszarów wiejskich Polsce. W celu wyodrębnienia terenów wiejskich przyjmuje się różne kryteria: administracyjne, demograficzne, lub ekonomiczno- społeczne [Roszkowska-Mądra 2010]. Kryterium administracyjne wyszczególnia te tereny, które są poza granicami miast (gminy wiejskie lub części wiejskie gmin miejsko-wiejskich) [GUS 2012]. Ta definicja ma obecnie powszechne zastosowanie, choć inne definicje dodatkowo opierają się na kryterium demograficznym, sposobie użytkowania ziemi, rodzaju i rozmieszczeniu zabudowy, zachowaniu naturalnego krajobrazu [Bański 2002]. Jednym z kryteriów podziału może być analiza funkcjonalna obszarów wiejskich, gdzie istotnym elementem jest ich położenie w obszarze metropolitalnym. Postępujący rozwój miast powoduje koncentrację ludności w regionach miejskich, rozpowszechnianie się pozarolniczych źródeł utrzymania, przyswajanie miejskich standardów oraz zwyczajów [Szymańska 1995]. Na terenach wiejskich wchłoniętych do obszarów metropolitalnych, przemiany funkcjonalne, zmiany w strukturze ludnościowej, charakterze krajobrazu są dużo bardziej widoczne niż na terenach wiejskich położonych poza tym obszarem. Mimo to obszary te w dalszym stopniu zachowują funkcje ściśle utożsamiane z wsią (produkcja żywności, funkcja rekreacyjna) [Bański 2008]. Poziom życia traktowany jest jako stopień zaspokojenia potrzeb ludzkich wynikający z konsumpcji dóbr i usług [Bywalec 1983]. Ostasiewicz [2002] definiuje poziom życia jako relacje pomiędzy potrzebami ludzkimi a dobrami konsumpcyjnymi i usługami wykorzystanymi do zaspokojenia tych potrzeb. W celu zbadania poziomu życia, przyjmuje się grupy potrzeb służących jego zaspokojeniu. W literaturze spotyka się wiele kategorii potrzeb, najczęściej wymieniane to: mieszkaniowe, konsumpcyjne, warunki pracy, dostęp do infrastruktury socjalnej w zakresie zdrowia, oświaty, kultury, dostęp do usług, jakość środowiska naturalnego [Bywalec 1983, Zeliaś 2004]. Celem badań jest określenie wpływu wielkości miasta centralnego na poziom życia mieszkańców gmin wiejskich znajdujących się w obszarze metropolitalnym. 292 Zróżnicowanie przestrzenne terenów wiejskich krakowskiego obszaru metropolitalnego… MATERIAŁ I METODY Badaniami objęto tereny wiejskie gmin Krakowskiego Obszaru Metropolitalnego (KOM) i Rzeszowskiego Obszaru Metropolitalnego (ROM). Zasięg KOM przyjęto na podstawie delimitacji dokonanej przez Zborowskiego i in. [2010], według tego podziału do KOM zaliczono 52 gminy. Zasięg ROM oparto na delimitacji przeprowadzonej przez Unię Metropolii Polskich oraz Porozumienie Partnerskie, podpisane przez starostów powiatów w 2005 roku. Granice ROM obejmują 41 gmin w sześciu powiatach ziemskich: rzeszowski, ropczycko-sędziszowski, kolbuszowski, łańcucki, strzyżowski i dębicki oraz jeden powiat grodzki: miasto Rzeszów [Solecki 2007]. Do analizy wykorzystano dane liczbowe dostępne w Banku Danych Lokalnych GUS. Badanie pomiaru poziomu życia przeprowadzono przy zastosowaniu do analizy czterech rodzajów potrzeb – warunki mieszkaniowe, oświata i kultura, zabezpieczenie społeczne, środowisko naturalne (tab. 1). Miernik Wyszczególnienie Lata Stymulanta/ destymulanta Warunki mieszkaniowe Powierzchnia mieszkaniowa przypadająca na 1 osobę 2010 Stymulanta Warunki mieszkaniowe Odsetek mieszkań wyposażonych w centralne ogrzewanie 2010 Stymulanta Warunki mieszkaniowe Odsetek ludności obsługiwanych przez wodociągi wśród ludności ogółem 2010 Stymulanta Oświata i kultura Liczba przedszkoli na 10 000 mieszkańców 2010 Stymulanta Oświata i kultura Czytelnicy bibliotek publicznych na 1000 ludności 2010 Stymulanta Oświata i kultura Uczniowie szkół podstawowych przypadający na 1 komputer z dostępem do Internetu przeznaczony do użytku uczniów 2010 Stymulanta Zabezpieczenie społeczne Odsetek zgonów niemowląt na 1000 urodzeń żywych 20062010 Destymulanta Zabezpieczenie społeczne Liczba aptek na 10 000 osób 2010 Stymulanta Zabezpieczenie społeczne Liczba bezrobotnych zarejestr. na 1000 ludności w wieku produkcyjnym, cała gmina 2010 Destymulanta Środowisko naturalne Odsetek ludności korzystający z sieci kanalizacyjnej wśród ludności ogółem 2010 Stymulanta Środowisko naturalne Odsetek powierzchni gmin objętych planami zagospodarowania przestrzennego 2010 Stymulanta Tab. 1. Zestaw zmiennych cząstkowych przyjętych do analizy. Źródło: opracowanie własne 293 Halina Pawlak, Agata Pisarek W celu przedstawienia syntetycznej oceny poziomu życia w gminach KOM i ROM zastosowano wskaźnik Perkala. Dokonano obliczeń wartości średniej i odchylenia standardowego poszczególnych cech użytych w czterech grupach potrzeb, a następnie wyliczono miarę cząstkową według następującego wzoru: gdzie: yij - standaryzowana wartość j – tej cechy dla i – tego obiektu, xij - standaryzowana wartość j – tej cechy dla i – tego obiektu, xi - średnia arytmetyczna wartości i –tej cechy, Sj - odchylenia standardowe wartości j –tej cechy. Miary cząstkowe były podzielone na stymulanty i destymulanty. W celu ujednolicenia kierunku badań destymulanty były przekształcane na stymulanty poprzez przemnożenie tych miar cząstkowych przez -1. Dla każdej potrzeby dokonano wyliczenia wskaźnika Perkala poprzez zsumowanie miar cząstkowych poszczególnych cech. Następnie wyliczony wskaźnik poddano normalizacji tak, aby uzyskał wartości w przedziale <0,1>, w tym celu zastosowano wzór: gdzie: zij – wartość standaryzowana znormalizowana dla i-tego obiektu i j-tej cechy yij – wartość standaryzowana dla i-tego obiektu i j-tej cechy Kolejnym etapem było obliczenie wskaźnika syntetycznego dla wszyst-kich grup potrzeb. W tym celu zastosowano metodę sumowania znormalizowanych wartości WSqi=∑zij , gdzie WSqi to wartość wskaźnika syntetycznego wszystkich grup potrzeb i-tej jednostki przestrzennej. Zestawienie syntetyczne dla gmin KOM i ROM pozwoliło na wyszczególnienie czterech klas poziomu życia. Klasyfikacji dokonano według następujących formuł: gdzie: - średnia arytmetyczna wartości wskaźnika syntetycznego wszystkich grup potrzeb i-tej jednostki przestrzennej. 294 Zróżnicowanie przestrzenne terenów wiejskich krakowskiego obszaru metropolitalnego… Badanie obejmowało dwa warianty danych. Wariant I dotyczył danych dla obszarów wiejskich w analizowanych obszarach metropolitalnych. W wariancie II brane były pod uwagę całe gminy wiejskie oraz miejskowiejskie leżące w KOM i ROM. WYNIKI I DYSKUSJA Ujęcie syntetyczne poziomu życia obszaru KOM wskazuje na zwarty obszar gmin położonych na północny zachód od Krakowa, gdzie wartość tego wskaźnika jest najwyższa. Do tej klasy zalicza się również większość gmin miejsko-wiejskich, a także kilka gmin położonych na południe od Krakowa (wariant II). Niewielkie zróżnicowanie poziomu życia występuje w rejonie północno-wschodnim, gdzie poziom życia jest najniższy. Dotyczy to również gmin bezpośrednio przylegających do Krakowa. Inaczej przedstawia się rozkład poziomu życia w analizie wskaźników w wariancie I. Większość gmin, z wyjątkiem Bochni i Niepołomic, na których terenie wiodącym ośrodkiem jest małe miasto, osiągnęła stosunkowo niskie wartości (klasa III i IV). Na uwagę zasługują cztery gminy: Michałowice, Wielka Wieś, Zielonki, Zabierzów. Poziom życia w tych gminach jest wysoki w obu wariantach (ryc.1). Najwyższy poziom życia w ROM występuje na obszarach wiejskich bezpośrednio przyległych do Rzeszowa oraz w niewielkiej od niego odległości (wariant I). Obszary wiejskie w północnej oraz północno-zachodniej części ROM również cechują się wysokim poziomem życia mieszkańców. Najniższy poziom życia mieszkańców obszarów wiejskich występuje w pasie gmin biegnący od Pilzna, przez Ropczyce, aż po Kolbuszową oraz w południowej części ROM. Sytuacja ulega nieco zmianie, kiedy bierze się pod uwagę wariant II. Nadal najwyższy poziom życia mieszkańców występuje w gminach będących pod bezpośrednim oddziaływaniem Rzeszowa. Wskaźnik poziomu życia wzrósł w gminie Kolbuszowa (z klasy IV do klasy I), Sędziszów Małopolski oraz we wszystkich gminach powiatu strzyżowskiego. Natomiast spadek tego wskaźnika wystąpił w gminie Dębica, Żyraków, Trzebownisko i Niwiska. Najniższy poziom życia mieszkańców według gmin występuje w zachodniej oraz południowo-wschodniej części ROM (ryc.1.). Analiza porównawcza poziomu życia mieszkańców terenów wiejskich (wariant I) w badanych obszarach metropolitalnych wskazuje na duże zróżnicowanie przestrzenne dla tego wskaźnika. Najwyższe wartości występują w KOM, który posiada więcej gmin zaliczonych do klasy I niż ROM. Należy też zaznaczyć, iż w ROM także występują obszary cechujące się wysokim poziomem życia mieszkańców (klasa I), ale nie osiągają one tak wysokich wartości jak w KOM. Najniższe wartości wskaźnika syntetycznego 295 Halina Pawlak, Agata Pisarek również występują w KOM, w gminach położonych na północny-wschód od Krakowa. Dotyczą one obszarów wiejskich o dominującej funkcji rolniczej. W przypadku badań uwzględniających dane dla wariantu II, rozpiętość wartości między maksymalną a minimalną jest mniejsza, a także w przypadku ROM wzrasta liczba gmin o najwyższym poziomie życia. Na taką zmianę mają wpływ szczególnie mierniki określane jako zaspokojenie potrzeb związanych z oświatą i kulturą, a także zabezpieczeniem społecznym. Głównie dotyczy to aptek i bibliotek, które zlokalizowane w miastach służą mieszkańcom całej gminy. Ryc. 1. Poziom życia mieszkańców KOM i ROM. Źródło: Opracowanie własne na podstawie danych z BDL 2012. Miasta: 1- Kraków, 2- Alwernia , 3- Miechów, 4- Bochnia, 5- Myślenice , 6- Rzeszów, 7-Dębica, 8- Kolbuszowa, 9- Łańcut, 10- Dynów W obu wariantach zróżnicowanie przestrzenne poziomu życia w ROM ma rozkład koncentryczny. W przeciwieństwie do KOM, który posiada rozkład liniowy. Widoczna jest historyczna linia zaborów, która wydziela obszar gmin położonych na północ od Krakowa charakteryzujących się niskim poziomem życia mieszkańców w obu wariantach. 296 Zróżnicowanie przestrzenne terenów wiejskich krakowskiego obszaru metropolitalnego… WNIOSKI • Poziom życia na obszarach metropolitalnych jest zróżnicowany choć wskaźnik ten jest wyższy w gminach graniczących z miastem centralnym. Najwyższy poziom życia mieszkańców znajduje się na obszarach wiejskich Krakowskiego Obszaru Metropolitalnego. W Rzeszowskim Obszarze Metropolitalnym rozpiętość wskaźnika syntetycznego jest mniejsza niż w KOM, wskazuje to, iż mniejsze miasto centralne (Rzeszów) w mniejszym stopniu oddziałuje na poziom życia mieszkańców w gminach obszaru metropolitalnego. • Wielkość miasta centralnego oddziałuje na poziom życia mieszkańców obszarów wiejskich znajdujących się w obszarze metropolitalnym. • Duży wpływ na poziom życia mieszkańców obszarów wiejskich mają również małe ośrodki miejskie będące siedzibami gmin (Kolbuszowa, Strzyżów, Głogów w ROM, oraz Miechów, Alwernia, Krzeszowice, Myślenice, Dobczyce w KOM). • Gminy silne zachowały wysoki poziom życia w obu wariantach, w niektórych gminach poziom życia uzależniony jest od dostępu do oświaty, kultury i usług znajdujących się w ośrodku miejskim będącym siedzibą gminy miejsko-wiejskiej, natomiast gminy słabe w obu przypadkach posiadają niski poziom życia mieszkańców, lokalny ośrodek miejski nie wpłynął na poziom życia mieszkańców tych gmin. 297 Halina Pawlak, Agata Pisarek LITERATURA Bański J. 2002. Geografia wsi – nowa dyscyplina badawcza polskiej geografii. Przegl. Geogr, 74, 3, s.367-379 Bański J. 2008. Współczesny rozwój obszarów wiejskich- wybrane procesy społeczne i ekonomiczne. Woda- Środowisko- Obszary Wiejskie, t.8, z.1, s.7-28 Bywalec Cz. 1983. Konsumpcja- poziom życia- sposób życia: Kontrowersje terminologiczne, [w:] Zeszyty Naukowe Akademii Ekonomicznej w Krakowie. Seria Specjalna: Monografie, nr 70, Kraków Chojnicki Z. Czyż T. 1992. Struktura poziomu życia w systemie regionalnym Polski. [w:] Z. Chojnicki, T. Czyż (red.) Współczesne problemy geografii społeczno ekonomicznej Polski. Seria Geographica, nr 55, Poznań Ostasiewicz W. (red) 2002. Metodologia pomiaru jakości życia. Wydawnictwo Akademii Ekonomicznej, Wrocław Roszkowska-Mądra N. 2010. Obszary wiejskie o niekorzystnych warunkach gospodarowania w aspekcie ich zrównoważonego rozwoju. Wydawnictwo Uniwersytetu w Białymstoku, Białystok Solecki S. 2007. Zmiany funkcjonalno-przestrzenne w Rzeszowie w warunkach metropolizacji. [w:] M. Malikowski, S. Solecki (red.) Przemiany przestrzenne w dużych miastach Polski i Europy Środkowo-Wschodniej. Nomos, Kraków Szymańska D. 1995. Zjawisko urbanizacji i jej konsekwencje [w:] J. Turło (red). Badania środowiska. Wydawnictwo Naukowe UMK, Toruń, s.71-79 Zborowski A. Chaberko T. Grad N. Kretowicz P. 2010. Delimitacja Krakowskiego Obszaru Metropolitalnego. [w:] Badanie funkcji, potencjału oraz trendów rozwojowych miast w województwie małopolskim, Kraków, s. 517 – 543 Zelias A. (red.) 2004. Poziom życia w Polsce i krajach Unii Europejskiej. Polskie Wyd. Ekonomiczne, Warszawa Adres do korespondencji: Halina Pawlak, Agata Pisarek Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej Zakład Geografii Ludności, Osadnictwa i Rolnictwa Uniwersytet Jagielloński e-mail: [email protected], [email protected] Opiekun naukowy: dr hab. Andrzej Zborowski, dr hab. Maria Soja 298 Monika Szafrańska EPISTEME 15/2012 s.299-307 ISSN 1895-4421 EDUKACJA FINANSOWA JAKO ELEMENT REALIZACJI IDEI SPOŁECZNEJ ODPOWIEDZIALNOŚCI BANKÓW W POLSCE FINANCIAL EDUCATION AS AN ELEMENT IF IMPLEMENTATION OF CORPORATE SOCIAL RESPONSIBILITY IDEA OF BANKS IN POLAND Abstrakt. Celem pracy jest charakterystyka wybranych inicjatyw edukacyjnych w zakresie świadomości finansowej konsumentów, realizowanych przez banki w ramach koncepcji społecznej odpowiedzialności biznesu. Jak wynika z prze-prowadzonej analizy, banki działające w polskim sektorze bankowym podejmują różnorodne działania na rzecz zwiększenia świadomości finansowej obywateli (mecenat nad akcjami, działalność własnych fundacji, kursy i szkolenia, warsztaty, udostępnienie specjalnych narzędzi na stronach internetowych instytucji finan-sowych). Odbiorcami większości inicjatyw są dzieci i młodzież. Problemem jest zbyt mała liczba działań w zakresie edukacji dorosłych, zwłaszcza dla osób o niskich dochodach i niskim poziomie wykształcenia. Głównym kanałem przekazywania informacji z zakresu edukacji finansowej jest Internet, co znacznie zawęża grono potencjalnych odbiorców, zwłaszcza w warunkach współzależności zjawisk wykluczenia finansowego i „cyfrowego”. Słowa kluczowe: edukacja finansowa, Społeczna Odpowiedzialność Biznesu Summary. The aim of the paper is providing characteristics of selected educational initiatives in the sphere of financial awareness of customers, realized by banks as a part of corporate social responsibility concept. As results from conducted analysis, banks operating in Polish banking sector undertake various activities aimed at widening financial awareness of the citizens (stocks sponsorship, activities of their own foundations, trainings and courses, workshops, making available special tools on websites of financial institutions).The recipients of a majority of the initiatives are children and young people. The problem is too few initiatives in the area of adult education, particularly for persons with low incomes and low level of education. The main channel of the information transfer in the area of financial education is Internet, which greatly narrows the group of potential recipients, especially in conditions of interdependence of financial and “digital” exclusion. Key words: financial education, Corporate Social Responsibility 299 Monika Szafrańska WSTĘP Wiedza finansowa to zdolność konsumentów do podejmowania świadomych wyborów w zarządzaniu pieniędzmi [Samy 2008]. Z kolei, według O’Connell’a [2007] wiedza finansowa to zdolność do analizowania, zarządzania i komunikacji w zakresie finansów osobistych. Obecnie, solidna wiedza na temat finansów osobistych jest niezbędną umiejętnością funkcjonowania w nowoczesnym społeczeństwie. Zwiększenie w społeczeństwie świadomości finansowej umożliwiają różnorodne działania w ramach edukacji finansowej, prowadzone przez różne instytucje. Znaczna część inicjatyw w naszym kraju, związanych ze wzrostem umiejętności finansowych obywateli prowadzona jest przez banki komercyjne, które w ramach realizowanej strategii społecznej odpowiedzialności biznesu, obok działań na rzecz ochrony środowiska, kultury, sportu czy prowadzenia akcji charytatywnych, podejmują działania na rzecz edukacji finansowej konsumentów [Kitala, Matuszyk, Nowak 2011]. Celem pracy jest charakterystyka wybranych inicjatyw edukacyjnych w zakresie świadomości finansowej konsumentów, realizowanych przez banki w ramach koncepcji społecznej odpowiedzialności instytucji finansowych. Zagadnienie edukacji finansowej, wydaję się być bardzo istotne w warunkach dynamicznych zmian na rynkach finansowych. MATERIAŁ I METODY Do realizacji celu pracy wykorzystano źródła pierwotne i wtórne. Badania rynkowe przeprowadzono w ramach projektu badawczego „Czynniki determinujące poziom wiedzy finansowej mieszkańców obszarów wiejskich na przykładzie Małopolski” (Praca naukowa finansowana ze środków na naukę w latach 2009-2011, jako projekt badawczy). Badania przeprowadzono na grupie 1000 losowo wybranych respondentów. W pracy wykorzystano również Raport „Odpowiedzialny biznes w Polsce 2011. Dobre praktyki” opracowany przez Forum Odpowiedzialnego Biznesu oraz Raport Fundacji Kronenberga „Stan wiedzy finansowej Polaków”. Poza tym, literaturę z zakresu etyki biznesu i integracji społecznej oraz informacje dotyczące działań edukacyjnych, zawartych na stronach internetowych banków. Zastosowano metodę pionową oraz opisową. SPOŁECZNA ODPOWIEDZIALNOŚĆ BANKÓW Pojęcie CSR (Corporate Social Responsibility) pojawiło się już w latach siedemdziesiątych ubiegłego wieku i zyskało popularność głównie w USA, Japonii i krajach Europy Zachodniej. W Polsce koncepcję CSR 300 Edukacja finansowa jako element realizacji idei społecznej odpowiedzialności… w przedsiębiorstwach zaczęto wdrażać po transformacji ustrojowej w 1989 roku. Idea społecznie odpowiedzialnego biznesu to dobrowolne działania podmiotów wykraczające poza wymogi i regulacje prawne. Działania te mają na celu budowanie trwałych relacji na płaszczyźnie przedsiębiorstwo-interesariusze. Do problematyki CSR szczególną wagę przywiązuje Unia Europejska, która traktuje tę koncepcję jako istotny element polityki zrównoważonego rozwoju i poprawy konkurencyjności gospodarek europejskich na rynkach międzynarodowych w dłuższym horyzoncie czasowym. Komisja Europejska definiuje CSR jako „koncepcję, zgodnie z którą przedsiębiorstwa dobrowolnie uwzględniają problematykę społeczną i ekologiczną w swojej działalności komercyjnej i w stosunkach z zainteresowanymi stronami [Gostomski 2009]. Popularność CSR w biznesie wynika z faktu, iż koncepcja ta przynosi wymierne korzyści nie tylko w krótkim czasie, ale przede wszystkim w dłuższym okresie, co z perspektywy ciągłości i stabilności istnienia banku jest niezwykle istotne. Wśród korzyści, jakie niesie społecznie odpowiedzialny biznes można wymienić [Korpus 2006]: • pozytywny wizerunek banku na zewnątrz, • wzrost konkurencyjności na rynku, • większe zainteresowanie inwestorów, • wzrost efektywności działalności, • niskobudżetowe źródło reklamy, • społecznie akceptowalną działalność. Kluczowe znaczenie w koncepcji społecznej odpowiedzialności biznesu ma pojęcie „grup interesu” (interesariuszy). Tworzą je pojedyncze osoby lub grupy osób, instytucje i środowisko naturalne wywierające wpływ na przedsiębiorstwo i jednocześnie będące przedmiotem oddziaływania przedsiębiorstwa. Interesariusze mają różne oczekiwania wobec przedsiębiorstwa [Gostomski 2009]. W działalności przedsiębiorstwa bankowego można wyróżnić kilka obszarów aktywności na rzecz interesariuszy w ramach działań CSR. Jednym z obszarów działalności jest otoczenie rynkowe. Wyrazem przyjęcia CSR jest stosowanie zasad etyki w kontaktach z otoczeniem, posługiwanie się uczciwą informacją i reklamą, realizowanie właściwych reguł w procesach prywatyzacji i fuzjach. Kolejną domeną są relacje z inwestorami. CSR w tym obszarze to rzetelna i pełna informacja dla inwestorów (akcjonariuszy – banki zorganizowane na zasadach spółki akcyjnej, udziałowców – banki spółdzielcze), przestrzeganie praw pierwokupu, przestrzeganie składanych obietnic. Następny obszar to klienci. Realizacja koncepcji CSR w tej domenie polega na oferowaniu produktów finansowych po korzystnych cenach, ułatwiających osiąganie sukcesów w działalności biznesowej i przyczyniających się do 301 Monika Szafrańska poprawy standardu życia. Przykładem działań o tym charakterze jest Kodeks Etyki stworzony przez Credit Agricole Bank Polska SA. Założeniem kodeksu jest m. in. troska o zachowanie wysokich standardów przy wykonywaniu powierzonych zadań, przestrzeganie tajemnicy bankowej oraz udzielanie klientom jasnej i czytelnej informacji o cechach i ryzykach sprzedawanych produktów bankowych. Kodeks kierowany jest do pracowników banków oraz do osób świadczących pracę na rzecz Banku. Czwarty obszar to pracownicy banku. Kapitał ludzki i związany z nim kapitał intelektualny to kluczowe zasoby współczesnych przedsiębiorstw. W obszarze praktyk/aspektów pracowniczych zawierają się kwestie związane z wykonywaniem pracy na rzecz firmy, CSR w ramach polityki rekrutacji, zatrudnienia, wynagrodzenia oraz awansu. W skład tego obszaru wchodzą również wszelkie praktyki wpływające na warunki pracy, tkj. bezpieczeństwo, ochrona zdrowia, czas pracy oraz rozwój i szkolenie pracowników [Raport. Odpowiedzialny (…) 2011]. CSR w tym module to przestrzeganie w zarządzaniu zasobami ludzkimi w przedsiębiorstwie zasady podmiotowości pracowników, sprawiedliwości społecznej, umożliwienie szans na rozwój osobowościowy, gwarancji poczucia stabilizacji i bezpieczeństwa. Przykładem inicjatywy o tym charakterze jest program „Dzielmy się wiedzą” realizowany przez Credit Agricole Bank Polska SA w 2011 roku. Celem programu było upowszechnienie wiedzy bankowej i finansowej wśród pracowników. Program obejmował warsztaty, szkolenia oraz powstanie biblioteki firmowej. W omawianym okresie, podczas 51 spotkań, odbyły się szkolenia dotyczące 12 tematów, w których wzięło udział ponad 500 osób [www.credit-agricole.pl]. Ostatnią domeną jest społeczeństwo. Ten moduł CSR obejmuje działalność ekologiczną banków (green banking, green initiative) oraz finansowanie i wparcie przedsięwzięć umożliwiających poprawę jakości życia obywateli (ochrona zdrowia, kultura i sztuka, sport, pomoc społeczna, edukacja). Społeczna odpowiedzialność instytucji finansowych w Polsce kształtuje się pod wpływem szeregu determinant. P. Kulawczuk [2009] czynniki determinujące społeczną odpowiedzialność banków dzieli na dwie grupy: czynniki negatywne i pozytywne. Determinanty o charakterze negatywnym to te uwarunkowania, które prowadzą do obniżania standardów społecznej odpowiedzialności instytucji finansowych. Wśród tych determinant możemy wyróżnić: • ideologię monetaryzmu i paradygmat dążenia do bogactwa, • nieprofesjonalne praktyki legislacyjne władz publicznych, • mało skuteczną rolę dobrych praktyk i standardów kwalifikacyjnych dla pracowników instytucji finansowych, • przyzwolenie na agresję prawną niektórych instytucji finansowych wobec swoich klientów. 302 Edukacja finansowa jako element realizacji idei społecznej odpowiedzialności… Z kolei, determinanty pozytywne to uwarunkowania, które podwyższają poziom społecznej odpowiedzialności banków. Do determinant pozytywnych zaliczono takie uwarunkowania, jak: • wysokie wymagania w zakresie uczciwości tworzone przez polski system edukacyjny, środowisko rodzinne i religię, • odbudowę roli Komisji Nadzoru Finansowego, jako organu władzy państwowej rzeczywiście stojącego na straży interesów obywateli, • politykę społecznej odpowiedzialności poszczególnych banków, • etos uczciwych instytucji finansowych, • ideę Bank Przyjazny dla Przedsiębiorców, ruch na rzecz dobrej współpracy banków z klientami z sektora MSP. INICJATYWY Z ZAKRESU EDUKACJI FINANSOWEJ PODEJMOWANE PRZEZ BANKI W POLSCE Wyniki wielu badań wskazują, że polskie społeczeństwo posiada niewielką wiedzę finansową [Stan wiedzy (…) 2009, ING 2011, Szafrańska 2011]. Jednym ze sposobów umożliwiającym wzrost świadomości finansowej społeczeństwa jest realizacja różnorodnych działań w zakresie edukacji finansowej. W nauczaniu umiejętności finansowych wyróżnia się trzy poziomy prewencji: • zapobieganie pojawieniu się problemów (np. problemu nadmiernego zadłużenia, problemu wykluczenia finansowego), • pomoc w okresie, gdy kryzys już nastąpił (pomoc w radzeniu z sytuacją kryzysową, ułatwienie dostępu do podstawowych usług finansowych), oraz • restrukturyzację długu [Szpringer 2009]. Banki w Polsce coraz częściej w ramach realizowanej strategii społecznej odpowiedzialności biznesu, podejmują działania na rzecz edukacji społeczeństwa polskiego, w tym edukacji finansowej konsumentów. Jak wynika z badań przeprowadzonych przez R. Kitalę, A. Matuszyk i A.K. Nowak [2011], działania te w dużej mierze realizowane są przez różnorodne narzędzia udostępnianie na stronach internetowych banków. Przykładem mogą być: kalkulatory kredytowe i odsetkowe, fora FAQ, porady ekspertów on-line, platformy wiedzy, kursy i szkolenia internetowe, słowniczki finansowo-bankowe czy zamieszczane linki do innych stron internetowych, gdzie można znaleźć informacje umożliwiające zwiększenie poziomu wiedzy i umiejętności w zakresie finansów osobistych. Inicjatywy te są jednak nakierowane głównie na osoby chcące i będące w stanie korzystać z zasobów internetowych. Jak wynika z badań przeprowadzonych przez Autora, Internet, jako źródło pozyskiwania wiedzy finansowej, jest preferowany przez co trzeciego Polaka. Były to głównie osoby młodsze, lepiej wykształcone i cechujące się wyższym poziomem wiedzy finansowej. 303 Monika Szafrańska % 40 35 35 30 27 24 25 18 20 18 15 8,3 10 5 0 Internet TV Prasa Kursy Radio Inne Wyk. 1. Preferowane przez respondentów źródła pozyskiwania wiedzy finansowej. Źródło: badania własne, n=1000, wybór wielokrotny,1305 wskazań Z prezentowanych badań wynika również, że niemal dla co piątego respondenta najodpowiedniejszą formą przekazywania informacji z zakresu edukacji finansowej są wszelkiego rodzaju kursy. Banki w ramach CSR prowadzą również taką działalność, a prowadzone szkolenia są dostosowane do potrzeb i wymagań beneficjentów w tym zakresie. Przykładem może być inicjatywa Banku BGŻ Oddział w Sosnowcu. W ramach projektu „Bank bez tajemnic dla każdego” realizowanego przez Bank, przy współpracy z Uniwersytetem Ekonomicznym w Katowicach, przygotowano cykl spotkań edukacyjnych dla mieszkańców miasta, zarówno młodzieży, jak i osób starszych. W ramach spotkań tłumaczono trudne zagadnienia ekonomiczne, szczególną uwagę zwrócono na zjawisko ryzyka przy korzystaniu z produktów bankowych [Raport odpowiedzialny Biznes w Polsce 2011]. Kolejną inicjatywą jest mecenat Banku BPH nad programem „Kobieta w świecie finansów”, w ramach którego odbywają bezpłatne szkolenia motywacyjno-edukacyjne dla kobiet. Podczas szkoleń przekazywana jest niezbędna wiedza do rozwijania i doskonalenia umiejętności finansowych [www.finansekobiet.org.pl]. Ważnym odbiorcą działań edukacyjnych w zakresie finansów są dzieci. Przykładem działań z obszaru Społecznej Odpowiedzialności Biznesu realizowanej przez banki w zakresie edukacji finansowej jest „Program Edukacji Finansowej Najmłodszych” realizowany przez PKO BP. Jego elementami są audycje radiowe nadawane pod hasłem „SKO – Słuchaj, Kalkuluj, Oszczędzaj”, poradnik ekonomiczny „Brawo Bank” oraz patronat Banku nad Szkolnymi Kasami Oszczędności, których celem jest uczenie dzieci oszczędzania i kontrolowania wydatków. SKO to największy i najstarszy w Polsce program edukacji finansowej dla dzieci poniżej 13 roku życia. Aktualnie w programie Szkolnych Kas Oszczędności uczestniczy blisko 2000 szkół z całego kraju. W SKO oszczędza obecnie ok. 150 tys. dzieci, a oferta edukacyjna dociera do ponad 400 tys. uczniów. Jest to unikalne rozwiązanie w skali Europy i świata, dostosowane do potrzeb polskich uczniów [www.pkobp.pl]. 304 Edukacja finansowa jako element realizacji idei społecznej odpowiedzialności… Kolejnym przykładem działań edukacyjnych dla najmłodszych konsumentów realizowanym przez banki w ramach CSR jest program „Od Grosika do Złotówki”. Program jest prowadzony przez Fundację Kronenberga przy Citi Handlowy. Program jest skierowany do uczniów 2 i 3 klas, realizowany w ramach nauczania zintegrowanego (program jest zatwierdzony przez Ministra Edukacji Narodowej). Celem inicjatywy jest zapoznanie dzieci z różnymi formami oszczędzania oraz wykształcenie pozytywnych nawyków w gospodarowaniu posiadanymi zasobami i dysponowaniu własnymi środkami finansowymi. W latach 2007-2011 w programie udział wzięło ponad 45 tys. dzieci oraz 86 tys. rodziców [www.kronenberg.org.pl]. Jedną z form aktywności banków w ramach CSR, jest zakładanie przez instytucje finansowe własnych fundacji (np. Fundacja Banku BGŻ, Fundacja BZ WBK czy Fundacja Bankowa im. Leopolda Kronenberga przy Citi Handlowy). Fundacje te wspierają inicjatywy realizowane w różnych obszarach tematycznych, jednak najczęściej jest to rozwój lokalny i edukacja, w tym edukacja ekonomiczna. Zbliżoną formą aktywności instytucji finansowych jest wspieranie finansowe bądź współdziałanie z innymi organizacjami w podejmowanych przez nie przedsięwzięciach na rzecz edukacji finansowej. Przykładem może być współpraca Fundacji im. Kronenberga z Fundacją Młodzieżowej Przedsiębiorczości, mecenat Eurobanku S.A. nad Akademickimi Inkubatorami Przedsiębiorczości czy współpraca Credit Agricole Bank Polska z Uniwersytetem Ekonomicznym we Wrocławiu. Z badań przeprowadzonych przez R. Kitalę, A. Matuszyk i A.K. Nowak [2011], wynika że w działania na rzecz edukacji finansowej zdecydowanie w większym stopniu angażują się duże banki. W opracowanym przez autorów rankingu analizowano działania 9 banków. Ocenie poddano między innymi takie elementy jak: edukację finansową dorosłych, dzieci i młodzieży, działalność własnej fundacji i współpracę z innymi instytucjami finansowymi, wolontariat pracowniczy oraz działania w zakresie walki z wykluczeniem finansowym. W opracowanym rankingu najwyżej ocenione zostały działania Banku Handlowego oraz Banku BGŻ. DYSKUSJA I WNIOSKI Uniwersalność zasad społecznej odpowiedzialności biznesu oraz wymierne korzyści dla przedsiębiorstwa i społeczeństwa powodują wzrost zainteresowania tą ideą przez banki. Zasady CSR są szeroko stosowane przez przedsiębiorstwa bankowe, a kierunki rozwoju koncepcji społecznej odpowiedzialności instytucji finansowych są różnorodne: pomoc społeczna, ochrona zdrowia, kultura i sztuka, sport, ochrona środowiska, edukacja, w tym edukacja finansowa społeczeństwa. 305 Monika Szafrańska Jak wynika z przeprowadzonej analizy, banki działające w polskim sektorze bankowym podejmują różnorodne działania na rzecz zwiększenia świadomości finansowej obywateli: zakładanie własnych fundacji lub współpraca z innymi organizacjami, mecenat, prowadzenie kursów i szkoleń, organizowanie warsztatów i spotkań, platformy wiedzy dostępne na stronach internetowych instytucji finansowych, porady ekspertów on-line, itp. Inicjatywy te są komplementarne, a potencjalnemu odbiorcy dają możliwość wyboru najodpowiedniejszego źródła pozyskiwania wiedzy z zakresu finansów. Odbiorcami większości inicjatyw są dzieci i młodzież. Są to bardzo potrzebne działania ponieważ, wzrost świadomości finansowej młodego pokolenia, pozwoli w przyszłości na ograniczenie problemów nadmiernej konsumpcji zadłużenia obywateli. Problemem jest zbyt mała liczba inicjatyw w zakresie edukacji dorosłych, zwłaszcza przeznaczonych dla osób zagrożonych ubóstwem i wykluczeniem. Banki, w planowanych działaniach w zakresie edukacji finansowej, powinny zwrócić szczególną uwagę na osoby o niskim poziomie dochodów. Znaczna część inicjatyw w zakresie edukacji finansowych jest dostępna przez Internet, co bardzo zawęża grono potencjalnych odbiorców, zwłaszcza w warunkach współzależności zjawisk wykluczenia finansowego i „cyfrowego”. Ze względu na dynamiczny rozwój rynków finansowych i niski poziom wiedzy finansowej społeczeństwa, instytucje finansowe powinny w dalszym ciągu prowadzić edukację finansową konsumentów. Działania te umożliwią wykształcenie lub utrwalenie w społeczeństwie świadomości, dzięki której potencjalni klienci banków będą wiedzieli, jakie korzyści i jakie zagrożenia związane są z korzystaniem zarówno z tradycyjnych, jak i nowoczesnych produktów finansowych. 306 Edukacja finansowa jako element realizacji idei społecznej odpowiedzialności… LITERATURA Gostomski E., 2009. Społeczna odpowiedzialność banków w dobie kryzysu finansowego. W: Społeczna odpowiedzialność instytucji finansowych. M. Bak, P. Kulawczuk (red), IBnDiPP, Warszawa, s. 37-44 ING International Resourcefulness study. Summary global results. www.ing.com (7.07.2012) Kitala R., Matuszyk A., Nowak A.K., 2011. Analiza inicjatyw podejmowanych przez podmioty komercyjne. W: Edukacja i świadomość finansowa. Doświadczenia i perspektywy. M. Iwanicz-Drozdowska (red.), Oficyna Wydawnicza SGH, Warszawa, s. 265-276 Korpus J., 2006. Społeczna odpowiedzialność przedsiębiorstw w obszarze kształtowania środowiska pracy, Wydawnictwo Placet, Warszawa Kulawczuk P., 2009. Determinanty społecznej odpowiedzialności instytucji finansowych w Polsce. W: Społeczna odpowiedzialność instytucji finansowych. M. Bak, P. Kulawczuk (red), IBnDiPP, Warszawa, s. 19-36 O’Connell A., 2007. Measuring the effectiveness of financial education. www. retirement.org.nz (7.07.2012) Raport. Odpowiedzialny Biznes w Polsce. Dobre praktyki. 2011, FOB, Warszawa Samy M., Tawfik H., Huang R., Nagar A., 2008, Financial Literacy of Youth. A Sensitivity Analysis of the Determinants, „International Journal of Economic Science and Applied Research”, nr 1/2008 Stan wiedzy finansowej Polaków. Raport Fundacji Kronenberga przy Citi Handlowy. 2009. Dom Badawczy Maison, Warszawa Szafrańska M. 2011. Wiedza i umiejętności finansowe mieszkańców obszarów wiejskich jako czynniki determinujące proces włączenia finansowego. W: Perspektywy rozwoju regionalnego Polski w okresie programowania po 2013 r. A. Harańczyk (red.) PAN Komitet Przestrzennego Zagospodarowania Kraju, Studia, Warszawa, t. CXL, s. 311-325 Szpringer W. 2009., Społeczna odpowiedzialność banków. Między ochroną konsumenta a osłoną socjalną. Oficyna a Wolters Kluwer business, Warszawa www.credit-agricole.pl (dostęp 7.07.2012) www.finansekobiet.org.pl (dostęp 7.07.2012) www.kronenberg.org.pl (dostęp 7.07.2012) www.pkobp.pl (dostęp 7.07.2012) Adres do korespondencji: Uniwersytet Rolniczy w Krakowie al. Mickiewicza 21, 31-120 Kraków e-mail: [email protected] 307 Witold Trela Elżbieta Kornalska Andrzej Krasnodębski EPISTEME 15/2012 s.309-315 ISSN 1895-4421 PRZEDSIĘBIORCZOŚĆ W WOJEWÓDZTWIE MAŁOPOLSKIM ASSESSMENT OF ENTERPRISE IN MALOPOLSKA Abstrakt. Celem niniejszego opracowania jest ocena stanu przedsiębiorczości województwa małopolskiego w odniesieniu do badań statystycznych. Materiały i dane dotyczące badań i analiz pochodzą z Głównego Urzędu Statystycznego. Celem utworzenia rankingu powiatówwojewództwa małopolskiego dotyczącego poziomu ich przedsiębiorczości wykorzystano metodę analizy „unitaryzacji zerowanej”. Zestawienie to pokazuje, że Kraków jest w najlepszej sytuacji w zakresie przedsiębiorczości w województwie małopolskim. Na kolejnych, wysokich, miejscach w rankingu znalazły się miasta, które wykazują bardzo korzystne warunki rozwoju przedsiębiorczości: Nowy Targ, miasto Tarnów, Nowy Sącz, Tarnów, Olkusz, Chrzanów i Bochnia. Do najważniejszych czynników wpływających na uwarunkowania przedsiębiorczości należą: warunki ekonomiczne tworzone przez władze lokalne, poziom infrastruktury, czynniki demograficzne oraz absorpcja na rynku lokalnym. Słowa kluczowe: przedsiębiorczość, województwo małopolskie, metoda „unitaryzacji zerowanej” Summary. The aim of this paper is to assess the state of entrepreneurship in the Malopolska province with reference to statistical surveys. The materials and data for research and analysis come from the Central Statistical Office. We used a method of analysis called “unitaryzacjizerowanej”, which allowed us to create a ranking of districts within the Malopolska province based on the level of their entrepreneurship. This ranking shows that Krakow is in the best situation in terms of entrepreneurship in the Malopolska province. Other high rankingdistricts include Nowy Targ, the city Tarnow, Nowy Sacz, Tarnow, Olkusz, Chrzanów, and Bochnia, which share similar favorable conditions for entrepreneurship to Krakow. Based on this data, the most important determinants of entrepreneurial performance are theeconomic conditions created by local authorities, the level of infrastructure, demographic factors, and the natural absorption of local markets. Key words: entrepreneurship, Lesser Poland Voivodeship, the method “unitaryzacji zerowanej” 309 Witold Trela, Elżbieta Kornalska, Andrzej Krasnodębski WSTĘP Przedsiębiorczość najczęściej definiujemy jako ”nową kombinację” środków produkcji umożliwiającą wprowadzenie nowego produktu, otwarcie nowego rynku, wprowadzenie nowej organizacji. Uzupełnieniem tej kombinacji jest przedsiębiorca który dopełnia te działania a jego immanentną cechą jest kreatywność i umiejętność racjonalnego działania które przyczynia się do osiągania wymiernego efektu jakim jest zysk [Otoliński, Brzozowski 1997]. Województwo małopolskie jest jednym z bardziej zróżnicowanych ekonomicznie regionów Polski. Charakteryzuje się między innymi odejściem od tradycyjnych gałęzi przemysłu na rzecz nowych, innowacyjnych branż. W województwie małopolskim zarejestrowanych było w 1 kwartale 2011 roku ponad 332,1 tys. firm, liczba ta nie uwzględnia osób prowadzących indywidualne gospodarstwa rolne. Liczba podmiotów gospodarczych zarejestrowanych w I kwartale 2011 w stosunku do I kwartału 2010 zwiększyła się o 4,2%. Ponad 97,6% ogółu zarejestrowanych firm znajdowała się w rękach sektora prywatnego. W ujęciu przestrzennym największą liczbę zarejestrowanych podmiotów gospodarczych odnotowano w powiecie Miasto Kraków (35% ogółu przedsiębiorstw). Wysoką liczbą zarejestrowanych podmiotów legitymują się powiaty: krakowski, wadowicki, nowotarski, oświęcimski. Najmniejsza liczba zarejestrowanych podmiotów gospodarczych występuje w powiatach: dąbrowskim, proszowickim i miechowskim. W województwie małopolskim wytwarza się ponad 7,5% PKB Polski. Małopolska to województwo jedno z najbardziej przedsiębiorczych, świadczyć może o tym 4 miejsce pod względem zarejestrowanych podmiotów gospodarczych w przeliczeniu na 1000 osób. Głównymi gałęziami gospodarki województwa małopolskiego to sektor technologii informatycznych, bankowości, przemysłu spożywczego, chemicznego, usługowego (usługi finansowe, doradcze, badawcze i projektowe). MATERIAŁY I METODY W badaniach wykorzystano dane Głównego Urzędu Statystycznego (GUS). Dane aktualne były na dzień 31 grudzień 2010 roku, wzięto pod uwagę 22 powiaty województwa małopolskiego. Ranking ze względu na stan przedsiębiorczości utworzono przy pomocy 6 cech diagnostycznych. Cechy wytypowano do badań przy pomocy metody logiczno – merytorycznej w połączeniu z formalną. 310 Przedsiębiorczość w województwie małopolskim Wybrano następujące zmienne diagnostyczne do badań: 1. Liczba podmiotów gospodarczych nowo zarejestrowanych (mikro przedsiębiorstwa) 2. Liczba podmiotów gospodarczych zatrudniająca do 9 osób 3. Liczba podmiotów gospodarczych zarejestrowanych w sekcji J 4. Liczba podmiotów gospodarczych zarejestrowanych w sekcji K 5. Liczba stałych punktów sprzedaży drobnodetalicznej na targowiskach czynnych codziennie 6. Liczba targowisk stałych 7. Nakłady inwestycyjne w przedsiębiorstwach na usługi rynkowe Cechy diagnostyczne spełniały kryteria merytoryczne i formalne. Zmiennym diagnostycznym w procesie wyboru postawiono następujące wymagania [Kukuła 2000]: 1. Zmienne ze zbioru X odgrywały istotną rolę w opisie analizowanego zjawiska. Oznacza to, iż wyższej wartości zmiennej diagnostycznej – stymulanty - odpowiada wyższy poziom badanego zjawiska [Rutkowski 1982] 2. Dostępność zmiennych diagnostycznych dla prowadzącego badania empiryczne. 3. Zmienne wchodzące w skład zbioru X mierzone były w mocnych skalach (interwałowej lub ilorazowej). 4. Zmienne poddane procesowy wyboru były słabo skorelowane między sobą. 5. Zmienne ze zbioru X powinny być silnie skorelowane ze zmiennymi zbioru Y (zredukowanymi). 6. Wybrane zmienne charakteryzowały się wysokim stopniem zmienności i wysoką wartością informacyjną. Przy prawidłowym wyborze zmiennych diagnostycznych posłużono się obliczeniem stopnia zmienności poszczególnych cech i współczynnika względnej amplitudy wahań. Miary te miały istotne znaczenie w procesie typowania zmiennych diagnostycznych. Najważniejszym etapem konstrukcji zmiennej syntetycznej było obliczenie stymulant. Stymulanty to zmienne diagnostyczne, których wzrost wartości świadczy o wzroście poziomu zjawiska złożonego. Dla stymulant normowane zmienne wyliczono wg. wzoru: 311 Witold Trela, Elżbieta Kornalska, Andrzej Krasnodębski maxxij ≠ minxij (1) Następną czynnością przy tworzeniu zmiennej syntetycznej jest agregacja zmiennych przy pomocy formuł addytywnych wykorzystując formułę (i = 1, 2, ..., r) (2) przy czym: s - ilość cech opisujących obiekt, r - ilość obiektów. Efektem przeprowadzonej procedury agregacyjnej to zbiór wartości zmiennych syntetycznych Q. Zbiór ten daje pełny obraz zjawiska w układzie badanych obiektów. Ranking obiektów porządkuje wartości unormowane Q, które uporządkowane są od najwyższej wartości do najniższej, pozwala to nam na bezpośrednie porównanie obiektów. WYNIKI I DYSKUSJA Warunkami koniecznymi przy budowie rankingu ze względu na stan przedsiębiorczości były wysokie wartości współczynnika zmienności względnej amplitudy wahań. Zmienne przyjęte do badań spełniały te warunki. Stosując miarę normowania zmiennych dla stymulant utworzono ranking powiatów ze względu na stan przedsiębiorczości. Przeprowadzone badania i obliczenia pozwoliły ocenić sytuację pod względem przedsiębiorczości w województwie małopolskim w poszczególnych 22 powiatach. Na podstawie wyników możemy stwierdzić, że najbardziej korzystna sytuacja pod względem przedsiębiorczości występuje w powiecie Miasto Kraków. Korzystna i średnia sytuacja pod względem przedsiębiorczości występuje w powiatach: nowotarskim, miasto Tarnów, krakowskim, nowosądeckim. tarnowskim, olkuskim, chrzanowskim i bocheńskim. Przeciętna sytuacja pod względem przedsiębiorczości zauważalna jest w powiatach: gorlickim, wadowickim, oświęcimskim, miechowskim, suskim, wielickim, myślenickim, limanowskim i powiecie Miasto Nowy Sącz. Słabe wyniki biorąc pod uwagę syntetyczną miarę osiągają powiaty takie jak: tatrzański, brzeski, dąbrowski, proszowicki. 312 Przedsiębiorczość w województwie małopolskim Powiat Qij miasto Kraków 7.201 nowotarski 1.850 miasto Tarnów 1.364 krakowski 1.108 tarnowski 0.941 nowosądecki 0.892 olkuski 0.877 chrzanowski 0.864 bocheński 0.811 gorlicki 0.765 wadowicki 0.753 oświęcimski 0.669 miechowski 0.491 suski 0.486 wielicki 0.481 myślenicki 0.464 limanowski 0.453 miasto Nowy Sącz 0.411 tatrzański 0.286 brzeski 0.207 dąbrowski 0.153 proszowicki 0.079 Tab. 1. Ranking powiatów ze względu na stan przedsiębiorczości w województwie małopolskim. Źródło: obliczenia własne na podstawie danych GUS 2010. Zaprezentowany rozkład rankingu determinowany jest zdecydowanie przez czynniki: infrastrukturalne, demograficzne, przyrodnicze, lokalne warunki ekonomiczne, chłonność lokalnego rynku zbytu, lokalne uwarunkowania przedsiębiorczości. Warto zauważyć, iż na terenach których warunki przyrodnicze nie sprzyjają rolnictwu; ludność chętniej podejmuje działania przedsiębiorcze, obszary te charakteryzują się wyższą aktywnością gospodarczą niż obszary o warunkach sprzyjających rozwojowi rolnictwa. Powiat miasto Kraków będący najwyżej w rankingu, charakteryzuje się najwyższą liczba zarejestrowanych podmiotów w systemie REGON, powiat 313 Witold Trela, Elżbieta Kornalska, Andrzej Krasnodębski ten znacząco wyróżnia się na tle pozostałych powiatów. Kraków to bardzo chłonny rynek zbytu, wysoki popyt wewnętrzny dodatkowo potęgowany przez potencjał demograficzny. W promieniu 100 km od Krakowa mieszka około 8 mln ludzi. Duże i wciąż rozwijające się zaplecze badawczo-naukowe pracujące na potrzeby nowoczesnego biznesu, dobra infrastruktura techniczna, realizowane nowe inwestycje, łatwość pozyskania wykwalifikowanej kadry to atuty, dzięki którym Kraków postrzegany jest jako odpowiednie miejsce do prowadzenia działalności gospodarczej. Pierwszą grupę powiatów stanowią: nowotarski, miasto Tarnów, krakowski, nowosądecki, tarnowski, olkuski, chrzanowski i bocheński. Są to powiaty z dobrze rozwinięta infrastrukturą techniczna, rozpoczętymi nowymi inwestycjami, jak również z dużym potencjałem na rozwój ogólnie pojętej przedsiębiorczości. W powiatach tych działa wiele przedsiębiorstw o ugruntowanej pozycji rynkowej, jak również ponad 100 000 mikro przedsiębiorstw. Na terenie wymienionych powiatów dobrze rozwija się przemysł: spożywczy, szklarski, chemiczny. Ważną rolę dla tej grupy powiatów stanowią rzemiosło, budownictwo i handel detaliczny. Wśród opisywanych powiatów istotna rolę odgrywa turystyka i rozwijająca się agroturystyka. Powiaty o przeciętnych wskaźnikach przedsiębiorczości: gorlicki, wadowicki, oświęcimski, miechowski, suski, wielicki, myślenicki, limanowski, i powiat Miasto Nowy Sącz. Taka klasyfikacja wynika ze słabszych uwarunkowań sprzyjających przedsiębiorczości niż powiaty reprezentowane w poprzedniej grupie. W wymienionych powiatach sektor MSP jest dość dobrze rozwinięty, istotne sektory gospodarki dla tych powiatów to sektor przemysłu spożywczego, budownictwa, turystyki i rolnictwa. Powiaty o najniższych syntetycznych wskaźnikach przedsiębiorczości to: tatrzański, brzeski, dąbrowski, proszowicki. Powiaty te należą do słabo zurbanizowanych i rolniczych. Sprzyjające warunki przyrodnicze skłaniają do uprawy roli. Szansą dla tej grupy powiatów jest coraz mocniej rozwijająca się turystyka i agroturystyka w wymienionych powiatach. 314 Przedsiębiorczość w województwie małopolskim LITERATURA Otoliński E., Brzozowski B., Przedsiębiorczość w wielofunkcyjnym rozwoju wsi, Zesz. Nauk. AR w Krakowie nr 335, ser. Sesja Naukowa s. 305 Kukuła K. Metoda unitaryzacji zerowanej, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2000 J. Rutkowski, Teoria i praktyka badań empirycznych, „Wiadomości statystyczne”, 1982, nr 6. Adres do korespondencji: mgr inż. Witold Trela, mgr inż. Elżbieta Kornalska Katedra Zarządzania i Marketingu w Agrobiznesie Wydział Rolniczo-Ekonomiczny Uniwersytet Rolniczy w Krakowie 315 III. LEŚNICTWO Jarosław Bielan EPISTEME 15/2012 s.319-327 ISSN 1895-4421 WPŁYW MIKROKLIMATU NA ŚMIERTELNOŚĆ KORNIKÓW ZIMUJĄCYCH W ŻEROWISKACH NA GAŁĘZIACH ŚWIERKOWYCH THE EFFECT OF MICROCLIMATE ON THE MORTALITY OF BARK BEETLES WINTERING IN FEEDING GROUNDS ON SPRUCE BRANCHES Abstrakt. W zimie 2010/2011 w Nadleśnictwach Jeleśnia oraz Wisła badano związek pomiędzy intensywnością spadków temperatur oraz wilgotnością względną powietrza a śmiertelnością wybranych gatunków korników, zimujących w żerowiskach na gałęziach świerkowych, które umieszczono w koronach drzew oraz na dnie lasu, pod osłoną pokrywy śnieżnej. W koronach drzew minimalne temperatury osiągnęły wartość -18°C, natomiast na dnie lasu wartość ta wyniosła -14°C. Ponadto, średnie temperatury w okresie badań były na dnie lasu blisko dwukrotnie wyższe w porównaniu z panującymi w koronach drzew. Stwierdzono, że na gałęziach złożonych na dnie lasu wystąpiła niższa śmiertelność zimujących Pityogenes chalcographus oraz Dryocoetes autographus w porównaniu z umieszczonymi w koronach drzew. Uzyskane wyniki dowodzą, że mikroklimat panujący w różnych strefach drzewostanu w okresie zimy, ma wpływ na śmiertelność stwierdzonych kambiofagów. Słowa kluczowe: ujemne temperatury, wilgotność, Dryocoetes autographus, Pityogenes chalcographus, Pityophthorus pityographus Summary. In winter 2010/2011 the research in the Jeleśnia and Wisła Forest Districts was carried out to investigate the relation between the intensities of temperature drops, relative humidity of air and the mortality of the selected bark beetle species, wintering in feeding grounds on spruce branches, placed in the treetops and on the forest floor, covered by snow. The minimum temperatures in the treetops reached -18°C, while on the forest floor they reached -14°C. Moreover, the average temperatures during the study on the forest floor were nearly twice higher compared to those in the treetops. Lower mortality of wintering Pityogenes chalcographus and Dryocoetes autographus was observed on the branches arranged on the forest floor, as compared to the ones placed in the treetops. The results prove that the microclimate in different zones of tree stands in winter affects on the mortality of the observed cambiophagous insects. Key words: subzero temperatures, humidity, Dryocoetes autographus, Pityogenes chalcographus, Pityophthorus pityographus 319 Jarosław Bielan WSTĘP Dotychczasowy stan wiedzy na temat biologii i znaczenia gospodarczego kornika drukarza (Ips typographus L.) oraz gatunków mu towarzyszących jest bardzo bogaty. Wielu badaczy zarówno krajowych [Michalski i Mazur 1999, Kolk i Starzyk 2009] jak i zagranicznych [Skuhravý 2002, Hedgren 2004, Lieutier i in. 2007] zajmuje się tymi groźnymi szkodnikami świerczyn. Jednak kwestie związane z zimowaniem korników są ciągle bardzo słabo poznane [Facolli 2002, Wermelinger 2004]. Literatura krajowa podaje informacje na temat zimowania kambiofagów świerka jedynie odnośnie miejsca hibernacji oraz stadiów rozwojowych, które mogą przetrwać zimę [Grodzki 1998, Michalski i Mazur 1999]. Badania nad tym zagadnieniem, prowadzone w ośrodkach zagranicznych, skupiają swą uwagę przede wszystkim na najgroźniejszym szkodniku świerka – I. typographus, natomiast nie poświęcają zbytniej uwagi gatunkom mu towarzyszącym [Austarå i in. 1977, Botterweg 1982, Skuhravý 2002]. W związku z tym, celem niniejszej pracy było określenie nasilenia śmiertelności stadiów przedimaginalnych rytownika pospolitego (Pityogenes chalcographus L.), drzewożerka (Dryocoetes autographus Ratz.) oraz bruzdkowca zachodniego (Pityophthorus pityographus Ratz.) w zależności od panujących w okresie zimy warunków mikroklimatycznych (temperatura i wilgotność względna powietrza), zdeterminowanych miejscem rozmieszczenia materiału lęgowego – gałęzi świerkowych. METODYKA W listopadzie roku 2010 założono dwa pilotażowe stanowiska badań w drzewostanach świerkowych na terenie Nadleśnictwa Jeleśnia (stanowisko 1) na wysokości 1250 m n.p.m. (49°33’0,86” N, 19°18’15,9” E) oraz Nadleśnictwa Wisła (stanowisko 2) na wysokości 800 m n.p.m. (49°36’2,07” N, 18°50’20,4” E). Na obu stanowiskach badań, w koronach drzew i na dnie lasu umieszczono po 35 sztuk gałęzi świerkowych z czynnymi żerowiskami korników. Gałęzie w ramach stanowiska były usytuowane na jednym drzewie. Na każdym stanowisku gałęzie umieszczono w połowie długości korony świerka, na wysokości około 5 m nad powierzchnią gruntu. Świerk na stanowisku 1 rósł w drzewostanie o luźnym zwarciu, natomiast na stanowisku 2 – w drzewostanie o zwarciu umiarkowanym. Gałęzie umieszczone w koronach drzew były wystawione na działanie niskich temperatur i wiatru, zaś gałęzie luźno złożone na dnie lasu mogły być chronione przez pokrywę śniegu. W obu miejscach w ramach danego stanowiska umieszczono 320 Wpływ mikroklimatu na śmiertelność korników zimujących w żerowiskach… rejestratory termiczno-wilgotnościowe firmy Onset – Hobo U23-001, które mierzyły temperaturę oraz wilgotność względną powietrza w trzygodzinnych odstępach czasowych. Na początku kwietnia 2011 roku, ze stanowisk badań zebrane gałęzie oraz rejestratory przewieziono do laboratorium. W laboratorium zasiedlony materiał poddano aklimatyzacji w warunkach pokojowych przez okres tygodnia. Następnie ze środka każdej z wybranych gałęzi pobrano fragment o długości 30 cm i umieszczono go w pojemniku w kształcie walca (30 x 11 cm). Z każdej próby do analiz wybrano po 30 gałęzi, których fragmenty umieszczono w osobnych pojemnikach, utrzymując w nich odpowiednią wilgotność i wentylację, uniemożliwiając przesychanie hodowli. Dodatkowo, konfrontowano w tygodniowych odstępach czasu stan rozwoju owadów występujących na analizowanych gałęziach. Po osiągnięciu stadium imago przez wszystkie osobniki, które przeżyły, przystąpiono do analiz, które polegały na okorowaniu fragmentów gałęzi i pomiarze ich średnicy w połowie długości. Taki materiał poddano następnie szczegółowej analizie entomologicznej, na podstawie której określono potencjalną (Â) oraz faktyczną (A) liczbę owadów poszczególnych gatunków, której celem było określenie śmiertelności poszczególnych gatunków korników (Fr). Potencjalna liczba owadów to suma osobników jaka mogła zakończyć rozwój i wiosną opuścić dany fragment gałęzi, obliczona na podstawie liczby nieukończonych chodników larwalnych, kolebek poczwarkowych oraz chodników macierzystych danego gatunku, występujących na materiale. Natomiast faktyczna liczba owadów to suma osobników danego gatunku, które rzeczywiście opuściły wiosną dany materiał lęgowy. Śmiertelność została określona według następującego wzoru: gdzie: Ai – faktyczna liczba owadów danego gatunku na i-tym fragmencie gałęzi [szt.], Âi – potencjalna liczba owadów danego gatunku na i-tym fragmencie gałęzi [szt.], wi – pole powierzchni bocznej i-tego fragmentu gałęzi [m2]. Do opisania wpływu warunków termicznych oraz wilgotnościowych na poszczególnych stanowiskach, wykorzystano temperaturę przeciętną, maksymalną i minimalną oraz przeciętną i minimalną wilgotność względną powietrza obliczoną dla okresu 16.11.2010 – 31.03.2011 r. 321 Jarosław Bielan Dane na temat grubości pokrywy śnieżnej w analizowanym okresie dla Beskidu Śląskiego i Żywieckiego, pozyskano z materiałów Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej [2011]. Wyniki pomiarów w terenie poddano analizie statystycznej przy użyciu programu STATISTICA 9.1 PL (StarSoft, Inc.). W celu określenia różnić pomiędzy śmiertelnością korników zimujących na gałęziach świerkowych umieszczonych w koronach drzew, w stosunku do luźno rozrzuconych na dnie lasu, zastosowano testy dla prób niezależnych względem zmiennych. Istotność różnic podano dla poziomu α ≤ 0,05. WYNIKI Średnia temperatura w analizowanym okresie była około dwukrotnie niższaw koronach drzew w porównaniu z dnem lasu. Temperatury minimalne osiągały na badanych stanowiskach w koronach wartość blisko -18°C (stanowisko 1 – 1250 m n.p.m.) oraz -16°C (stanowisko 2 – 800 m n.p.m.), natomiast na dnie lasu odpowiednio -12°C i -14°C. Przeciętna wilgotność względna powietrza także była wyższa na obu stanowiskach dla dna lasu (około 93%) w porównaniu z koronami (około 86%), choć zdarzało się, że wartości te spadały w obrębie koron nawet do około 15%, kiedy na dnie lasu osiągały wartość około 70 – 80% (tab. 1). Średnia grubość pokrywy śnieżnej nie przekraczała 20 cm, maksymalna sięgała około 30 cm, a liczba dni, w trakcie których utrzymywał się śnieg wyniosła 61 [IMGW 2011]. Stanowisko Czynnik mikroklimatyczny Temperatura Wilgotność względna powietrza Statystyka 1 (Jeleśnia - 1250 m n.p.m.) 2 (Wisła - 800 m n.p.m.) miejsce umieszczenia gałęzi korona dno lasu korona dno lasu maksymalna 12,44 9,24 11,66 10,44 średnia -4,06 -2,71 -2,53 -1,22 minimalna -17,90 -11,58 -15,55 -13,66 odchylenie standardowe 5,97 3,43 5,75 3,92 średnia 84,15 93,73 87,43 92,99 minimalna 15,53 78,41 35,56 67,12 odchylenie standardowe 15,56 4,56 12,04 4,90 Tab. 1. Temperatura oraz wilgotność względna powietrza w zależności od stanowiska oraz miejsca usytuowania gałęzi dla okresu 16.11.2010 – 31.03.2011 r. Źródło danych: opracowanie własne 322 Wpływ mikroklimatu na śmiertelność korników zimujących w żerowiskach… Grubość analizowanych gałęzi była zróżnicowana i mieściła się w przedziale 1,3 – 3,9 cm. Średnia wartość dla strefy koron wynosiła na stanowisku 1 – 2,20 cm, a na stanowisku 2 – 2,70 cm, natomiast na dnie lasu wartość ta osiągnęła odpowiednio 2,58 cm i 2,71 cm (tab. 2). Kambiofagiem najczęściej występującym na analizowanym materiale był P. chalcographus. Gatunek ten na stanowisku 1 wystąpił z frekwencją 100% (korona) oraz 93,33% (dno lasu), natomiast na stanowisku 2 wartość ta wyniosła odpowiednio 90% oraz 86,67%. D. autographus charakteryzował się znacząco niższą frekwencją występowania, która wyniosła około 40 – 60%, natomiast frekwencja P. pityographus nie przekraczała 30% (tab. 3, 4). Stanowisko Grubość średnia 1 (Jeleśnia - 1250 m n.p.m.) 2 (Wisła - 800 m n.p.m.) miejsce umieszczenia gałęzi korona dno lasu korona dno lasu 2,20 2,58 2,70 2,71 maksymalna 3,40 3,90 3,60 3,90 minimalna 1,30 1,40 1,60 2,10 Tab. 2. Parametry gałęzi (bez kory) na poszczególnych stanowiskach [cm] Źródło danych: opracowanie własne Na stanowisku 1 zarówno P. chalcographus jak i D. autographus charakteryzowały się podobną śmiertelnością (w obrębie koron wartość ta wynosiła odpowiednio 65,12 i 65,28%, natomiast na dnie lasu – 53,32 i 58,89%) (tab. 3). Natomiast w przypadku stanowiska 2, gatunkiem charakteryzującym się zdecydowanie niższą śmiertelnością był D. autographus, dla którego wartość ta dla dna lasu wyniosła 39,18%, a dla strefy koron – 61,82% (tab. 4). Na śmiertelność korników zimujących w żerowiskach miały wpływ warunki klimatyczne kształtowane umiejscowieniem gałęzi w obrębie stanowiska. Korniki zimujące na gałęziach w koronach drzew wykazywały przeważnie tendencję do wyższej śmiertelności w porównaniu z tymi, które odbywały hibernację na materiale lęgowym złożonych na dnie lasu. Było to spowodowane wyższymi spadkami temperatur i niższą wilgotnością względną powietrza panującą w koronach drzew (tab. 3, 4). Jednak w przypadku P. pityographus na stanowisku 2 stwierdzono wyższą śmiertelność na gałęziach pozostawionych na dnie lasu (74,15%), w porównaniu do umieszczonych w koronach (69,70%). Mogła o tym zadecydować zbyt niska próba analizowanego materiału, na której wystąpił ten gatunek (tab. 4). 323 93,33 60,00 3,33 odchylenie stand. 21,59 30,85 - min 6,06 12,50 75,00 max 85,71 75,00 100,00 średnia 58,89 75,00 53,32 frekwencja [%] 40,00 3,33 100,00 odchylenie stand. 33,11 - 17,81 min 33,33 0,00 65,28 P. pityographus 77,78 77,78 100,00 100,00 max średnia D. autographus 77,78 P. chalcographus Dno lasu śmiertelność [%] 65,12 Gatunek Korona śmiertelność [%] frekwencja [%] Jarosław Bielan Tab. 3. Śmiertelność poszczególnych gatunków korników w zależności od rozmieszczenia gałęzi na stanowisku 1 (Nadleśnictwo Jeleśnia – 1250 m n.p.m.) Źródło danych: opracowanie własne 86,67 46,67 30,00 odchylenie stand. 18,89 33,20 22,38 min 3,45 0,00 20,00 max 88,89 100,00 100,00 średnia 66,49 39,18 74,15 frekwencja [%] 90,00 36,67 16,67 odchylenie stand. 18,57 24,34 37,37 min 4,00 7,14 25,00 93,75 max 100,00 100,00 P. pityographus P. chalcographus 72,18 D. autographus 61,82 średnia Dno lasu śmiertelność [%] 69,70 Gatunek Korona śmiertelność [%] frekwencja [%] Różnice statystycznie istotne pomiędzy śmiertelnością korników zimujących na gałęziach umiejscowionych na dnie lasu i w koronach drzew, stwierdzono jedynie na stanowisku 1 dla P. chalcographus (p = 0,0266, dla poziomu istotności α ≤ 0,05). Tab. 4. Śmiertelność poszczególnych gatunków korników w zależności od rozmieszczenia gałęzi na stanowisku 2 (Nadleśnictwo Wisła – 800 m n.p.m.) Źródło danych: opracowanie własne DYSKUSJA I WNIOSKI Śmiertelność korników w niskich temperaturach zależy przede wszystkim od gatunku, warunków geograficznych jego występowania, stadium rozwojowego oraz stanu fizjologicznego [Szujecki 1980], będącego 324 Wpływ mikroklimatu na śmiertelność korników zimujących w żerowiskach… rezultatem nagromadzenia odpowiedniej ilości tłuszczu oraz zmniejszenia ilości wody w organizmie [Luterek i Szmidt 1997]. Co więcej, na śmiertelność korników w okresie zimy ma także wpływ usytuowanie zasiedlonego przez nie materiału lęgowego [Wermelinger 2000]. Analiza wstępnych badań przeprowadzonych w Nadleśnictwach Jeleśnia i Wisła potwierdziła wyższą śmiertelność korników zimujących na gałęziach świerkowych usytuowanych w koronach drzew, w porównaniu do złożonych na dnie lasu, a wielkość tych różnic zależała głównie od gatunku. Wermelinger [2000], badając wałki świerkowe zasiedlone przez I. typographus (stadium larwalne) stwierdził, że jego śmiertelność na materiale zawieszonym na metalowym stelażu wyniosła 100% (temperatura spadała do -15°C), natomiast na wałkach leżących na podłożu i przykrytych warstwą śniegu, wartość ta wyniosła 80% (temperatura spadała do -2°C). Ponadto autor ten dodaje, że pokrywa śnieżna prócz izolacji termicznej, zapewniała także ochronę materiału lęgowego przed utratą wilgoci, co zdają się potwierdzać niniejsze badania, ponieważ na analizowanych stanowiskach wilgotność względna powietrza była przeciętnie 5,5 – 9,5% wyższa na dnie lasu, w porównaniu z koronami drzew. Wysoką śmiertelność korników na gałęziach świerkowych umieszczonych w koronach (przekraczającą 60%) można tłumaczyć przede wszystkim niskimi temperaturami sięgającymi niemal -18°C. Ponadto, wpływ na wyższą śmiertelność stwierdzonych kambiofagów w koronach najprawdopodobniej miała także wilgotność względna powietrza, której minimalna wartość w koronach drzew była od 30 do 60% niższa w stosunku do minimalnych wartości na dnie lasu, gdzie pokrywa śnieżna pozwalała utrzymać ją na poziomie około 90%. Niska wilgotność panująca w koronach drzew, powodowała szybsze przesuszanie umieszczonych tam gałęzi, zaś występujący silny wiatr, przy ujemnych temperaturach szybciej wychładzał gałęzie, co powodowało wyższą śmiertelność zimujących korników. Rola wiatru i wilgotności względnej powietrza w tym procesie jest jednak ciągle słabo poznana i wymaga dalszych badań. Natomiast wysoką śmiertelność korników zimujących na gałęziach umieszczonych na dnie lasu (przekraczającą 50%) można wiązać z niewielką grubością pokrywy śnieżnej, która przeciętnie nie przekraczała 20 cm [IMGW 2011]. Tak niewielka warstwa śniegu przekładała się najprawdopodobniej na niskie temperatury w obrębie dna lasu, sięgające nawet -13°C. Można zatem przypuszczać, że nie samo występowanie śniegu chroni korniki od niskich temperatur, ale istotne znaczenie ma grubość tejże pokrywy. Wysoką śmiertelność korników na analizowanym materiale można także tłumaczyć dużym udziałem osobników, które nie ukończyły swojego rozwoju przed nadejściem zimy. Zdaniem wielu autorów [Annila 1977, Bakke 1968, Wermelinger i Seifert 1999, Faccoli 2002] stadia przedimaginalne I. typographus są bardziej podatne na niskie temperatury, stąd śmiertelność 325 Jarosław Bielan wśród tych osobników jest znacząco wyższa. Skuhravý [2002] określił śmiertelność larw i poczwarek I. typographus zimujących na drzewach stojących na poziomie 70%. Michalski i Mazur [1999] oraz Johansson i in. [1994] twierdzą natomiast, że I. typographus, P. chalcographus, D. autographus są w stanie przetrwać zimę nie tylko jako imago, ale także w stadium larwalnym. Sprzeczne opinie na ten temat wymagają dalszych badań. Niesprzyjające dla zimujących korników warunki klimatyczne, powodujące ich wysoką śmiertelność, mogą być przyczyną obniżenia dynamiki gradacji w roku kolejnym [Wermelinger i Seifert 1999]. Dalsze badania zapewne pozwolą zweryfikować założenia o słuszności pozostawiania gałęzi świerkowych na okres zimy na dnie lasu po wykonanych cięciach sanitarnych oraz gospodarczych i o konsekwencjach tychże zabiegów w okresie wiosennym. LITERATURA Annila E. 1977. Seasonal flight patterns of spruce bark beetles. Annales Entomologici Fennici, 43 (1): 31 – 35 Austarå Ø., Pettersen H., Bakke A. 1977. Bivoltinism in Ips typographus in Norway, and winter mortality in second generation. Meddelelser fra Norsk Isntitut for Skogforrskning, 33 (7): 270 – 281 Bakke A. 1968. Ecological studies of bark beetles (Coleoptera, Scolytidae) associated with Scots pine (Pinus silvestris L.) in Norway with particular reference to the influence of temperature. Meddelelser fra det Norske Skogforsøksvesen , 83: 441 – 602 Botterweg P.F. 1982. Dispersal and flight behaviour of the spruce bark beetle Ips typographus in relation to sex, size and fat content. Zeitschrift für Angewandte Entomologie, 94: 466 – 489 Faccoli M. 2002. Winter mortality in sub-corticolous populations of Ips typographus (Coleoptera, Scolytidae) and its parasitoids in the south – eastern Alps. Journal of Pest Science, 75: 62 – 68 Grodzki W. 1998. Szkodniki wtórne świerka – kornik drukarz i kornik drukarczyk. Biblioteczka leśniczego, zeszyt 95. Oficyna Edytorska Wydawnictwo Świat. Warszawa Hedgren P.O. 2004. The bark beetle Pityogenes chalcographus (L.) (Scolytidae) in living trees: reproductive success, tree mortality and interaction with Ips typographus. Journal of Applied Entomology, 128: 161 – 166 Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej 2011. Biuletyn Monitoringu Klimatu Polski, Zima 2010-2011. Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej. Warszawa 326 Wpływ mikroklimatu na śmiertelność korników zimujących w żerowiskach… Johannson L., Nilssen A.C., Andersen J. 1994. Flexible generation time in Dryocoetes autographus (Ratz.) (Col., Scolytidae): A key to its success as colonist in subarctic regions? Journal of Applied Entomology, 117: 21 – 30 Kolk A., Starzyk J.R. 2009. Atlas owadów uszkadzających drzewa leśne. MULTICO Oficyna Wydawnicza. Cz. 2. Warszawa Lieutier F., Day K.R., Battisti A., Gregoire J.C. [red.] 2007. Bark and Wood Boring Insects in Living Trees in Europe, a Synthesis. Published by Springer. Dordrecht Luterek R., Szmidt A. 1997. Entomologia leśna z zarysem ekologii owadów. Wydawnictwo AR im. Augusta Cieszkowskiego w Poznaniu. Poznań Michalski J., Mazur A. 1999. Korniki. Praktyczny przewodni dla leśników. Oficyna Edytorska Wydawnictwo Świat. Warszawa Skuhravý V. 2002. Lýkožrout smrkový (Ips typographus L.) a jeho kalamity. Vyd. Agrospoj. Praha Szujecki A. 1980. Ekologia owadów leśnych. Wydawnictwo Naukowe PWN. Warszawa Wermelinger B. 2000. Wie viele Borkenkäfer überleben den Winter? Bündnerwald, 53: 67 – 68 Wermelinger B. 2004. Ecology and management of spruce bark beetle Ips typographus – a review of recent research. Forest Ecology and Management, 202: 67 – 82 Wermelinger B., Seifert M. 1999. Temperature – dependent reproduction of the spruce bark beetle Ips typographus, and analysis of the potential population growth. Ecological Entomology, 24: 103 – 110 Adres do korespondencji: Jarosław Bielan Katedra Ochrony Lasu, Entomologii i Klimatologii Leśnej Uniwersytet Rolniczy w Krakowie e-mail: [email protected] Opiekun naukowy: prof. dr hab. inż. Wojciech Ząbecki 327 Michał Jasik Stanisław Małek EPISTEME 15/2012 s. 329-336 ISSN 1895-4421 WPŁYW DRZEWOSTANU NA JAKOŚĆ WYPŁYWÓW WÓD PODZIEMNYCH W GÓRNEJ CZĘŚCI ZLEWNI POTOKU JASZCZE W GORCZAŃSKIM PARKU NARODOWYM INFLUENCE OF TREE STAND ON THE QUALITY OF GROUNDWATER OUTFLOWS IN THE UPPER PART OF THE JASZCZE CATCHMENT IN THE GORCE NATIONAL PARK Abstrakt. Badania przeprowadzono w kwietniu 2011 roku w górnej części zlewni potoku Jaszcze w Gorczańskim Parku Narodowym. Próbki wody pobrano ze źródeł bezpośrednio po wiosennych roztopach śniegu. Prace laboratoryjne obejmowały pomiar wartości pH, przewodności elektrolitycznej właściwej oraz zawartości głównych anionów (Cl-, NO3-, SO42-) i kationów (NH4+, Na+, K+, Ca2+, Mg2+). Uzyskane wyniki porównano z Rozporządzeniami (Dz. U. 2008 Nr 182 poz. 1008 oraz Dz. U. 2010 Nr 72 poz. 466) i dokonano klasyfikacji badanych wód źródeł ze względu na wybrane parametry fizyko-chemiczne. Największy wpływ na przydatność do spożycia analizowanych wód miały stosunkowo wysokie stężenia jonów NH4+. Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska większość badanych wód należała do I bądź II klasy jakości, a największy wpływ na ich jakość miała nadmierna zawartość jonów NO3- oraz NH4+. Najgorszą jakość wód miały źródła w rozpadających się górnoreglowych świerczynach. Słowa kluczowe: źródła, Gorczański Park Narodowy, jakość wody, chemizm wód Summary. The study was carried out in April 2011 in the upper part of Jaszcze catchment in the Gorce National Park. Water samples were collected from springs during snowmelt (2-4 of April). A data set consisting of: conductivity, water pH, concentrations of anions (Cl–, NO3–, SO42–) and cations (Na+, K+, Ca2+, Mg2+). Concentrations was generated and classified according to Polish standard (Dz. U. 2008 Nr 182 poz. 1008, Dz. U 2010 Nr 72 poz. 466). It was found that most of spring waters was unfit for drinking. The biggest influence on unfit for drinking of the analyzed water samples, according to the Minister of Health Regulation, had to high concentrations of NH4+ ions. According to the Regulation of the Minister of the Environment, most of the water samples belonged to the I or II quality class, and greatest importance was too high content of NH4+ and NO3–. The worst quality were noticed in springs located in disintegrating subalpine spruce stands. Key words: Springs, Gorce National Park, water quality, water chemistry 329 Michał Jasik, Stanisław Małek WSTĘP Źródła są naturalnymi wypływami wód podziemnych, a ponieważ dobrze reagują na wszelkie zmiany zachodzące w naturalnych ekosystemach [Wolanin i Żelazny 2010], mogą być klasyfikowane jako ważne wskaźniki hydrogeologiczne. Badania źródeł pod względem ilościowym i jakościowym mają również znaczenie praktyczne dla zaopatrzenie ludności w wodę czy w lecznictwie balneologicznym [Satora i in. 2010]. Szczególnie istotne znaczenie w ochronie środowiska wodnego i łagodzeniu skutków postępujących zmian klimatycznych, zwłaszcza tych ekstremalnych jak susze czy powodzie, mają ekosystemy leśne [Małek i in. 2010]. W ustawie o lasach, do podstawowych celów gospodarki leśnej zaliczana jest ochrona wód powierzchniowych i podziemnych, a także ochrona retencji zlewni [Dz. U. 1991 Nr 101 poz. 444]. Zmianom tym oraz interakcji las-woda poświęcono, także V Konferencję Ministerialnego Procesu Ochrony Lasów w Europie. Rezultatem tej konferencji było wydanie Rezolucji Warszawskiej 2 “LASY I WODA” [Rezolucja 2007]. Dodatkowym problemem jest obserwowany stały wysoki poziom zanieczyszczeń i degradacji środowiska. Wpływają one bezpośrednio zwłaszcza na wody powierzchniowe, dlatego też wzrasta znaczenie jakości wód. Ocena jakości wód jest jedną z podstawowych analiz przy badaniu właściwości fizyko-chemicznych wód źródlanych i powierzchniowych [Małek i Gawęda 2006, Małek i Krakowian 2009, Jasik i Małek 2010]. W trakcie realizacji celu pracy, którym jest zbadanie zależności właściwości fizycznych i chemicznych wód źródlanych od warunków środowiska, przeprowadzono wstępną ocenę jakości tych wód. MATERIAŁ I METODY Badania realizowano w Gorczańskim Parku Narodowym w górnych częściach zlewni potoku Jaszcze, położonej w południowo wschodniej części Gorczańskiego Parku Narodowego (GPN). Na całym obszarze badań dominującymi utworami geologicznymi są różnej miąższości utwory fliszowe piaskowcowo – zlepieńcowe przewarstwione łupkami [Burtan i in. 1976, Burtan i in. 1978]. Pobór prób wody ze źródeł przeprowadzono bezpośrednio po okresie wiosennego topnienia śniegu w dniach 2 – 4 kwietnia 2011 roku. Badaniom poddano próbki wody zebrane z 95 źródeł [ryc. 1]. Prace laboratoryjne wykonano w laboratorium Katedry Ekologii Lasu Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie. Zmierzono odczyn wód (pH-metr Eijkelkamp 18.37), przewodność elektrolityczną (konduktometr Eijkelkamp EC 18.34) oraz stężenie anionów: Cl-, NO3-, SO42-, i kationów: K+, NH4+, Na+, Ca2+, Mg2+ (chromatograf jonowy Dionex–320). Sporządzono klasyfikację jakości wód ze względu na badane własności według Rozporządzenia 330 Wpływ drzewostanu na jakość wypływów wód podziemnych… Ministra Zdrowia [Dz. U 2010 Nr 72 poz. 466] oraz Rozporządzenia Ministra Środowiska [Dz. U. 2008 Nr 182 poz. 1008]. Wyniki poddano analizie statystycznej testem Kruskala-Wallisa w programie STATISTICA 9.0. Ryc. 1. Lokalizacja źródeł na mapie drzewostanowej w południowo-wschodniej części Gorczańskiego Parku Narodowego. Drzewostany: bukowo jodłowe ( Bk-Jd), bukowoświerkowe (Bk-Sw), wielogatunkowe z dominującym Bk (WBk), wielogatunkowe z dominującym Św (WSw), świerkowe górnoreglowe (Sw G), świerkowe dolnoreglowe (Sw D). Warstwy GIS udostępnione przez Gorczański Park Narodowy WYNIKI I DYSKUSJA Zgodnie z wymaganiami Rozporządzenia Ministra Zdrowia z 2010 roku, jakim powinna odpowiadać woda przeznaczona do spożycia przez ludzi, aż 93 próbki wody ze źródeł w zlewni potoku Jaszcze były niezdatne do spożycia [tab. 1]. Główną przyczyną nieprzydatności tych wód była zbyt wysoka zawartość jonu NH4+ (93 źródła o zawartości NH4+ powyżej 0.5 mg*dm-3), tylko w 5 źródłach stwierdzono pH wody, nieodpowiadające wymaganiom zawartym w tym rozporządzeniu (pH 6,5 – 9,5). 331 Michał Jasik, Stanisław Małek Czynnik ograniczający N Zdatne do spożycia Niezdatne do spożycia 2 93 NH4 + pH 95 Razem 90 5 2 93 Tab. 1. Ilość źródeł zakwalifikowanych jako przydatne i nieprzydatne do spożycia przez ludzi [Dz. U 201 Nr 72 poz. 466] z wyszczególnieniem czynników ograniczających Większość analizowanych źródeł została zaliczona do I klasy jakości (stan bardzo dobry) wg wytycznych z rozporządzenia Ministra Środowiska z 2008 roku [tab. 2]. Głównymi przyczynami obniżenia klasy jakości badanych wód była nadmierna zawartość azotu, zarówno w formie NH4+ (≤ 0,78 mg*dm-3 N- NH4+ dla I klasy oraz 1,56 mg*dm-3 dla II klasy) jak i w formie NO3- (≤ 2,2 mg*dm-3 dla I klasy oraz 5 mg*dm-3 dla II klasy). Nadmierna zawartość jonów amonowych spowodowała, iż 15 źródeł znalazło się w II klasie jakości (stan dobry), natomiast zbyt wysokie stężenie jonów azotanowych skutkowało zaklasyfikowaniem 13 źródeł do II klasy jakości i 1 źródła do III klasy (stan umiarkowany). W rezultacie końcowym, względem analizowanych właściwości fizyko-chemicznych, w I klasie jakości wód znalazło się 68 źródeł, a w II klasie jakości 25 źródeł. Dwa źródła (oba zlokalizowane w rozpadających się świerczynach górnoreglowych) znalazły się w III klasie jakości, pierwsze miało zbyt wysoką zawartość azotanów (24,96 mg*dm-3 NO3-), drugie natomiast zbyt niskie pH (5,66). W IV oraz V klasie jakości nie znalazła się żadna spośród analizowanych próbek wody, powodem był brak kryteriów dla wód poniżej II klasy jakości odnośnie badanych parametrów. Czynnik ograniczający I II N-NH4+ 80 15 N-NO3- 81 13 pH Razem N 95 84 68 III 1 1 25 2 Tab. 2. Ilość źródeł zakwalifikowanych do poszczególnych klas jakości wód [Dz. U. 2008 Nr 182 poz. 1008] z wyszczególnieniem czynników ograniczających Dominującym typem drzewostanu na badanym obszarze były drzewostany wielogatunkowe z różnym udziałem poszczególnych gatunków, ale z dominującą rolą świerka i buka (49 źródeł). Wśród punktów leżących w zasięgu tych drzewostanów tylko jeden nie odpowiadał I klasie jakości pod względem zawartości jonów NO3-, natomiast aż 8 spośród tych źródeł zaliczono do II klasy jakości pod względem zawartości jonu NH4+ [tab. 3]. 332 Wpływ drzewostanu na jakość wypływów wód podziemnych… Klasa jakości [NO3-] Drzewostan Klasa jakości [NH4+] I II III I II Bukowo jodłowe ( Bk-Jd) 5 - - 5 - Bukowo-świerkowe (Bk-Sw) 8 4 - 8 4 Wielogatunkowe z dominującym Bk (WBk) 34 1 - 30 5 Wielogatunkowe z dominującym Św (WSw) 14 - - 11 3 Świerkowe dolnoreglowe (Sw D) 8 - - 8 - Świerkowe górnoreglowe (Sw G) 1 8 1 9 1 Tereny niezalesione 9 2 - 11 - Tab. 3. Ilość źródeł w poszczególnych klasach jakości [Dz. U. 2008 Nr 182 poz. 1008] dla różnych drzewostanów Analizując udział poszczególnych klas jakości najlepiej wypadły wody źródeł zlokalizowanych w drzewostanach bukowo-jodłowych (wszystkie w I klasie jakości), świerkowych dolnoreglowych (wszystkie w I klasie jakości) oraz na terenach niezalesionych (tylko 2 źródła w II klasie jakości). Zdecydowanie największym stężeniem azotanów charakteryzowały się wody ze źródeł położonych w górnoreglowych drzewostanach świerkowych [ryc. 2], różnicę w stosunku do innych typów drzewostanu potwierdziła analiza statystyczna [tab. 4]. Drzewostan Bk-Sw Bk-Sw niezalesione 0,011185 Sw D WBk WSw Bk-Jd Sw G 0,004125 0,130175 0,132793 1,000000 1,000000 1,000000 1,000000 1,000000 1,000000 0,000014 0,954326 1,000000 1,000000 0,000007 1,000000 1,000000 0,000096 1,000000 0,000284 niezalesione 0,011185 Sw D 0,004125 1,000000 WBk 0,130175 1,000000 0,954326 WSw 0,132793 1,000000 1,000000 1,000000 Bk-Jd 1,000000 1,000000 1,000000 1,000000 1,000000 Sw G 1,000000 0,000014 0,000007 0,000096 0,000284 0,263213 0,263213 Tab. 4. Wartość p dla porównań wielokrotnych (dwustronych) - Test KruskalaWallisa, pod względem zawartości azotanów (NO3-) w różnych typach drzewostanów. Pogrubienie – różnica istotna statystycznie Powodem wyższej zawartości jonów azotanowych w tych źródłach może być rozpad świerczyn górnoreglowych, który przyczynia się do ich większego prześwietlenia i intensywniejszych procesów rozkładu nagromadzonej 333 Michał Jasik, Stanisław Małek materii organicznej. Drugim ważnym źródłem jonów NO3- są opady śniegu, które jak podkreśla Małek [2010], są znacznie lepiej zatrzymywane w koronach świerków znajdujących się w wyższych położeniach górskich. W trakcie wiosennych roztopów wody spływające z koron drzew dostarczają większych ilości jonów azotanowych. Ryc. 2. Wykres zawartości jonów NO3- w poszczególnych typach drzewostanów Mimo różnic w ilości źródeł pod względem zawartości jonów NH4+ w poszczególnych klasach, nie wykazano istotnej statystycznie różnicy pod względem ich zawartości dla różnych drzewostanów. Powodem takiej sytuacji może być, prawie wyłączny dopływ tych jonów z opadów atmosferycznych o czym świadczy brak powiązania z geologia czy wysokością n.p.m. a także składem gatunkowych drzewostanów. Podobne powiązania jonów azotanowych z opadami atmosferycznymi opisują także Małek i in. [2010] dla Skrzycznego i Baraniej Góry oraz Jasik i Małek [2010] dla Łysogór. WNIOSKI Największy wpływ na przydatność analizowanych wód źródeł do spożycia przez ludzi, zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Zdrowia (Dz. U 2007 Nr 72 poz. 466), miało zbyt wysokie stężenie jonów amonowych. Również jony NH4+ oraz NO3- były decydującymi o spadku klasy jakości (Dz. U. 2008 Nr 182 poz. 1008) wód źródeł w górnej części zlewni potoku Jaszcze, a ich większa zawartość w analizowanych punktach może być powodowana dopływem z topniejącego śniegu. Najgorszą jakością wód źródeł cechowały się górnoreglowe rozpadające się drzewostany świerkowe, których znaczne prześwietlenie i ilość nagromadzonej materii organicznej może intensyfikować procesy rozkładu i zwiększać ilość dopływających jonów azotanowych. 334 Wpływ drzewostanu na jakość wypływów wód podziemnych… Obszar Gorczańskiego Parku Narodowego stanowi teren licznie odwiedzany przez turystów, mogących oceniać źródlane wody górskie jako znakomite do picia, co w świetle wstępnej klasyfikacji badanych źródeł nie jest tak oczywiste, zwłaszcza w okresie roztopów i w rozpadających się świerczynach górnoreglowych. LITERATURA Burtan J., Paul Z., Watycha L. 1976 Szczegółowa Mapa Geologiczna Polski 1:50 000. Arkusz Mszana Górna. Wyd. Geol., Warszawa. Burtan J., Paul Z., Watycha L. 1978. Objaśnienia do Szczegółowej Mapy Geologicznej Polski 1:50 000. Arkusz Mszana Górna. Wyd. Geol., Warszawa Dz. U. 1991 Nr 101 poz. 444. Ustawa o Lasach z dnia 29 września 1991 roku z późniejszymi poprawkami Dz. U. 2008 Nr 182 poz.1008. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 20 sierpnia 2008 r. w sprawie sposobu klasyfikacji stanu jednolitych części wód powierzchniowych. Dz. U. 2010 Nr 72 poz. 466. Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 20 kwietnia 2010 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi Jasik M., Małek S. 2010: Wstępna ocena jakości wód wybranych źródeł w zlewni Pokrzywianki i Bielnianki w świętokrzyskim Parku Narodowym. W: Wybrane zastosowania chromatografii jonowej, Monografia pod red. Rajmunda Michalskiego. Wydawnictwo Śląskiej Wyższej Szkoły Zarządzania. Katowice: 61-66 Małek S. Astel A. Krakowian K. Opałacz J. 2010. Ocena jakości wód źródlanych w rejonie Skrzycznego i Baraniej Góry. Sylwan 154 (7): 499-505 Małek S. Gawęda T. 2006. Charakterystyka chemiczna źródeł Potoku Dupniańskiego w Beskidzie Śląskim. Sylwan 3: 39-46 Małek S. Krakowian K. 2009. Analiza przydatności do picia wód źródeł Zimnika i Czyrnej w Beskidzie Śląskim. Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych 38: 245-253 Rezolucja Warszawska 2 Lasy i Woda 2007. www.ibles.pl Satora S. Bugajski P. Satora P. 2010. Zmienność reżimu wybranych źródeł występujących w obrębie Beskidu Wyspowego i Gorców. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich14: 195-206 Wolanin A. Żelazny M. 2010. Sezonowe zmiany chemizmu wód źródeł tatrzańskich w zlewniach Potoku Chochołowskiego i Potoku Kościeliskiego w 2009 roku. W: Ciupa T. Suligowski R. Woda w badaniach geograficznych. Instytut Geografii Uniwersytet Jana Kochanowskiego. Kielce: 339-347 335 Michał Jasik, Stanisław Małek Adres do korespondencji: Michał Jasik Katedra Ekologii Lasu Wydział Leśny Uniwersytet Rolniczy w Krakowie al. 29 Listopada 46, 31-425 Kraków email: [email protected] Opiekun naukowy: dr hab. inż. Stanisław Małek prof. UR 336 Filip Kowalski Bartłomiej Bednarz EPISTEME 15/2012 s.337-344 ISSN 1895-4421 CHRONOLOGIE SŁOJÓW ROCZNYCH JESIONÓW WYNIOSŁYCH (FRAXINUS EXCELSIOR L.) Z OBJAWAMI DEFOLIACJI SPOWODOWANEJ PRZEZ GRZYB CHALARA FRAXINEA W NADLEŚNICTWIE BIAŁOWIEŻA TREE RING CHRONOLOGIES OF COMMON ASH (FRAXINUS EXCELSIOR L.) WITH SYMPTOMS OF DEFOLIATION AS A RESULT OF CHALARA FRAXINEA INFECTION IN BIAŁOWIEŻA FOREST DISTRICT Abstrakt. Badania przeprowadzono w lipcu 2010 roku na terenie Nadleśnictwa Białowieża. Do analiz wytypowano 21 drzew Fraxinus excelsior L. z objawami silnej defoliacji spowodowanej infekcją Chalara fraxinea. Z każdego drzewa, świdrem przyrostowym Presslera na wysokości pierśnicy, pobrano dwa dordzeniowe wywierty. Określono szerokości słojów rocznych, które posłużyły do rekonstrukcji bezwzględnie datowanych oraz indeksowanych chronologii słojów rocznych. Sekwencję przyrostów radialnych podzielono na 25 letnie okresy przyrostowe, obejmujące okres występowania Ch. fraxinea w Polsce oraz lata wcześniejsze. Przeprowadzone testy statystyczne potwierdziły negatywny związek występowania choroby z przyrostem radialnym jesionów w okresie ostatnich dwóch dekad. Słowa kluczowe: Fraxinus excelsior, zamieranie jesionu, Chalara fraxinea, przyrost radialny, dendrochronologia, szerokość słojów rocznych Summary. The study had been conducted in the Bialowieża Forest District in 2010. The research had been done on 21 common ash trees representing, the highest degree of Chalara fraxinea defoliation symptoms of infection. From each of the tree, with use of Pressler incremental drill, two cores at the breast height had been taken. The annual tree ring widths have been determined and the absolutely dated and standardized tree ring chronologies were reconstructed. In order to determine the differences in radial growth, the tree ring width sequences have been divided in to 25 years long incremental periods covering the time of Ch. fraxinea occurrence in Poland and earlier years. The differences between average values of radial growth in distinguished periods have been analyzed statistically. It has been shown that decrease of radial growth occurred in the last two decades coincides with the period of ash dieback in Poland. Performed statistical tests confirmed a negative relation of fungal infection on Fraxinus excelsior to radial growth. Key words: Fraxinus excelsior, ash dieback, Chalara fraxinea, radial growth, dendrochronology, tree ring widths 337 Filip Kowalski, Bartłomiej Bednarz WSTĘP Na proces zamierania jesionu wyniosłego (Fraxinus excelsior L.) w Europie po raz pierwszy zwrócono uwagę w Wielkiej Brytanii w latach 50. XX wieku [Foggo 1991]. W Polsce, pierwsze stwierdzenia symptomów obumierania jesionu pochodzą z 1992 roku z północno wschodniej części kraju [Kowalski 2001, 2009]. Zamieranie objęło jesiony wszystkich klas wieku, bez względu na zajmowane siedlisko czy stanowisko biosocjalne. Proces obumierania dotyczył zarówno drzew rosnących wewnątrz drzewostanu jak i na otwartej przestrzeni [Kowalski 2007]. Pierwszymi objawami chorobowymi obserwowanymi na jesionach wyniosłych były więdnięcia oraz nekrozy na pędach głównych i bocznych, szczególnie w miejscach ich rozgałęzień i w obrębie nasad pączków [Kowalski 2007]. Zmiany chorobowe prowadziły do przerzedzenia koron, suchoczubów oraz zrakowaceń [Dobrowolska i in. 2008, Skovsgaard i in. 2010]. Kowalski [2001] z miejsc obumierania tkanek, wyizolował gatunek grzyba, którego zaklasyfikował do rodzaju Chalara. Dalsze badania doprowadziły do opisania nowego taksonu - Chalara fraxinea T. Kowalski [Kowalski 2006]. Od tego czasu odkrytemu gatunkowi grzyba przypisuje się największą rolę w procesie zamierania F. excelsior [Bakys i in. 2009, Timmermann i in. 2011]. Spośród wielu czynników stresogennych oddziałujących na przyrost radialny drzew czynniki klimatyczne zaliczane są do najbardziej istotnych. Na szerokości przyrostu rocznego, mają silny wpływ również takie wydarzenia jak defoliacje powstałe na skutek gradacji owadów, które zapisują się trwale w sekwencjach słojów rocznych [Zielski i Krąpiec 2004]. Należy domniemywać, że podobne reakcje przyrostowe mają miejsce u jesionów wyniosłych z objawami występowania Chalara fraxinea. Dotychczasowe badania nad dynamiką przyrostu radialnego jesionów dotyczyły oddziaływania czynników natury ożywionej (fitoplazmy), a także czynników siedliskowych, socjalno-przestrzennych, klimatycznoorograficznych, temperatury, usłonecznienia, procesu obfitego kwitnienia czy też rodzaju, żyzności i wilgotności gleby oraz wysokości nad poziomem morza [Han i in. 1991, Kerr i Cahalan 2004, Plauborg 2004]. W literaturze można również znaleźć informacje o wpływie na przyrost wywołanej sztucznie, częściowej defoliacji sadzonek [Collin i in. 1994]. Brak jest jednak analiz oddziaływania patogenów grzybowych wywołujących defoliację, na przyrost grubości jesionów. Mając powyższe na uwadze sformułowano hipotezę badawczą, odnoszącą się do negatywnego wpływu infekcji Chalara fraxinea na przyrost radialny jesionu wyniosłego. Celem pracy było zatem utworzenie bezwzględnie datowanej oraz standaryzowanej chronologii słojów rocznych jesionów wyniosłych pochodzących z terenu Nadleśnictwa Białowieża oraz określenie wpływu defoliacji spowodowanej przez grzyb Chalara fraxinea na ich przyrost radialny. 338 Chronologie słodów rocznych jesionów wyniosłych… MATERIAŁ I METODY Wywierty do analiz dendrochronologicznych zostały pobrane w lipcu 2010 roku z jesionów wyniosłych rosnących na terenie Leśnictwa Nowe, Nadleśnictwa Białowieża. Do badań wytypowano drzewa, u których ubytek aparatu asymilacyjnego przewyższał 60%. Stopień defoliacji oceniano wzrokowo według atlasu Müllera i Stierlina [1990]. Do analiz wybierano tylko osobniki żywe. Drzewa w liczbie 21. sztuk pochodziły z drzewostanu głównego i reprezentowały klasę drzew panujących i współpanujących. Pobrane na wysokości pierśnicy wywierty, po wykonaniu przekroju poprzecznego pierścieni słojów rocznych, mierzono w celu uzyskania szerokości przyrostów. Pomiary wykonano w Laboratorium Dendrochronologicznym Katedry Ochrony Lasu, Entomologii i Klimatologii Leśnej UR w Krakowie przy użyciu przyrostomierza „PRZYROSTWP SGM” Firmy Biotronik ver. 2.01. Uzyskano ciągi przyrostowe dla populacji jesionu wyniosłego z charakterystycznymi objawami defoliacji spowodowanej przez grzyb Chalara fraxinea. Poprawność datowania słojów oraz ocenę homogeniczności dendroskal przeprowadzono programem COFECHA [Holmes 1983]. Pozbawione błędów chronologie poddano standaryzacji przy pomocy programu ARSTAN. Sekwencje słojów rocznych podzielono na 25. letnie przedziały czasowe, określając dla nich wartości przyrostów, które następnie analizowano statystycznie na istotność różnic w poszczególnych okresach przyrostowych drzew. Testy statystyczne przeprowadzono w programie Statistica 9.0 PL dla Windows. Z terenu badań pobrano również zamierające pędy jesionu wyniosłego, w celu potwierdzenia występowania grzyba Chalara fraxinea. Próbki pędów z objawami chorobowymi poddano analizie fitopatologicznej w Laboratorium Katedry Fitopatologii Leśnej UR w Krakowie. WYNIKI W pobranych pędach jesionu wyniosłego stwierdzono obecność patogena Chalara fraxinea. Opracowano liczącą 118 lat bezwzględnie datowaną oraz standaryzowaną chronologię słojów rocznych (ryc. 1-2). Przebieg chronologii przyrostów rocznych jesionu wyniosłego w początkowych jej latach charakteryzuje silny, trwający kolejne 6. lat tj. do 1899 roku, wzrost aktywności kambium waskularnego. Po tym okresie w sekwencji słojów rocznych ma miejsce spadek przyrostu radialnego albowiem w kolejnych 41. latach krzywa milimetrowa przyjmuje wartości o 20 % niższe od średniej wieloletniej, zrównując się z przyrostem z 1940 roku. Dalszy etap przyrostu grubości badanych jesionów to niewielkie wahania aktywności kambium waskularnego utrzymujące szerokość słojów rocznych na poziomie średniej wieloletniej aż do roku 1969, od którego rozpoczyna się okres najintensywniejszych przyrostów radialnych, osiągających po trzech latach maksimum na poziomie 4,98 mm. 339 Filip Kowalski, Bartłomiej Bednarz W kolejnych dwóch latach szerokości pierścieni rocznych drewna drastycznie spadają, utrzymując się na wyrównanym poziomie do końca 1988 roku. Kolejny okres przyrostowy cechuje słabsza aktywność kambium waskularnego, zaś szerokość ostatniego wykształconego słoja rocznego badanych jesionów w 2009 roku (0,60 mm) jest o 70% niższa niż średnia wieloletnia dla całego analizowanego okresu życia drzew (ryc.1). 5,3 5 4,7 4,4 Szerkość słojów rocznych [mm] 4,1 3,8 3,5 3,2 2,9 2,6 2,3 2 1,7 1,4 1,1 0,8 1892 1895 1898 1901 1904 1907 1910 1913 1916 1919 1922 1925 1928 1931 1934 1937 1940 1943 1946 1949 1952 1955 1958 1961 1964 1967 1970 1973 1976 1979 1982 1985 1988 1991 1994 1997 2000 2003 2006 2009 0,5 Lata kalendarzowe Ryc. 1. Bezwzględnie datowana chronologia słojów rocznych jesionów wyniosłych z objawami defoliacji spowodowanej infekcją Chalara fraxinea z Nadleśnictwa Białowieża wraz z krzywą wygładzoną metodą średnich ruchomych (linia pogrubiona) Bezwzględnie datowane milimetrowe chronologie słojów rocznych poddano standaryzacji (ryc. 2). W przebiegu krzywej indeksowanej występują duże wahania przyrostu radialnego trwające przez cały badany okres przyrostowy. Począwszy od 1998 roku w chronologii indeksowanej ma miejsce wyraźny spadek aktywności kambium waskularnego albowiem wartość przyrostu nieustająco maleje, by w 2009 roku osiągnąć najniższy poziom tj. 0,62 indeksu przyrostowego (ryc. 2). 2 Indeksowana szerkość słojów rocznych 1,7 1,4 1,1 0,8 1892 1895 1898 1901 1904 1907 1910 1913 1916 1919 1922 1925 1928 1931 1934 1937 1940 1943 1946 1949 1952 1955 1958 1961 1964 1967 1970 1973 1976 1979 1982 1985 1988 1991 1994 1997 2000 2003 2006 2009 0,5 Lata kalendarzowe Ryc. 2. Indeksowana krzywa szerokości słojów rocznych wykreślona dla jesionów wyniosłych z objawami infekcji Chalara fraxinea z terenu Nadleśnictwa Białowieża wraz z krzywą wygładzoną metodą średnich ruchomych (linia pogrubiona) 340 Chronologie słodów rocznych jesionów wyniosłych… W dalszym etapie badań analizowano istotność różnic w chronologiach rzeczywistych i standaryzowanych, w wyróżnionych okresach życia jesionów. Ponieważ założenia statystyczne dla testów parametrycznych nie zostały spełnione, w ocenie różnic przyrostu radialnego w kolejnych okresach przyrostowych użyto testu rangowej analizy rozkładu zmiennej - test Kruskala-Wallisa. Istotność różnic podano dla poziomu a ≤ 0,05. Wykazano istotne różnice pomiędzy standaryzowanym oraz rzeczywistym przyrostem szerokości słojów rocznych w poszczególnych 25. i 18. letnich okresach przyrostowych. Wyodrębnione przedziały czasowe objęły lata udokumentowanego pojawu Chalara fraxinea oraz zamierania jesionów w Polsce. Przeprowadzone testy wykazały istotne statystycznie różnie pomiędzy średnimi rzeczywistymi oraz standaryzowanymi przyrostami dla okresów między I (1882-1909) i II (1910-1934) oraz pomiędzy okresem II (1910-1934) i III (1935-1959), jak również między przedziałami IV (1960-1985) i V (1986-2009). Największe statystycznie istotne różnice w średnim przyroście rzeczywistym badanych jesionów wystąpiły dla okresu II względem wszystkich wyróżnionych przedziałów czasowych. Podobna zależność miała miejsce także w przypadku IV i V okresu (ryc. 3). Ryc. 3. Wyniki testu Kruskala-Wallisa na istotność różnic pomiędzy rzeczywistymi przyrostami radialnymi w wyróżnionych przedziałach czasowych aktywności kambium waskularnego Fraxinus excelsior z objawami defoliacji spowodowanej przez grzyb Chalara fraxinea 341 Filip Kowalski, Bartłomiej Bednarz DYSKUSJA Ekosystemy leśne odgrywają kluczową rolę w utrzymaniu ładu i równowagi biologicznej w całej biosferze [Białobok i in. 1993]. W ostatnich latach na skutek szkodliwego oddziaływania czynników abiotycznych, biotycznych i antropogenicznych mają miejsce niekorzystne zmiany w biocenozach leśnych Polski. Niespełna 20 lat temu obserwowano w kraju pierwsze przypadki zamierania jesionu. Można było wtedy przypuszczać, że jest to wynik niekorzystnego oddziaływania czynników abiotycznych. Po pewnym czasie powinno zatem nastąpić zmniejszenie nasilenia występowania tego procesu. Pomimo zróżnicowanego zespołu grzybów, występujących na zamierających osobnikach w drzewostanach jesionowych [Skovsgaard i in. 2010], w niniejszej pracy skupiono uwagę na Chalara fraxinea uznanego za głównego sprawcę zamierania jesionu [Kowalski 2007, Timmermann i in. 2011]. Analizując przebieg chronologii badanej populacji jesionu wyniosłego zauważamy w historii życia drzew kilka istotnych incydentów. Występujące depresje przyrostowe mogą wynikać z niekorzystnego wpływu czynników meteorologicznych, jednakże eksponowane w indeksowanych chronologiach krótkookresowe fluktuacje klimatycznego pochodzenia według Zielskiego i Krąpca [2004] trwają jedynie do trzech lat. Analizując chronologię rzeczywistą eksponującą zmienność długookresową, zauważymy stały spadek wielkości przyrostu w V. okresie tj. od 1986 do 2009, trwającym do 2006-2007 roku. Moment, od którego rejestruje się początek depresji przyrostowej ma miejsce trzy do czterech lat wcześniej niż data uznania przez licznych badaczy początku zamierania jesionu w Polsce [Kowalski 2001, Zachara i in. 2006]. Godne zauważenia jest również zjawisko wzmożonego przyrostu radialnego obserwowane w chronologii indeksowanej, które ma swój początek w 1986 roku. Znajduje one również odzwierciedlenie w rzeczywistym obrazie przyrostu drzew. Należy przypuszczać, iż może mieć to związek z nagłym polepszeniem warunków wzrostu badanych jesionów. Co więcej niektórzy badacze sugerują wykorzystanie defoliacji jako metody pobudzającej przyrost jesionu [Collin i in. 1994, Kerr i Cahalan 2004]. Badane w Leśnictwie Nowe jesiony rosną na siedlisku olsu jesionowego w wariancie świeżym i mokrym, przez co zależności między przyrostem radialnym a czynnikami klimatycznymi mogą być mniej eksponowane. W sytuacji, gdy siedlisko dla drzew jest korzystne, czynniki pogodowe oddziaływają znacząco jedynie w niektórych latach o ekstremalnych stanach pogodowych [Zielski i Krąpiec 2004]. Stwierdzone statystycznie istotne różnice w przyroście radialnym, pomiędzy 25. letnimi okresami przyrostowymi, nie dowodzą jednoznacznie istotnego wpływu infekcji Chalara fraxinea na zdrowotność drzew. Analizy statystyczne w sposób jedynie pośredni potwierdziły różnice w przyroście radialnym w wyróżnionych 25. letnich okresach przyrostu pierśnicowego. Zastosowane w niniejszej pracy metody dendrochronologicznej analizy słojów rocznych oraz analizy statystyczne potwierdzają ich przydatność do badań nad wpływem infekcji patogenów grzybowych w koronach na przyrost radialny drzew. 342 Chronologie słodów rocznych jesionów wyniosłych… WNIOSKI Spadek przyrostu radialnego stwierdzony w okresie ostatniego 25-lecia, pokrywa się z udokumentowanym okresem zamierania jesionu w Polsce. Obecność Chalara fraxinea na pędach pobranych z jesionów rosnących na terenie Leśnictwa Nowe, Nadleśnictwa Białowieża wskazuje na udział patogenu w procesie zamierania drzew. Z uwagi na to, że grzyb Chalara fraxinea został uznany za głównego sprawcę zamierania jesionów wyniosłych w Europie, jego udokumentowana obecność na obszarze badań jest najbardziej prawdopodobną przyczyną spadku przyrostu radialnego jesionów wyniosłych w północno - wschodniej Polsce. Przebieg rzeczywistych oraz standaryzowanych chronologii słojów rocznych badanych jesionów wyniosłych jest zróżnicowany i pozwala wyróżnić statystycznie istotne okresy o niższej i wyższej aktywności kambium waskularnego. LITERATURA Bakys R., Vasaitis R., Barklund P., Thomsen I. M., Stenlid J. 2009. Occurrence and pathogenicity of fungi in necrotic and non-symptomatic shoots of declining common ash [Fraxinus excelsior] in Sweden. Eur. J. For. Res. 128: 51-60 Białobok S., Boratyński A., Bugała W. 1993. Biologia sosny zwyczajnej. Instytut Dendrologii PAN, Wydawnictwo Sorus, Poznań - Kornik Collin P., Badot P.M., Millet B. 1994. Complete defoliation induces renewal of shoot elongation and temporary inhibition of radial growth in ash tree [Fraxinus excelsior L.]. Comptes Rendus de l’ Academie des Sciences. Series III, 317: 1005–1011 Dobrowolska D., Hein S., Oosterbaan A., Skovsgaard J. P., Wagner S. 2008. Ecology and growth of European ash [Fraxinus excelsior L.]. ValBro. 35 pp. Foggo A. 1991. A possible role for the ash bud moth Prays fraxinella [Lepidoptera: Yponomeutidae] in the dieback of hedgerow ash trees. OFI Occasional Papers No. 41 Han Y., Castello J. D., Leopold D. J. 1991. Ash yellows, drought, and decline in radial growth of white ash. Plant Disease 75: 18-23 Holmes R. L. 1983. Computer-assisted quality control in tree-ring dating and measurement. Tree-ring Bulletin 43: 69-78 Kerr G., Cahalan C. 2004. A review of site factors affecting the early growth of ash [Fraxinus excelsior L.]. Forest Ecology and Management 188 [1-3]: 225-234 343 Filip Kowalski, Bartłomiej Bednarz Kowalski T. 2001. O zamieraniu jesionów. Trybuna Leśnika 4 [359]: 6-7 Kowalski T. 2006. Chalara fraxinea sp. nov. associated with dieback od ash [Fraxinus excelsior] in Poland. Forest Pathology 36: 264-270 Kowalski T. 2007. Chalara fraxinea - nowo opisany gatunek grzyba na zamierających jesionach w Polsce. Sylwan 151: 44-48 Kowalski T. 2009. Rozprzestrzenianie grzyba Chalara fraxinea w aspekcie procesu chorobowego jesionu w Polsce. Sylwan 10: 668-674 Müller E., Stierlin H.R. 1990. Sansilva tree crown photos with percentages of foliage loss. Swiss Federal Institute for Forest, Snow and Landscape Research, Birmensdorf, 2nd revised and extended edition. 92-95 Plauborg K. U. 2004. Analysis of radial growth responses to changes in stand density for four tree species. Forest Ecology and Management 188: 65-75 Skovsgaard P. J., Thomsen M. I., Skovsgaard M. I., Martinussen T. 2010. Associations among symptoms of dieback in even-aged stands of ash [Fraxinus excelsior L.]. Forest Pathology 40: 7-18 Timmermann V., Børja I., Hietala A. M., Kirisits T., Solheim H. 2011. Ash dieback: pathogen spread and diurnal patterns of ascospore dispersal, with special emphasis on Norway. Bulletin OEPP/EPPO 41: 14-20 Zachara T., Gil W., Łukaszewicz J., Paluch R. 2006. Hodowla lasu a zamieranie jesionów. Las Polski 12: 18-19 Zielski A., Krąpiec M. 2004. Dendrochronologia. Wyd. Naukowe PWN, Warszawa Adres do korespondencji: Filip Kowalski Instytut Bioróżnorodności Leśnej, Zakład Zoologii i Łowiectwa, Wydział Leśny Uniwersytet Rolniczy w Krakowie e-mail: [email protected] Bartłomiej Bednarz Katedra Ochrony Lasu, Entomologii i Klimatologii Leśnej, Wydział Leśny Uniwersytet Rolniczy w Krakowie e-mail: [email protected] Opiekun naukowy: dr hab. Andrzej Tomek, prof. UR 344 Szymon Pitek EPISTEME 15/2012 s.345-351 ISSN 1895-4421 JEDNOCZESNY WPŁYW DWÓCH BEZKRĘGOWCÓW WODNYCH (GAMMARIDAE I TIPULIDAE) NA FRAGMENTACJĘ LIŚCI BUKOWYCH W POTOKU SIMULTANEOUS WINTER IMPACT OF TWO SHREDDERS (GAMMARIDAE AND TIPULIDAE) ON BEECH LEAF LITTER DECOMPOSITION RATE IN HIGHLAND STREAM Abstrakt. Liście wpadające do potoków są konsumowane przez wiele różnych taksonów bezkręgowców. Ich wspólny wpływ na proces dekompozycji jest trudny do przewidzenia, gdyż nie musi bezpośrednio wynikać z efektów wywieranych przez pojedyncze gatunki. Interakcje pomiędzy poszczególnymi taksonami mogą powodować zarówno wzrost jak i spadek tempa dekompozycji. Ten łączny efekt (emergencja) może być bardzo istotny dla zrozumienia wpływu bioróżnorodności na funkcjonowanie ekosystemów. Celem pracy było sprawdzenie czy jednoczesny wpływ kiełża i larw komarnic na fragmentację liści jest różny, od sumy ich indywidualnego wpływu na ten proces. Doświadczenie przeprowadzono dwukrotnie w zimie 2008 i 2009 roku, w potoku płynącym przez las bukowy. Ekspozycja za każdym razem trwała miesiąc. Wykorzystano pojemniki wykonane z blachy i pokryte siatką o oczkach 0,01 x 0,01 m (były bardzo skuteczne w eliminowaniu zewnętrznych zaburzeń). Wewnątrz nich umieszczano liście (mierzono ubytek ich suchej masy) oraz rozdrabniacze w różnych proporcjach. W zabiegach z oboma gatunkami występującymi jednocześnie zastosowano dwa podejścia: z sumaryczną liczbą obu gatunków równą ich liczebności w zabiegach jednogatunkowych (podejście addytywne) oraz ze zsumowaną liczebnością osobników obu taksonów z indywidualnych zabiegów (podejście substytutywne). Nie wykazano wpływu rozdrabniaczy na fragmentację. Omówiono czynniki mogące wpłynąć na wyniki (liczebność osobników, słaba konkurencja, długość ekspozycji, suszenie liści, pora roku). Słowa kluczowe: dekompozycja, bentos, makrobezkręgowce, ściółka, addycja, substytucja Summary. In natural streams, leaf litter is consumed by several shredder taxa at the same time. Their joint affect on decay rate is difficult to predict, because it does not have to directly follow the single specie effects. Potential interactions between particular species may cause a decrease as well as an increase of the process rate. Such emergent effects might be very important for understanding how species diversity can influence ecosystem functioning. The aim of the experiment was to compare the simultaneous effect of two shredder species (Gammaridae and Tipulidae) on the rate of leaf litter decrease with the effects of the same species acting alone. In a factorial experiment, dried beech leaves were exposed for activity of both species in special containers, located in a highland stream flowing through a beech forest. The experimental treatments allowed the analysis of the data according to both substitutive and additive model. The experiment was carried out in the same place twice in the winter 2008/2009. Each time the containers were exposed in the stream for one month. No significant statistic differences among treatments were observer. Also, the shredder affect on the leaf mass decrease was not significant. The most probable explanation seem to be the low winter activity of the organisms and slightly too long desiccation of the leaves prior to the experiment, which might have led to increased abiotic fragmentation. Key words: decomposition, benthos, macroinvertebrates, leaf litter, addition, substitution 345 Szymon Pitek WSTĘP Większość niskorzędowych potoków przepływa przez górzyste tereny porośnięte lasami. Korony drzew skutecznie odcinają dopływ energii słonecznej do koryta i w praktyce uniemożliwiają rozwój roślinności w jego obrębie – podstawę piramidy troficznej stanowi allochtoniczna materia organiczna, powstająca w strefie przybrzeżnej. Czyni to z cieków środowiska zasadniczo heterotroficzne [Cummins i in. 1973]. Pierwszymi ogniwami łańcucha troficznego, wprowadzającymi do obiegu materię są destruenci i rozdrabniacze (grupa troficzna makrobezkręgowców wodnych odżywiająca się dużymi fragmentami obumarłej roślinności). W ciekach występuje wiele gatunków, należących do bardzo różnorodnych taksonów. Badanie jednoczesnego wpływu dwóch lub kilku jest interesujące, ponieważ ich jednoczesny wpływ na dekompozycję jest trudny do przewidzenia: taksony są odległe filogenetycznie, mają różną budowę aparatów gębowych i techniki pozyskiwania pokarmu, a konkurencja o niego prowadzi do rozchodzenia się nisz ekologicznych. Ten łączny i nieprzewidywalny efekt to tzw. emergencja. Do jej zbadania wybrano dwa powszechnie występujące w centralnej Europie rozdrabniacze Gammaridae [Karaman i Pinkster 1977] i Tipulidae [Jong i in. 2008]. W badaniach dotyczących jednoczesnego wpływu dwóch gatunków stosowane są najczęściej dwa odmienne podejścia: substytutywne i addytywne [Sih i in. 1998]. Obie metody porównują efekt każdego z taksonów do ich wspólnego oddziaływania, jednak różnią się pod względem zagęszczenia. Addycja to zsumowanie liczebności osobników obu taksonów z indywidualnych zabiegów, zmieniające jednocześnie ich zagęszczenie i sumę (wpływu tych czynników nie da się rozdzielić i stwierdzić, który silniej wpłynął na wynik). W tym przypadku przy braku interakcji oczekujemy łącznego efektu będącego sumą efektów pojedynczych. Substytucja polega na zachowaniu takiego samego zagęszczenia rozdrabniaczy jak w przypadku zabiegu z pojedynczym taksonem, lecz z równym udziałem dwóch typów organizmów (łączna liczebność i bioróżnorodność organizmów nie są ze sobą połączone). Podczas tego zabiegu badany jest jedynie efekt interakcji pomiędzy taksonami, wobec ich pojedynczych wpływów. W przypadku braku interakcji oczekuje się efektu rozdrabniania będącego sumą połowicznych efektów każdego taksonu. Podejścia są komplementarne: addycja pozwala stwierdzić czy efekt łączny (inny niż suma pojedynczych efektów) w ogóle występuje. Substytucja określa, czy efekt interakcji dwóch gatunków jest równie silny co efekt wywierany przez pojedyncze gatunki – obiektywny obraz ewentualnego zjawiska emergencji daje zastosowanie obu zabiegów jednocześnie [Snaydon 1991]. Pozwala 346 Jednoczesny wpływ dwóch bezkręgowców wodnych… to wykryć efekt niesumaryczny (nie wynikający z dodania pojedynczych efektów), a następnie stwierdzić, czy wynika on z dodania innego taksonu, czy ze wzrostu łącznego zagęszczenia organizmów [Sih i in. 1998]. Interakcje między taksonami mogą wywoływać trudny do przewidzenia wpływ na tempo fragmentacji ściółki. Zależnie od typu tej interakcji może to oznaczać zarówno zwiększenie, jak i spowolnienie dekompozycji [Sih i in. 1998]. Ze względu na nieredukowalność zjawisk niesumarycznych, jedynym sposobem ich wykrycia i oszacowania jest eksperyment. Celem pracy było sprawdzenie czy jednoczesny wpływ kiełży i larw komarnic na fragmentację liści jest różny od sumy ich indywidualnych efektów. MATERIAŁY I METODY Eksperyment przeprowadzono w potoku przepływającym przez las bukowy (Fagus sylvatica L.), na terenie Parku Krajobrazowego Pasma Brzanki, w okolicy Ryglic (ok. 30 km na południe od Tarnowa). Liście zostały umieszczone w pojemnikach, wykonanych z ocynkowanej blachy stalowej. Pocięto ją na płaty 0,12 x 0,36 m i wyginano, nadawano kształt prostopadłościanu otwartego z dwóch stron, z „zakładką” na lewym boku (ze szczelinami umożliwiającymi kotwiczenie do podłoża). Pojemniki pokryto elastyczną siatką z tworzywa sztucznego o oczkach 0,01 x 0,01 m, do której w miejscu otworów przyszyto drugą siatkę polimerową, o oczkach w rozmiarze 0,001 x 0,001 m. Liście zebrano w październiku 2008 roku, w pobliżu potoku, w którym prowadzono doświadczenia. Liście suszono w temperaturze pokojowej. Następnie wybrano te o podobnej wielkości, zważono je (pomiary z dokładnością do 0,0001 g) i pojedynczo przypisano konkretnym próbom. Każdej z próbek nadano numer, który markerem zapisano na fragmencie czystego foliogramu i umieszczono w jej wnętrzu. Pojemniki kotwiczono do dna, wykorzystując otwory na ich krawędzi i półstalowe pręty o średnicy ø = 0,003 m. Próbki lokowano w losowych miejscach, o głębokości nie mniejszej niż 0,1 m. By uzyskać wyniki reprezentatywne dla całego stanowiska, rozkładano je wzdłuż odcinka o długości około 30 metrów, przemieszczając się w górę cieku. Ekspozycja trwała miesiąc, od 18 grudnia 2008 do 18 stycznia 2009. Doświadczenie powtórzono w tym samym miejscu, od 18 stycznia 2009 do 21 lutego 2009. Po jego zakończeniu próbki starannie przepłukano (w każdym przypadku odzyskano wszystkie pojemniki). Liście z nich wydobyte wysuszono w temperaturze pokojowej i zważono. Dla każdego pojemnika obliczono tempo ubytku biomasy liści w przeliczeniu na dzień: μ = (ln Mt – ln M0) / liczba dni ekspozycji 347 Szymon Pitek gdzie: Mt – masa po ekspozycji, M0 – masa początkowa, ln – logarytm naturalny. Zastosowano pięć zabiegów, po pięć powtórzeń każdy: 1. próba kontrolna – liście bez udziału rozdrabniaczy (symbol „0”); 2. dwie larwy komarnic (symbol „T”); 3. dwa kiełże (symbol „G”), 4. dwie larwy i dwa kiełże (symbol „T+G”); dane przeznaczone do testu dwukierunkowego (addycja – badanie wspólnego wpływu taksonów), 5. jedna komarnica i jeden kiełż (symbol „(T+G)/2”); dane przeznaczone do testu jednokierunkowego (substytucja – badanie interakcji pomiędzy taksonami). Zwierzęta łapano w dniu rozpoczynania eksperymentów, w potoku, w którym przeprowadzano ekspozycje: poruszano się w górę koryta (na odcinku gdzie prowadzono eksperyment) i drapaczem dna, co 5 metrów, pobierano wycinek podłoża o wymiarach 0,2 x 0,2 m. Materiał ilościowo przeniesiono do wiadra z wodą, gdzie oddzielano zawiesinę. Zagęszczoną próbę przekładano na kuwetę i wybierano pożądane makrobezkręgowce (wielkości wybranych osobników była możliwie zbliżone). Po zakończeniu badań zwierzęta wypuszczono do potoku. Uzyskane wyniki analizowano testem ANOVA. WYNIKI Wykresy przedstawiają średnie tempo ubytku biomasy dla obu eksperymentów. Ryc. 1 Średni ubytek masy liści w pierwszym eksperymencie. Zakresy oznaczają SD. Symboliczne oznaczenie słupków odpowiada zastosowanemu w poprzednim rozdziale Różnice między zabiegami były niewielkie – nie stwierdzono istotnych statystycznie różnic między zabiegami, zarówno dla testów jedno- jak i dwukierunkowych – nie wykazano jednoczesnego, niesumarycznego wpływu kiełża i komarnicy na dekompozycję liści bukowych oraz nie wykazano wpływu rozdrabniaczy na tempo ubytku masy organicznej w ogóle. Dla pierwszego doświadczenia otrzymano następujące wyniki 348 Jednoczesny wpływ dwóch bezkręgowców wodnych… analizy: F19 = 0,99; p < 0,95 (test jednokierunkowy) i F1 = 1,31; p < 0,95 (interakcja czynników dla testu dwukierunkowego), a dla drugiego: F19 = 0,03; p << 0,95 (test jednokierunkowy) i F1 = 0,04; p << 0,95 (interakcja czynników dla testu dwukierunkowego). Ryc. 2. Średni ubytek masy liści w drugim eksperymencie. Zakresy oznaczają SD. Symboliczne oznaczenie słupków odpowiada zastosowanemu w poprzednim rozdziale DYSKUSJA Pojemniki dobrze spełniły swoją rolę. Zastosowano je jako sposób na kontrolowanie fragmentu środowiska, bez istotnego zmieniania jego warunków. Doskonale izolowały one obiekty doświadczenia od większości zaburzających czynników zewnętrznych: ewentualnego wpływu kręgowców leśnych, odrywania od miejsca zakotwiczenia i unoszenia z nurtem, przypadkowej ingerencji ludzkiej. Duża sprawność była widoczna w przypadku usuwania osadów – sedymentacja przypierała istotne rozmiary, jednak konstrukcja pozwalała na ich łatwe przepłukiwanie, bez stwarzania przy tym ryzyka utraty fragmentów liści. Niewykrycie jakiegokolwiek wpływu rozdrabniaczy na ubytek masy może wynikać z wielu czynników: małej liczby powtórzeń, niskiej liczebności rozdrabniaczy, suchość liści, pory roku, w jakiej prowadzono eksperymenty czy czasu ekspozycji. Wydaje się, że rozdrabniacze były zmuszone do zbyt słabej konkurencji o pokarm. Co równie ważne, potencjalnie istotny wpływ wywierany przez taksony, mógł być zbyt słabo wzbudzany przez pojedyncze osobniki, by przybrać mierzalne wartości. Długość suszenia liści była istotnym czynnikiem wpływającym na ich kruchość, a zatem i podatność na mechaniczną fragmentację wody. 349 Szymon Pitek Ze względu na rozpoczęcie drugiego powtórzenia w dniu zakończenia pierwszego, nie było możliwe poznanie wyników i zmodyfikowanie doświadczenia. Sam czas ekspozycji jest czynnikiem mającym znaczny wpływ na uzyskane wyniki: jego wydłużenie zmniejszyło by ilość dostępnego pokarmu i zwiększyło konkurencję o zasoby (ogólny spadek jakości pokarmu spowodowany wypłukiwaniem, słabszą kolonizacją mikroorganizmalną, itp., patrz: Webster i Benfield 1986, Cummins 1988). Jednak to samo mogły by wywołać zatarcie się ewentualnych różnic między pomiarami – pozostały by jedynie substancje nierozpuszczalne w wodzie i bardzo trudno przyswajalne [Webster i Benfield 1986, Cummins 1988]. Z kolei wcześniejsze zakończenie ekspozycji pozwoliło by uniknąć wyżej wymienionego efektu, który mógł zaistnieć w badaniach [Webster i Benfield 1986, Cummins 1988]. Niestety było niemożliwe ze względu na nie dającą się przewidzieć, bardzo niską temperaturę. Spowodowała ona skucie powierzchni potoku lodem i uniemożliwiła wcześniejsze przerwanie eksperymentu (odwilż w połowie stycznia pozwoliła zakończyć jeden eksperyment i rozpocząć drugi, który również w większości czasu przebiegał pod powierzchnią lodu). Zaskakująco sroga zima bardzo mocno wpłynęła na poziom aktywności biologicznej makrobezkręgowców, który był stosunkowo niski, co przełożyło się na mniejsze efekty rozdrabniania. 350 Jednoczesny wpływ dwóch bezkręgowców wodnych… LITERATURA Cummins K. W. 1988. The Study of Stream Ecosystems: A Functional View. Ecological Studies 67: 247-262 Cummins K. W., Klug M. J. 1979. Feeding ecology of stream invertebrates. Annual Review of Ecology and Systematics 10: 147-172 Cummins K. W., Petersen R. C., Howard F. O., Wuycheck J. C., Holt V. I. 1973. The Utilization of Leaf Litter by Stream Detritivores. Ecology 54: 336-345 Cummins K. W., Wilzbach M. A., Gates D. M., Perry J. B., Taliaferro W. B. 1989. Shredders and Riparian Vegetation. BioScience 39: 24-30 Jong de H., Oosterbroek P., Gelhaus J., Reusch H., Young C. 2008. Global diversity of craneflies (Insecta, Diptera: Tipulidea or Tipulidae sensu lato) in freshwater. Hydrobiologia 595: 457–467 Karaman, G. S., Pinkster S. 1977. Freshwater Gammarus species from Europe, North Africa and adjacent regions of Asia (Crustacea-Amphipoda). Bijdragen Tot De Dierkunde 47: 1–97 Sih A., Englund G., Wooster D. 1998. Emergent impacts of multiple predators on prey. Trends in ecology & evolution 13: 350-355 Snaydon R. W. 1991. Replacement or additive designs for competition studies? Journal of Applied Ecology 28: 930–946 Webster J. R., Benfield E. F. 1986. Vascular plant breakdown in freshwater ecosystems. Annual Review of Ecology and Systematics 17: 567-594 Adres do korespondencji: Szymon Pitek Instytut Bioróżnorodności Leśnej Uniwersytet Rolniczy w Krakowie e-mail: [email protected] Opiekun naukowy: prof. dr hab. inż. Grzegorz Jamrozy 351 Paweł Przybylski Szymon Jastrzębowski EPISTEME 15/2012 s.353-358 ISSN 1895-4421 STRUKTURA GENETYCZNA PLANTACJI NASIENNEJ SOSNY ZWYCZAJNEJ W NADLEŚNICTWIE SUSZ GENETIC CHARACTERISTICS OF SCOTS PINE SEED ORCHARD IN THE SUSZ FOREST DISTRICT Abstrakt. Racjonalnie prowadzona gospodarka leśna, mająca na celu stworzenie drzewostanów plastycznych, odpornych na zmiany klimatu, a jednocześnie zapewniająca zysk ekonomiczny wymaga materiału siewnego, z którego powstaną drzewostany spełniające powyższe założenia. W leśnictwie taki materiał siewny uzyskuje się dzięki hodowli selekcyjnej w Lasy Państwowych. Jednym z podstawowych elementów hodowli selekcyjnej, są plantacje nasienne. Przyszłe drzewostany powstałe z nasion zebranych na plantacjach nasiennych są potomstwem klonów drzew matecznych, będących osobnikami o najlepszym fenotypie. Dużym niebezpieczeństwem jest jednak ryzyko zawężenia puli genetycznej w plantacjach nasiennych, może to w drzewostanach potomnych wywołać zjawisko tzw. szyjki butelki. W pracy zaprezentowano wyniki analizy zmienności genetycznej, mierzonej za pomocą 13 białek izoenzymatycznych (IZO13) na plantacji nasiennej w Nadleśnictwie Susz. Oszacowano strukturę genetyczna nie wskazuje na ryzyko zawężenia puli genowej w przypadku tej plantacji. Słowa kluczowe: plantacja nasienna, marker genetyczny, hodowla selekcyjna, izoenzymy, Pinus sylvestris Summary. The reasonably performed forest management, which is aimed to create plastic and resistant to climate change stands as well as which are providing economic profits requires the supply of seed material fulfilling the above criteria. Such quality seed material can be obtained through selective breeding carried out by foresters of the State Forests organization in Poland. The seed orchards are one of the basic elements in selective breeding. Created in this way stands of next generation are the progeny clones of mother trees. However, the risks of limitation of the gene pool in seed orchards which it may cause the phenomenon of the bottle neck effect in the progeny stands. The results of genetic variation studies which are measured by the 13 isoenzyme proteins (IZO13) in the seed orchard of Susz Forest District are presented in this paper. The obtained genetic parameter characteristics revealed that there is no risk of the gene pool limitation. Key words: seed orchard, genetic marker, seed breeding, isoenzymes, Pinus silvestris 353 Paweł Przybylski, Szymon Jastrzębowski WSTĘP W Polsce począwszy od lat 90 XX. wieku badania nad zmiennością genetyczną populacji drzew leśnych przeprowadza się głównie przy użyciu markerów genetycznych, które zastępują analizy fenotypu rośliny [Burczyk 1990, Prus-Głowacki i Bernard 1994, Burczyk i in. 2000, Dzialuk 2004, Lewandowski i in. 2000, Jastrzębowski i Tarasiuk 2010]. Pierwsze prace badawcze wykonywane przy wykorzystaniu markerów genetycznych dotyczyły białek izoenzymatycznych. Wraz z upływem czasu naukowcy koncentrowali się jednak na analizie struktury DNA badanych roślin [Nowakowska 2007]. Dzięki narzędziom analiz molekularnych uzyskano cenne informacje zarówno dla rodzimych drzewostanów, jak i plantacji nasiennych [Cieślewicz i Odrzykoski 2009]. W Polsce badania prowadzono dla wszystkich gatunków drzew leśnych, najobszerniej opisano jednak zmienność genetyczną sosny zwyczajnej (Pinus sylvestris L.) [Dzialuk i Burczyk 2002 i 2006, Odrzykoski 2002, Sułkowska i in. 2008]. Sosna jest szczególnie ważnym gatunkiem w gospodarce leśnej kraju. Jej udział powierzchniowy wynosił w 2009 r, 60,4% powierzchni leśnej Polski (Raport o Stanie Lasów 2010). Drzewostany sosnowe powstają w większości przypadków w wyniku sztucznego odnowienia lasu. Ze względu na specyfikę omawianego gatunku, nie przewiduje się odejścia od sztucznego odnawiania drzewostanów sosnowych. Należy zatem szczególną uwagą zwrócić na aspekt pochodzenia i jakość materiału siewnego, którym dysponują leśnicy. Nasiona sosny pochodzą przeważnie z obiektów objętych programem hodowli selekcyjnej, prowadzonej w Lasach Państwowych. Najbardziej zaawansowanym elementem hodowli selekcyjnej w Polsce są plantacje nasienne (PN), poprzez wyprodukowane nasiona, mają one zapewnić, przekazanie do praktyki wyników prac nad udoskonalaniem drzew leśnych [Kowalczyk i in. 2011]. Pomimo znaczenia PN w gospodarce leśnej, nie ma zbyt wielu szczegółowych opracowań na ich temat [Kowalczyk i in. 2011]. Szczególnie ważnym wydaje się rówież aspekt szerokiego przeanalizowania ich struktury genetycznej, odnosząc uzyskane wyniki analiz molekularnych do parametru efektywnej wielkości populacji. Badania takie pozwolą uzyskać wyniki świadczące o występowaniu zawężenia puli genetycznej na plantacji, która jest szczególnego rodzaju populacją hodowlaną, składającą się w przypadku sosny z minimum 40 klonów (potomstwa drzew matecznych). MATERIAŁ I METODY Badania przeprowadzono na klonach drzew matecznych rosnących w ramach Gospodarstwa Nasiennego „Matyty”. Zostało ono założone w latach 1977-1985 na powierzchni 32,25 ha, a w jego ramach założono 30 kwater, na których wysadzono 175 klonów. Ze względu na wielkość 354 Struktura genetyczna plantacji nasiennej sosny zwyczajnej… obiektu badania zawężono do kwatery 4 i 5, na których rośnie potomstwo 54 klonów, reprezentowanych przez 177 szczepów. Wczesną wiosną 2011r., ze szczepów zebrano materiał roślinny, który stanowiły pączki w stanie spoczynku zimowego. Pączki przetransportowano w standardowej lodówce turystycznej, dodatkowo zabezpieczając je suchym lodem. Pobrany materiał biologiczny przechowywano w zamrażarkach o stałej temperaturze -24oC do momentu przeprowadzenia analiz laboratoryjnych. W ramach analiz izoenzymatycznych wyekstrahowano enzymy z pączków pozbawionych okryw, za pomocą buforu ekstrakcyjnego (Cieślewicz 2009). Homogenatem nasączono paski bibuły Whatmann (31ET), które zabezpieczono do czasu wykonania elektroforezy. Elektroforezę przeprowadzono w 10% żelu skrobiowym (Starch-art.), analizując dwa systemy buforowe, tożsame jak w pracy Odrzykoskiego (2002). Po przeprowadzonej elektroforezie, żele pocięto na 1,5 mm płaty, z których każdy został wykorzystany do wizualizacji specyficznych białek. Proces wizualizacji przeprowadzono zgodnie z metodyką Concle i in. (1982), stosując niewielkie modyfikacje polegające głównie na procedurze „agar-overlay” (Odrzykoski 2002), z wyjątkiem systemów EST i GOT. Analizowano następujące locii: Est-B (E.C.3.1.1.2), Gdh (E.C.1.4.1.2) , Adh-A, Adh-B (E.C.1.1.1.1), Sdh-A Sdh-B (E.C.1.1.1.25), Pgd-B (E.C.1.1.1.44), Aco, Mdh-A, Mdh-B, Mdh-C (E.C.1.1.1.37), Got-A ,Got B, Got-C (E.C.2.6.1.1), Dia-C (E.C.1.8.1.4), Lap-A, Lap-B, Pgi-A, Pgi-B, Pgm. Po uzyskaniu danych o genotypach analizowanej populacji dokonano analizy genetycznej. Analiza zmienności badanych locii została wykonana w programie GenAlEx 6.1 (Peakal i Smouse 2006). Przebadano następujące parametry zmienności genetycznej: liczbę alleli (Na), efektywną liczbę alleli (Ne), heterozygotyczność obserwowaną (Ho), heterozygotyczność oczekiwaną (He), obliczono także współczynnik wsobności F. Otrzymane wyniki przeanalizowano testem na równowagę Hardy’ego-Weinberga oraz posłużyły do obliczono efektywnej wielkość populacji za pomocą wzoru zamieszczonego w pracy Grant i Grant (1992). Ze względu na powszechną dostępność wzorów użytych w obliczeniach, które można znaleźć w innych pracach np. (Hartl i Clark 2007), nie zamieszczono ich w niniejszej publikacji. WYNIKI W badaniach stwierdzono niski ujemny wskaźnik wsobności populacji (F), został on oszacowany na (-0,035). Świadczy to o minimalnej oraz nieistotnej statystycznie (p = 0,05) zwiększonej liczbie heterozygot w badanej populacji. Dane przedstawiające wyniki charakterystyki genetycznej zamieszczono w tabeli 1. Stwierdzono, że w badanej populacji allele Sdh-A, Mdh-C, Gdh, Got-B są allelami homozygotycznymi, co je odróżnia od wszystkich 355 Paweł Przybylski, Szymon Jastrzębowski pozostałych badanych alleli. Jeden z alleli homozygotycznych Sdh-A nie wykazywał zmienności wynikającej z równania Hardy - Weinberga (p = 0,01). Białkami o największym stopniu zmienności okazały się Got-C i Adh-A. Wszystkie z badanych białek miały mniejszą efektywną liczbę alleli w porównaniu do obserwowanej liczby alleli. Allele/n Na Ne Ho He F Est-b 3 1,52 0,35 0,34 -0,02 Pgd-B 3 1,88 0,56 0,47 -0,20 Sdh-A 5 1,28 0,16 0,22 0,26 Sdh-B 3 1,06 0,05 0,05 -0,02 Mdh-A 2 1,12 0,11 0,10 -0,06 Mdh-C 3 1,45 0,30 0,31 0,04 Gdh 2 1,99 0,39 0,50 0,21 Dia-C 2 1,32 0,28 0,24 -0,16 Got-A 3 1,07 0,07 0,06 -0,03 Got-B 4 2,11 0,49 0,53 0,06 Got-C 3 2,07 0,64 0,52 -0,23 Adh-A 2 1,86 0,57 0,46 -0,22 Adh-B 3 1,77 0,48 0,43 -0,11 Pgi 3 1,04 0,04 0,04 -0,02 Tab. 1. Charakterystyka genetyczna klonów drzew matecznych rosnących na z kwaterze 4 i 5 plantacji nasiennej „Matyty” Analizując częstość genotypów wszystkich białek (tab. 2) możemy stwierdzić że najwięcej form przestrzennych posiadało białko Sdh-A. Jest ono także jedynym białkiem, które odbiegało od teoretycznego rozkładu Hardy - Weinberga, a najczęstszym allelem w opisywanym białku była forma 1 występująca z 87% frekwencją. Informacje o częstości występowania alleli świadczą o występowaniu form rzadkich, tj. takich które mają frekwencję poniżej 0,01. Należą do nich Sdh-A (4,5), Sdh-B (2), Mdh-C (5), Got-B (6). Allele/n Est-b 1 0,79333 2 0,04 3 0,16667 4 5 6 Pgd-B 0,66667 0,29333 0,04 Sdh-A 0,87838 0,09459 0,01351 0,00676 0,00676 Sdh-B 0,97297 0,00676 0,02027 Mdh-A 0,94444 0,05556 Mdh-C 0,81081 0,18243 Gdh 0,46094 0,53906 Dia-C 0,86 0,14 Got-A 0,96667 0,01333 0,02 Got-B 0,57333 0,38 0,04 Got-C 0,58108 0,37838 0,04054 Adh-A 0,36486 0,63514 Adh-B 0,10833 0,725 0,16667 Pgi 0,98 0,01 0,00676 0,00667 0,01 Tab. 2. Częstość genotypów we wszystkich analizowanych białkach Efektywną wielkość populacji oszacowano na 16,62 osobników, z cenzusowej wielkości populacji 49 osobników. Stanowiło to wielkość równą 33% populacji. DYSKUSJA I WNIOSKI Badania przeprowadzono na plantacji nasiennej, która z punktu widzenia genetyki populacyjnej jest specyficzną populacją składającą się z ograniczonej liczby osobników. W przypadku sosny zwyczajnej plantacje nasienne zakładane są z minimum 40 klonów (szczepów drzew matecznych). Rodzi to wiele wątpliwości, ponieważ wybierając najlepsze pod względem hodowlanym drzewa dokonujemy sztucznej selekcji, zakłócając tym samym proces doboru naturalnego. Ograniczenie liczby osobników może spowodować zawężenie puli genetycznej, co w konsekwencji doprowadzić może do zjawiska potocznie nazywanego zjawiskiem „szyjki od butelki (bottle-neck effect)”. Jednakże uzyskane wyniki nie potwierdzają przytoczonej powyżej obawy. Plantacja nasienna, pomimo tego że została 356 Struktura genetyczna plantacji nasiennej sosny zwyczajnej… utworzona ze szczepów drzew wybranych drogą selekcji fenotypowej, znajduje się w stanie równowagi Hardy - Weinberga. Równowaga ta natomiast teoretycznie cechować powinna jedynie populacje panmiktyczne. Ponadto współczynnik wsobności F wykazywał wartości ujemne, co wskazuje na przewagę heterozygot nad homozygotami w populacji. W odróżnieniu do wielu badań prowadzonych w drzewostanach z odnowienia naturalnego gdzie opisano nadmiar homozygot względem heterozygot, co świadczy o wyższym stopniu wsobności populacji [Prus-Głowacki i Bernard 1994, Dzialuk i Burczyk 2006]. W badanej populacji zainteresowanie budzi białko Sdh-A, dla którego zauważyć można działanie selekcji stabilizującej na allel 1. Brak natomiast symptomów działania doboru w przypadku innych białek. W obrębie plantacji zauważono występowanie alleli, które opisano jako allele rzadkie, co świadczy o zachowaniu wysokiego poziomu zmienności wewnątrzpopulacyjnej. Zjawisko to jest typowe dla drzew leśnych, które większość zmienności generują wewnątrz populacji [Nowakowska 2007]. Wątpliwości autorów budzi bardziej efektywność samego procesu selekcji, niż ujemny wpływ jaki wywiera on na populacje. W krajach takich jak Szwecja, USA, Nowa Zelandia, Australia zakładane są plantacje nasienne trzeciej generacji, w których tworzy się przyszłe pokolenia drzew w oparciu o molekularną informację genetyczną [Kowalczyk i in. 2011]. Potencjalnie może to doprowadzi do znacznego zubożenia puli genetycznej. Konkludując, uważa się za zasadne zwiększenie intensywności selekcji w obrębie plantacji, prowadząc stały monitoring zmienności genetycznej uzyskanego potomstwa. LITERATURA Burczyk J. 1990. Struktura genetyczna plantacji nasiennej sosny zwyczajnej (Pinus sylvestris L.) w Nadleśnictwie Gniewkowo. Arboretum Kórnickie, 35: 91-101 Burczyk J. Dzialuk A., Lewandowski A. 2000: Zmienność genetyczna sosny zwyczajnej (Pinus sylvestris L.) na klonowej plantacji nasiennej w Gniewkowie. Sylwan 2000(4): 65-47 Concle M.T. Hodgskiss P.D. Nunnaly L.B. Hunter S.C. 1982. Sterch gel electrophpresis of conifer seeds, a laboratory manual. USDA Forest Service. Pacific Southwest Forest and Range Experimental Station. General Technical Report PSW-64:18 Cieślewicz A. Odrzykoski I. 2009: Identyfikacja błędów w rozmieszczeniu szczepów sosny zwyczajnej na terenie plantacji nasiennych. Porównanie systemów opartych na polimorfizmie izoenzymów (IZO13) i loci mikrosatelitarnych (SPAC). Konferencja naukowa „Rozwój hodowli lasu wspólnym osiągnięciem nauki i praktyki leśnej” 27-29 maj 2009; Poznań- Zielonka- Łopuchówko: 14-15 Cieślewicz A. 2009. Charakterystyka wybranych loci mikrosatelitarnych u sosny zwyczajnej i ich wykorzystanie do identyfikacji szczepów drzew matecznych. Rozprawa doktorska UAM, manuskrypt 357 Paweł Przybylski, Szymon Jastrzębowski Hartl D.L. Clark A.G. 2007. Podstawy genetyki populacyjnej. Wydawnictwo Uniwersytetu Warszawskiego, Warszawa Dzialuk A. 2004. Przepływ genów w drzewostanie nasiennym sosny zwyczajnej P. Sylvestris L. Rozprawa doktorska Akademia Bydgoska, manuskrypt Dzialuk A. Burczyk J. 2002: Comparison of genetic diversity of Scots pine (Pinus sylvestris L.) from qualified seed-tree stand and clonal seed orchard. Ecol. Ques. 2/2002: 89-94 Dzialuk A. Burczyk J. 2006: Zmiany struktury genetycznej pomiędzy populacja rodzicielską a potomnom w drzewostanie nasiennym sosny zwyczajnej (Pinus sylvestris L.). Sylwan 2006 (10): 30-38 Grant P.R., Grant B.R 1992. Demography and the genetically efective size of two population of Darwin’s fitnches. Ecology 73:766-784 Kowalczyk J. Markiewicz P. Chałupka W. Matras J. 2011. Plantacje nasienne – rola i znaczenie w gospodarce leśnej. Las Polski 22: 18-20 Jastrzębowski Sz. Tarasiuk S. 2010: Chracteristics of a marginal population of European beech (Fagus sylvatica L.) in the Dwukoły Forest Dystrict (Northern Poland). Ann. Wars. Univ. Life Sci. (73): 35-34 Lewandowski A. Boratyński A. Mejnartowicz L. 2000. Allozyme investigations on the differentiaton between closely related pines – Pinus sylvestris, P. mugo, P. unicata and P. uliginose (Pinaceae). Plant Systematics and evolution 221: 15-24 Nowakowska J. 2007: Zmiennośc genetyczna polskich wybranych populacji sosny zwyczajnej (Pinus sylvestris L.) na podstawie analiz polimorfizmu DNA. Prace IBL Rozprawy i monografie, Ser. 9 Odrzykoski I. 2002. Badanie nad zmiennością genetyczną kosodrzewiny (P. mugo) z wykorzystaniem markerów biochemicznych i molekularnych. Wydawnictwo Naukowe UAM Poznań, seria Biologia, nr 67 Peakall R. Smouse P. 2006. GenAlex 6: Genetic Analysis in Exel. Population genetic software for taching and research. Molecular Ecology Notes 6: 288-295 Prus-Głowacki W. Bernard E. 1994. Allozyme variation in populations of Pinus sylvestris L. from a 1912 provenance trial in Pulawy (Poland). Silvae Genetica 43: 132-138 Sułkowska M. Kowalczyk J. Przybylski P. 2008: Zmienność genetyczna i ekotypowa buka zwyczajnego (Fagus sylvatica L.) w Polsce. Leśne Prace Badawcze 62 (2):37-46 Adres do korespondencji: Paweł Przybylski, Szymon Jastrzębowski Instytut Badawczy Leśnictwa e-mail: [email protected], sz.jastrzę[email protected] Opiekun naukowy: dr hab. Ireneusz Odrzykoski prof. UAM 358 Marzena Albrycht Anna Przystupińska Monika Pigulak- Kuś EPISTEME 15/2012 s.359-363 ISSN 1895-4421 Katarzyna Trętowska OCENA LICZEBNOŚCI POPULACJI JELENIA W NADLEŚNICTWIE TURAWA, REGIONALNA DYREKCJA LASÓW PAŃSTWOWYCH W KATOWICACH ESTIMATION OF RED DEER NUMBERS IN FOREST DISTRICT TURAWA, REGIONAL DIRECTORATE OF STATE FOREST IN KATOWICE Abstrakt. Nadleśnictwo Turawa obejmuje powierzchnię leśną wynoszącą 16,1 tys. ha. W lutym 2011 na terenie Nadleśnictwa wyznaczono 5 działek taksacyjnych, których łączna powierzchnia wynosiła 2384 ha (14,8% powierzchni leśnej Nadleśnictwa) i wahała się w zakresie 189 – 781 ha. Każda powierzchnia była obsługiwana przez 40 – 50 obserwatorów, których rozmieszczono równomiernie. Zadaniem obserwatorów było penetrowanie w ciągu godziny wyznaczonych oddziałów leśnych, notowanie liczby i składu socjalnego zauważonych chmar jeleni, godziny obserwacji oraz kierunki ucieczki tych zwierząt. Kolejnym etapem prac było wykonanie dla każdej powierzchni taksacyjnej makiety, na której naniesiono wszystkie obserwacje. Stosując analizę przestrzenno – czasową eliminowano wielokrotne obserwacje tych samych zwierząt. Analiza wykazała, że na wszystkich powierzchniach taksacyjnych znajdowało się 256 jeleni, tj. 107,4 osobników ·1000 ha-1 lasu. Oznacza to, iż na terenie Nadleśnictwa Turawa bytuje populacja licząca 1725 osobników. Słowa kluczowe: jeleń, Nadleśnictwo Turawa, powierzchnie taksacyjne Summary. The Turawa Forest District is located in southern Poland and cover 16,1 thousands ha of forest. Population census of red deer was based upon 5 sampling plots (range 189 – 781 ha) which total area amounted to 2384 ha. During February 2011 in each sampling plots 40 – 50 observers was located. They were distributed according to systematic placement. During one hour observers were recorded all red deer seen, composition of social units, time of observation and direction of escape. Then using time-space analysis multiple observations of the same animals were eliminated. The total number of red deer recorded in all sampling plots amounted to 256 animals i.e. 107,4 individuals per 1000 ha. It means that our study area is inhabited by 1725 red deer. Key words: red deer, The Turawa Forest District, sampling plots 359 Marzena Albrycht, Anna Przystupińska, Monika Pigulak-Kuś, Katarzyna Trętowska WSTĘP W ostatniej dekadzie nastąpił w naszym kraju niekontrolowany wzrost liczebności populacji jeleni. Według Głównego Urzędu Statystycznego w roku 2000 bytowało na terenie Polski 117,5 tys. jeleni, a w roku 2010 liczebność populacji wzrosła do 180,2 tys. osobników. Przyczyną tak drastycznego wzrostu liczebności jest brak stosowania wiarygodnych metod oceny liczebności populacji. Szacunki myśliwych z różnych przyczyn zaniżają liczebność jeleni i dlatego pozyskanie tego gatunku jest niższe od rocznego przyrostu zrealizowanego populacji. Wysokie zagęszczenia populacji wyrządzają istotne szkody w uprawach rolnych i odnowieniach leśnych. Koszty ochrony lasu przed szkodami, jakie w lasach wyrządzają jeleniowate systematycznie wzrastają i w roku 2010 wynosiły 125 mln PLN. Są one związane głównie z grodzeniem upraw leśnych. Nadleśnictwo Turawa już od dłuższego czasu boryka się z problemem szkód wyrządzanych przez jelenie w uprawach leśnych. Ponieważ szacunki lokalnych kół łowieckich dotyczące liczebności jeleni są mało wiarygodne, zdecydowano się aby obecną liczebność populacji zweryfikować metodą dużych powierzchni taksacyjnych (Bobek i in. 2007, 2009). MATERIAŁ I METODY Powierzchnia leśna Nadleśnictwa Turawa wynosi 16,1 tys. ha. Siedliskowe typy lasu kształtują się na korzyść siedlisk borowych, które zajmują 74,2% powierzchni leśnej Nadleśnictwa. Siedliska lasowe oraz siedliska olsu zajmują w Nadleśnictwie odpowiednio 24,7% i 1,1%. Dominują tu siedliska wilgotne (64,3%), a pozostałą część stanowią siedliska świeże. Największą powierzchnię (39,8%) zajmuje bór mieszany wilgotny. Gatunkiem panującym jest sosna, która zajmuje 82,7% powierzchni leśnej Nadleśnictwa (Bielecki 1999). W roku 2011 środki przeznaczone na ochronę lasu przed zwierzyną wyniosły 750 tys. PLN. Inwentaryzację jeleni wykonano przy pomocy 5 kilkusethektarowych powierzchni taksacyjnych (Bobek i in. 2007, 2009). Podczas inwentaryzacji jeleni każda powierzchnia taksacyjna była obsługiwana przez około 50 osób. Przeciętnie na jeden oddział leśny przypadało 2 – 3 obserwatorów. Obserwatorów wyposażono w mapy taksacyjnych miotów, na których wyznaczono powierzchnie penetracji – była to przeważnie połowa oddziału leśnego. Zadaniem obserwatorów było penetrowanie przez godzinę wyznaczonego terenu oraz notowanie liczby zaobserwowanych jeleni, godzinę obserwacji, a strzałką na planie miotu zaznaczanie kierunku ucieczki zwierzęcia. W przypadku obserwacji chmary jeleni obserwatorzy notowali liczbę zwierząt w chmarze oraz skład chmary (byki, łanie, cielaki). Zebrane dane od wszystkich obserwatorów nanoszono na makietę miotu, gdzie przy pomocy analizy przestrzenno – czasowej wykluczano wielokrotne obserwacje tych samych chmar (Kogenazawa i in. 1995, Bobek i in. 2012). 360 Ocena liczebności populacji jelenia w nadleśnictwie Turawa… WYNIKI DYSKUSJA W tabeli 1 przedstawiono wyniki dotyczące liczby jeleni na 5 powierzchniach taksacyjnych. Liczebność obserwowanych zwierząt na tych powierzchniach wahała się w zakresie 21-83 osobników. Zagęszczenie populacji było więc mocno zróżnicowane. Najniższe (39,3 osobników ·1000 ha-1 lasu) zanotowano na powierzchni zlokalizowanej w obwodzie nr 33, a najwyżej tj. 439,1 jeleni·1000 ha-1 lasu posiadała powierzchnia taksacyjna położona w obwodzie nr 26. Numer obwodu łowieckiego Powierzchnia taksacyjna (ha) Liczba obserwowanych jeleni Zagęszczenie populacji (N·1000 ha-1 lasu) 33 534 21 39,3 35 781 47 60,2 30 455 31 68,1 26 425 74 174,1 26 189 83 439,1 Razem/ średnia 2384 256 107,4 Tab. 1. Zagęszczenie populacji jelenia w Nadleśnictwie Turawa w 2011 r. Łącznie na wszystkich powierzchniach taksacyjnych (2384 ha) zaobserwowano 256 jeleni, co oznacza zagęszczenie populacji wynoszące 107,4 osobników·1000 ha-1 lasu. Wartość ta trzykrotnie przekracza docelowe zagęszczenie, jakie według wieloletnich łowieckich planów hodowlanych należy osiągnąć wiosną 2017. Należy dodać, iż już w roku 2000 zagęszczenie populacji jelenia ocenione przy pomocy tropień na liniowych transektach (tzw. metodą karpacką) wyniosło 45,1 osobników/ 1000 ha (Słowik 2000). Według otrzymanego z powierzchni taksacyjnej zagęszczenia, liczebność populacji w Nadleśnictwie Turawa powinna wynosić 1725 osobników. Badana populacja posiada wyjątkowo niski jesienny przyrost młodzieży wynoszący 38,4 cieląt/ 100 łań (Bobek, dane niepublikowane). Dlatego odstrzał stabilizacyjny takiej populacji równoważący roczny przyrost zrealizowany powinien wynosić około 25% liczebności populacji, jaką oceniono przy pomocy powierzchni taksacyjnych, tj. 432 osobniki. Gdyby założyć, iż w sezonie 2011/2012 pozyskanie będzie wyższe i wyniesie 30% liczebności populacji, tj. 519 jeleni, to liczebność populacji na zakończenie sezonu łowieckiego (marzec 2012) powinno się zmniejszyć o 87 osobników, czyli około 5,0%. Dlatego intencją nadleśniczego było zwiększenie odstrzału jeleni z 425 osobników (sezon łowiecki 2010/11) do 500 zwierząt w sezonie łowieckim 2011/12. Wywołało to konflikt z lokalnymi kołami łowieckimi, w rezultacie którego nie wykonano zwiększonego odstrzału jeleni. Zaplanowano natomiast wzrost nakładów na ochronę lasu przed zwierzyną, które w roku 2012 mają wynosić około 1,3 mln PLN. 361 Marzena Albrycht, Anna Przystupińska, Monika Pigulak-Kuś, Katarzyna Trętowska W nizinnych lasach Śląska i Opolszczyzny zagęszczenia populacji jelenia 2 – 3 kotnie przekroczyły dopuszczalne zagęszczenia populacji wynoszące 35,0 osobników/ 1000 ha lasu (Borkowski i Palmer 2011, Kopeć 2011). Jest to skutkiem niestosowania do oceny liczebności populacji wiarygodnych metod inwentaryzacji jeleniowatych, gdyż Regionalna Dyrekcja Lasów Państwowych w Katowicach zakazała nadleśnictwom weryfikacji szacunków liczebności populacji, jakie wykonują koła łowieckie. Dlatego bardzo prawdopodobne jest, że koszty ochrony lasu przed zwierzyną będą się zwiększać, zwiększać się będzie także poziom szkód, jakie jeleniowate wyrządzają na polach rolników. WNIOSKI • Niezbędnym jest stosowanie wiarygodnych metod inwentaryzacji jeleniowatych w Nadleśnictwie Turawa • Stabilizacja populacji jeleniowatych w Nadleśnictwie Turawa zapobiegnie powiększaniu się szkód z udziałem tych zwierząt 362 Ocena liczebności populacji jelenia w nadleśnictwie Turawa… LITERATURA Bielecki G. 1999. Rozmiar i rozmieszczenie szkód od zwierzyny płowej wyrządzonych w uprawach leśnych w latach 1989-1998 w Nadleśnictwie Turawa. Praca podyplomowa Bobek B., D. Merta i M. Wojciuch-Płoskonka. 2012. Metody inwentaryzacji zwierząt łownych i chronionych. PWRiL. Warszawa (w druku) Bobek B., W. Frąckowiak, D. Merta, W. Rembacz, L. Wiśniowska. 2009. Ocena liczebności i planowanie pozyskania zwierzyny grubej. Strony 35 – 49 w: B. Bobek, J. Mikoś i R. Wasilewski (eds). Gospodarka łowiecka i ochrona dzikich zwierząt na Pomorzu Gdańskim. PTL Gdańsk. RDLP – Gdańsk. Gdańsk 2009 Bobek, B., W. Frąckowiak, M. Kolecki i D. Merta. 2007. Ocena liczebności i planowanie pozyskania populacji jelenia, sarny i dzika. Strony 59-74 w: Bobek B., Płaksej A., Frąckowiak W., Merta D. (eds.) Gospodarka łowiecka i ochrona populacji dzikich zwierząt na terenie Regionalnej Dyrekcji Lasów Państwowych we Wrocławiu. Tom I. Wrocław 2007 Borkowski J., Palmer S. 2011. Drive counts as a metod of estimating den sity in forest: mission impossible? Acta Theriologica 56: 239-259. Turawa Kogenezawa, M., M. Kosobucka, N. Maruyama and B. Bobek. 1995. Application of the block count method to the roe deer (Capreolus capreolus) population in a lowland forest, Niepołomoice, Southern Poland. Bulletin of the Utsunomiya University Forests. 31: 1-5 Kopeć. K. 2012. Plan regulacji liczebności jeleni w Nadleśnictwie Rudziniec. Brać Łowiecka 1: 60-61 Słowik J. 2000. Ocena liczebności populacji jelenia szlachetnego (Cervus elaphus) na terenie Nadleśnictwa Turawa. Kraków. Praca podyplomowa Adres do korespondencji: Marzena Albrycht, Anna Przystupińska, Monika Pigulak- Kuś, Katarzyna Trętowska Instytut Biologii, Zakład Ekologii, Badań Łowieckich i Ekoturystyki Uniwersytet Pedagogiczny w Krakowie e- mail: [email protected] Opiekun naukowy: prof. dr hab. Bogusław Bobek 363 Kinga Wierzbicka Marta Wojciuch-Płoskonka Maciej Ziobrowski EPISTEME 15/2012 s.373-380 ISSN 1895-4421 SZKODY WYRZĄDZONE PRZEZ JELENIOWATE W UPRAWACH LEŚNYCH NA TERENIE NADLEŚNICTWA LIDZBARK – REGIONALNA DYREKCJA LASÓW PAŃSTWOWYCH W OLSZTYNIE DAMAGES COUSED BY DEER IN YOUNG FOREST PLANTATIONS IN FOREST DISTRICT LIDZBARK, REGIONAL DIRECTORATE OF STATE FOREST IN OLSZTYN Abstrakt. W listopadzie 2010r. i kwietniu 2011r. na 15 uprawach leśnych o łącznej powierzchni 38,4ha wykonano ocenę szkód wyrządzonych przez jeleniowate w Nadleśnictwie Lidzbark (RDLP-Olsztyn). Na każdym z transektów metodą systematyczną przy pomocy siatki UTM mapy topograficznej wyznaczono punkty pomiarowe, oceniając dwie sadzonki pod względem stanu pędu głównego oraz stanu pędów bocznych. Jesienią 2010r. skontrolowano 4 820 drzewek, zaś wiosną 2011r. - 4 852. W listopadzie procent wszystkich istotnie uszkodzonych sadzonek wynosił 13,0%. Gatunkami najintensywniej zgryzanymi przez jeleniowate były dąb, brzoza i grab, których procent istotnie uszkodzonych sadzonek wynosił odpowiednio 56,1%, 29,3% i 21,4%. Uszkodzenia sadzonek sosny wynosiły 8,6%, buka 14,8% a modrzewia 16,9%. W kwietniu procent wszystkich istotnie uszkodzonych sadzonek wynosił 21,0%, wśród których najwyższy procent uszkodzeń zanotowano dla dębu (72,0%), buka (42,1%), brzozy (34,2%) i modrzewia (20,4%). Jako działania ochronne sugeruje się zmniejszenie zagęszczenia populacji jelenia z obecnego, wynoszącego 56,5 osobników/ 1000 ha do 25,0 osobników/ 1000 ha. Słowa kluczowe: szkody łowieckie, uprawy leśne, transekt liniowy, Polska północnowschodnia Summary. During November 2010 and April 2011, estimation of deer damage in young forest plantation (n = 15) was carried out in Lidzbark Forest District, northeastern Poland. Using line transects, number of saplings which were significantly damaged by deer was recorded. In November, percent of significantly damaged saplings (n=4820) amounted to 13,0%. The highest percent of damaged saplings (56,1% and 29,3%) was found for oak and birch. Percent of pine, beech and larch saplings which were significantly damaged amounted to 8,6%, 14,8% and 16,9% respectively. In Appril percent of all saplings (n = 4852) seriously damaged by deer was equal to 21,0%. The highest level of damages was recorded for oak (72,0%), beech (42,1%), birch (34,2%), and larch (20,4%). It is suggested to reduce present red deer density from 56,5 animals/ 1000 ha to 25,0 individuals per 1000 ha of forest. Key words: deer damage, young forest plantation, line transects, northeastern Poland 365 Kinga Wierzbicka, Marta Wojciuch-Płoskonka, Maciej Ziobrowski WSTĘP W ostatnim półwieczu obserwuje się gwałtowny wzrost liczebności jeleniowatych w lasach całej Europy [Apollonio et al. 2009]. Podobne zjawisko występuje również w Polsce, gdzie według GUS w latach 2000 – 2010 liczebność jeleni wzrosła z 117,5 tyś. do 180,2 tys. osobników, a saren z 597,1 tys. do 822,0 tys. zwierząt. Wzrost liczebności jeleniowatych zwiększył ich presję na odnowienia leśne, roślinność runa leśnego oraz na pola uprawne [Tremblay et al. 2007, Goryńska 1981, Pellerin et al. 2010]. Szkody, jakie jeleniowate wyrządzają w uprawach leśnych polegają na zgryzaniu pędów sadzonek, spałowaniu głównych pędów młodych drzewek oraz wydeptywaniu [Szukiel 2001, Gill 1992]. W Polsce Instrukcja Ochrony Lasu (2004) dokładnie precyzuje sposób oceny czy dana sadzonka jest istotnie zgryzana. Podaje również zakresy udziału istotnie uszkodzonych sadzonek na uprawach, określające znaczenie szkód dla gospodarki leśnej, to jest czy wyrządzone szkody są nieistotne (do 20% istotnie uszkodzonych sadzonek), lub istotne (przedział 21 – 50%) oraz kiedy uprawę należy uznać za przepadłą (powyżej 50% istotnie uszkodzonych sadzonek). Jednak Instrukcja Ochrony Lasu nie podaje żadnej metody określenia procentu uszkodzonych sadzonek. Dlatego szkody na uprawach określane są szacunkowo, bez stosowania obiektywnych pomiarów. Powoduje to, iż oficjalne dane dotyczące uszkodzeń odnowień leśnych przez jeleniowate nie odzwierciedlają rzeczywistego stopnia ich uszkodzeń [Szyndler 2007, Mikoś i Merta 2009]. W Nadleśnictwie Lidzbark w latach 2005 – 2011 nastąpił wzrost zagęszczenia populacji jelenia z 38,7 do 56,5 osobników/ 1000 ha lasu [Wójcik 2006, Grzegorczyk 2011]. Dlatego też celem niniejszej pracy była ocena stopnia uszkodzenia upraw leśnych w tym nadleśnictwie przy pomocy bezpośrednich pomiarów istotnie uszkodzonych sadzonek przez jeleniowate. MATERIAŁ I METODY Nadleśnictwo Lidzbark obejmuje 31 213 ha lasów i jest położone na terenie województwa warmińsko-mazurskiego. Administracyjnie należy do Regionalnej Dyrekcji Lasów Państwowych w Olsztynie. Dominującym gatunkiem formującym drzewostan nadleśnictwa jest sosna, której udział wynosi 77,7%. Inne gatunki drzew to brzoza, dąb oraz świerk, których udział wynosi odpowiednio: 7,6%, 5,0% i 3,4% [Gregorczyk 2011]. Wykorzystując mapę topograficzną w skali 1:50 000 nanoszono na mapy przeglądowe drzewostanów siatkę UTM. Powstała więźba 45 punktów, z których co trzeci był wykorzystywany do wyznaczenia w pracy, gdzie 366 Szkody wyrządzone przez jeleniowate w uprawach leśnych… wykonywano ocenę szkód uszkodzeń sadzonek. W listopadzie 2010 i kwietniu 2011 na wyznaczonych uprawach założonych w latach 20052010 wykonano ocenę szkód wyrządzanych tam przez jeleniowate. Na każdej z badanych upraw wytyczono liniowy transekt stanowiący możliwie najdłuższą przekątną odnowienia. Na każdym z transektów metodą systematyczną wyznaczono punkty pomiarowe, których liczba uzależniona była od powierzchni uprawy (uprawy do 0,5 ha – 30 punktów, uprawy 0,51 – 1,0 ha – 60 punktów, uprawy 1,1 – 1,5 ha – 90 punktów, uprawy 1,51 – 2,0 ha – 120 punktów, uprawy 2,1 – 2,5 ha – 160 punktów, uprawy 2,51 – 3,0 ha – 180 punktów, uprawy o powierzchni większej, niż 3,1 ha – 210 punktów). W punktach pomiarowych uprawy wbijano metalową tyczkę, a ocenie podlegały dwie sadzonki znajdujące się w najmniejszej od niej odległości. W przypadku każdej sadzonki notowany był jej gatunek, stan pędu głównego (zgryziony/niezgryziony) oraz stan pędów bocznych (zgryzienie w 100% lub w stopniu mniejszym niż 100%). Następnie dla poszczególnych upraw wyliczono procent sadzonek uszkodzonych istotnie, przy czym za kryterium szkody istotnej przyjęto zgryzienie pędu głównego, lub uszkodzenie 100% pędów bocznych. Łącznie na terenie Nadleśnictwa Lidzbark skontrolowano dwukrotnie 15 tych samych upraw w wieku 1-6 lat o łącznej powierzchni 38,4 ha. Jesienią 2010 sadzonki sosny i dębu były zabezpieczane chemicznie przed zgryzaniem, natomiast sadzonki pozostałych gatunków nie były zabezpieczane. WYNIKI Jesienią 2010r. na terenie Nadleśnictwa Lidzbark skontrolowano 15 upraw o łącznej powierzchni 38,4 ha. Szczegółowej ocenie poddano 4 820 drzewek, z czego najliczniejsze były sadzonki sosny (n=3623) i brzozy (n=427). Spośród wszystkich sadzonek objętych szczegółową oceną w listopadzie 13,0% (n=627) było istotnie uszkodzonych. Gatunkiem najintensywniej zgryzanym był dąb, a następnie brzoza, których procent istotnie uszkodzonych sadzonek wynosił odpowiednio 56,1% i 29,3%. Sadzonki sosny (n=3623) były istotnie uszkodzone w stopniu 8,6% (Tab.1). Wiosną 2011 roku na terenie 15 badanych upraw skontrolowano 4 852 sadzonki, wśród których były głownie sadzonki sosny (n=3 488), brzozy (n=527), buka (n=487), modrzewia (n=162) oraz dębu (n=93). W kwietniu 2011 roku procent wszystkich uszkodzonych sadzonek wynosił 20,4%, był więc wyraźnie wyższy od pomiarów wykonanych w listopadzie. Średnio na wszystkich uprawach wiosną 2011 roku istotnie uszkodzonych było: 12,2% sadzonek sosny, 20,4% modrzewia, 34,2% brzozy, 42,1% buka oraz 72,0% dębu (Tab. 1). 367 Kinga Wierzbicka, Marta Wojciuch-Płoskonka, Maciej Ziobrowski Listopad 2010 Gatunek N Sosna Brzoza Kwiecień 2011 % uszk. istotnie N % uszk. istotnie 3 623 8,6 3 488 12,2 427 29,3 527 34,2 Buk 426 14,8 487 42,1 Dąb 173 56,1 93 72,0 Modrzew 136 16,9 162 20,4 Grab 28 21,4 58 82,8 Świerk 3 0,0 7 14,3 Lipa 2 0,0 24 75,0 Tab. 1. Liczba i procent sadzonek istotnie uszkodzonych w sezonie wegetacyjnym (listopad 2010) oraz w sezonie wegetacyjnym i zimą (kwiecień 2011) sezon wegetacyjny sezon wegetacyjny i zimowy Nr oddziału Leśnictwo N % uszk istotnie N % uszk. istotnie 296a Majdany 360 16,9 355 23,9 300g Majdany 320 10,3 311 10,6 249b Konopaty 313 25,2 319 39,5 2d Konopaty 319 11,3 319 10,3 117b Bryńsk 360 14,7 360 24,2 61b Nowy Dwór 420 4,3 412 3,9 123a Lubowidz 420 6,0 420 3,6 194a Lubowidz 358 12,6 360 2,2 296g Klonowo 240 0,8 240 13,3 271c Klonowo 410 19,0 420 40,2 64f Kostkowo 180 7,8 180 13,3 180c Kiełpiny 320 8,8 360 20,7 254h Klonowo 240 11,7 240 22,9 70h Piaseczno 240 17,9 238 36,6 185j Piaseczno 320 26,3 318 45,9 4 820 13,0 4852 20,4 Razem/Średnio** Tab. 2. Procent istotnie uszkodzonych sadzonek w sezonie wegetacyjnym oraz w ciągu całego roku w 15 uprawach na terenie Nadleśnictwa Lidzbark 368 Szkody wyrządzone przez jeleniowate w uprawach leśnych… W porównaniu do pomiarów jesiennych, podczas pomiarów wiosennych większe uszkodzenia stwierdzono w 11 uprawach. W 4 uprawach pomiary wiosenne wykazały niższy stopień uszkodzonych sadzonek, niż jesienią, co prawdopodobnie spowodowane było zbyt małą liczbą wykonanych pomiarów (Tab.2). Średnio dla wszystkich upraw tylko 36,7% szkód powstało zimą (od grudnia do kwietnia). W sezonie wegetacyjnym powstało więc 63,3% szkód w badanych uprawach . Jedynie na 5 powierzchniach (Klonowo296g, 271c, 254h; Kiełpiny 180c; Piaseczno70h) stwierdzono, iż większość szkód (58,2%) powstało zimą. W pozostałych uprawach aż 85,1% sadzonek było uszkodzonych w sezonie wegetacyjnym. Ryc. 1. Procent istotnie uszkodzonych sadzonek poszczególnych gatunków w sezonie wegetacyjnym oraz zimą Zimą uszkodzonych było 26,8% sadzonek sosny, a pozostałe szkody (73,2%) powstały w sezonie wegetacyjnym. Podobny trend zanotowano dla brzozy i modrzewia, gdzie odpowiednio 30,6% i 30,5% uszkodzonych sadzonek miało miejsce od grudnia do kwietnia. Jedynie wśród sadzonek buka (69,2%) oraz dębu (69,0%) większość uszkodzeń miało miejsce zimą (Ryc.1). Biorąc pod uwagę sosnę, która stanowi główny gatunek lasotwórczy, na badanych uprawach w sezonie wegetacyjnym tylko 2 uprawy (Konopaty 249 b, Piaseczno 185) nieznacznie przekroczyły (24,3% oraz 22,9% istotnie uszkodzonych sadzonek) poziom szkód uznanych za gospodarczo znośne (Tab. 1). Natomiast wiosną znaczące uszkodzenia sadzonek sosny wykazano na 4 spośród 15 badanych upraw (Majdany 296b, Konopaty 249b, Klonowo 271c, Piaseczno 185j). Udział istotnie uszkodzonych sadzonek wahał się tam od 22,7% do 39,5% (Tabl. 2), a więc uprawy takie można zakwalifikować jako istotnie uszkodzone. 369 Kinga Wierzbicka, Marta Wojciuch-Płoskonka, Maciej Ziobrowski DYSKUSJA Poziom szkód w odnowieniach leśnych zależy głównie od zagęszczenia populacji jeleniowatych [Tremblay et al. 2007, Gill 2009] i jest modyfikowany przez wiele elementów środowiska leśnego, jak mozaikowatość siedlisk leśnych, powierzchnia odnowień, rozdrobnienie kompleksów leśnych oraz użytkowanie lasu, które determinuje przestrzenne rozmieszczenie potencjalnej bazy pokarmowej i pokrycia osłonowego dla jeleni i saren [Bobek et al. 1984, Drozd i Tyrowski 2005, Mikoś i Merta 2009]. Według otrzymanych wyników, ponad 20% badanych upraw sosnowych było uszkodzonych istotnie, co wskazuje na konieczność podjęcia działań ochronnych, których alternatywą jest grodzenie upraw lub regulacja liczebności jeleniowatych. Jest bardzo prawdopodobne, że głównym sprawcą uszkodzeń był jeleń, którego przewód pokarmowy jest dobrze przystosowany do trawienia żeru pędowego [Bobek et al. 1992]. Wprawdzie zagęszczenie populacji saren w Nadleśnictwie Lidzbark jest wysokie i wynosi 14,5 osobników/ 100 ha lasu [Gałka 2011], jednak jest wielce prawdopodobne, że sarny powodowały uszkodzenia gatunków liściastych głównie w sezonie wegetacyjnym, ponieważ konsumpcja zimowego pędu żerowego powoduje ujemny bilans energetyczny zwierzęcia [Drożdż i Osiecki 1969]. Niekontrolowany wzrost liczebności populacji jelenia był spowodowany brakiem obiektywnej inwentaryzacji tego gatunku. Wykonana w marcu 2011 ocena liczebności jelenia przy pomocy dużych powierzchni taksacyjnych [Maruyama 1992] oraz analizy polowań zbiorowych [Bobek et al. 2009] wykazała zagęszczenie populacji wynoszące 56,5 osobników/ 1000 ha [Grzegorczyk 2011]. Jest to więc dwukrotnie więcej niż planowane do osiągnięcia w roku 2017 docelowe zagęszczenie populacji jelenia (25,0 osobników/1000ha) określone przez wieloletnie łowieckie plany hodowlane Nadleśnictwa Lidzbark. Aby ten wynik osiągnąć należałoby w każdym kolejnym sezonie polowań pozyskiwać około 35% liczebności populacji inwentaryzowanej. 370 Szkody wyrządzone przez jeleniowate w uprawach leśnych… LITERATURA Apollonio M., R. Andersen and R. J. Putman (eds). 2009. European ungulates and their management in the 21st century. Cambridge University Press Bobek B, W. Frąckowiak, D. Merta, W. Rembacz, L. Wiśniowska. 2009. Strony 3549 w B. Bobek, J. Mikoś i R. Wasilewski (eds). Gospodarka łowiecka i ochrona dzikich zwierząt na Pomorzu Gdańskim. PTL-RDLP Gdańsk. Gdańsk 2009. 35-39 Bobek B., K. Morow, K. Perzanowski i M. Kosobucka. 1992. Jeleń – monografia przyrodniczo-łowiecka. Wydawnictwo „Świat” Warszawa Bobek B., M. S. Boyce and M. Kosobucka. 1984. Factors affecting red deer (Cervus elaphus) population density in southeastern Poland. J. Appl. Ecol. 21:881-890 Drozd L. i A. Tyrowski. 2005. Wpływ wybranych czynników środowiskowych na szkody wyrządzane przez zwierzynę w lasach Lubelszczyzny. Sylwan, 10: 67 – 72 Gałka J. 2011.Ocena liczebności populacji sarny w Nadleśnictwie Lidzbark na terenie Regionalnej Dyrekcji Lasów Państwowych w Olsztynie. Praca licencjacka. Uniwersytet Pedagogiczny w Krakowie, Kraków 2011 Gill R. M. A. 1992. A review of damage by mammals in north temperate forest: I. Deer. Forestry 65: 145 – 169 Gill R. M. A. 2009. The effects of varying deer density on natural regeneration in Woodlands. Forestry Goryńska W. 1981. Method of determining relations between the extent of damage in farm crops, big game numbers, and environmental conditions. Acta Theriol. 26: 468-482 Grzegorczyk K. 2011. Ocena liczebności populacji jelenia w Nadleśnictwie Lidzbark na terenie Regionalnej Dyrekcji Lasów Państwowych w Olsztynie. Praca licencjacka. Uniwersytet Pedagogiczny w Krakowie, Kraków 2011 Maruyama N., 1992. The black count method for estimating sika deer and Japanesse serow. Pages 53-61 w B. Bobek, K. Perzanowski and W.L. Regelin. Global trends in wildlife management. Vol 2. Świat Press. Kraków-Warszawa Pellerin M., S. Said, E. Richard, J. L. Hamann, C. Dubois – Coli and P. Hum. 2010. Impact of deer on temperate forest vegetation and woody debris as protection of forest regeneration against browsing. Forest Ecology and Management. 260: 429 – 437 Szukiel E. 2001. Ochrona drzew przed roślinożernymi ssakami. Centrum Informacyjne Lasów Państwowych. Warszawa Szyndler J. 2007. Uwagi do obowiązujących zasad wykonywania szacunku szkód od zwierzyny w drzewostanach z propozycją ich korekty. Sylwan, 7: 58 – 69 Tremblay J. R., J. Huot and F. Potwin. 2007. Density related effects of deer browsing on the regeneration dynamics of boreal forest. J. Appl. Ecol. 44: 552 – 562 371 Kinga Wierzbicka, Marta Wojciuch-Płoskonka, Maciej Ziobrowski Wójcik M. 2006. Ocena liczebności populacji jelenia szlachetnego (Cervus elaphus) na terenie Nadleśnictwa Lidzbark, RDLP Olsztyn. Praca magisterska. Uniwersytet Jagielloński, Kraków 2006 Adres do korespondencji: Wierzbicka Kinga, Wojciuch-Płoskonka Marta, Ziobrowski Maciej Zakład Ekologii, Badań łowieckich i Ekoturystyki Uniwersytet Pedagogiczny w Krakowie ul. Podbrzezie, 331-054 Kraków e-mail: [email protected] Opiekun naukowy: prof. dr hab. Bogusław Bobek 372 IV. ZOOTECHNIKA I WETERYNARIA Agnieszka Bąk Wojciech Jagusiak EPISTEME 15/2012 s.375-380 ISSN 1895-4421 WSTĘPNE OSZACOWANIA ODZIEDZICZALNOŚCI KONDYCJI I LOKOMOCJI ORAZ INNYCH CECH POKROJU KRÓW RASY POLSKIEJ HOLSZTYŃSKO-FRYZYJSKIEJ ODMIANY CZARNO-BIAŁEJ PRELIMINARY ESTIMATES OF HERITABILITIES FOR BODY CONDITION SCORE, LOCOMOTION AND OTHER CONFORMATION TRAITS IN POLISH HOLSTEIN-FRIESIAN COWS Abstrakt. Celem pracy było oszacowanie odziedziczalności lokomocji, kondycji oraz pozostałych cech pokroju w populacji bydła rasy polskiej holsztyńsko‑fryzyjskiej. Materiał do badań stanowił zbiór danych pochodzący z bazy SYMLEK Polskiej Federacji Hodowców Bydła i Producentów Mleka. Obejmował on informacje o około 110 tysiącach krów ocenionych pod względem kondycji między 15 a 180 dniem laktacji. Charakterystyka fenotypowa cech ostała przeprowadzona za pomocą pakietu statystycznego SAS 9.2. Do szacowania parametrów genetycznych użyto metody Bayesowskiej z wykorzystaniem algorytmu próbkowania Gibbsa. Wykorzystano zbiór składający się z danych o krowach urodzonych w latach od 2005 do 2009, ocielonych między 18 a 48 miesiącem życia. Były one córkami 3410 buhajów i pochodziły z 8671 obór. Średnia ocena kondycji (N=108570) wynosiła 5,06, a lokomocji (N=52262) 5,76. Oszacowano odziedziczalności wszystkich cech pokroju, w tym lokomocji (h2=0,10) i kondycji (h2=0,24). Odziedziczalności cech związanych z wielkością krowy były najwyższe (kaliber – 0,39 i wysokość w krzyżu – 0,40), natomiast najniższe odziedziczalności miały cechy budowy nóg i racic (od 0,05 do 0,11). Słowa kluczowe: bydło mleczne, cechy pokroju Summary. The aim of this study was to estimate the heritabilities of locomotion, body condition score (BCS) and other conformation traits of Polish Holstein Friesian cattle. Material for the study was collected from the database SYMLEK Polish Federation of Cattle Breeders and Dairy Farmers. It contained information of about 110 thousand cows evaluated in terms of BCS between 15th and 180th day of lactation. The dataset was characterized using the statistical package SAS 9.2. To estimate the genetic parameters Bayesian method with Gibbs sampling algorithm was used. Cows were born from 2005 to 2009, calved between 18th and 48th month of age. They were daughters of 3410 bulls and came from 8671 herds. Average score for the condition (N=108570) was 5,06, and for locomotion (N=52262) 5,76. Heritabilities of all conformation traits were estimated, including locomotion (h2=0,10) and BCS (h2=0,24). Heritability for traits related to the size of the cows were higher (size – 0,39 and stature – 0,40), whereas the feet and leg traits were low (h2=0,05 to h2=0,11). Key words: dairy cattle, conformation traits 375 Agnieszka Bąk, Wojciech Jagusiak WSTĘP Dotychczas krowy mleczne postrzegano wyłącznie jako „producentki mleka”; takie podejście umożliwiło podniesienie wydajności mlecznej w Polsce w ciągu ostatnich 10 lat z ok. 5 400 do prawie 7 000 kg mleka za laktację [PFHBiPM 2011]. Obecnie praca hodowlana nie jest już jednostronnie ukierunkowana na podnoszenie wydajności mlecznej, a coraz większą wagę przywiązuje się do doskonalenia krów pod względem cech funkcjonalnych. Cechy funkcjonalne nie są bezpośrednio związane z wydajnością, ale pośrednio wpływają na długość użytkowania zwierząt w stadzie i w ten sposób współdecydują o ekonomicznej opłacalności hodowli bydła. Do najważniejszych cech funkcjonalnych należą cechy pokroju, płodności, zdrowotności wymienia, przebieg ocieleń, śmiertelność cieląt i długowieczność. Spośród cech pokrojowych, w Polsce objęto dotychczas oceną wartości genetycznej 5 cech opisowych, wysokość w krzyżu i 18 cech szczegółowych ocenianych w skali liniowej. W międzynarodowej ocenie pokroju prowadzonej przez Ośrodek Interbull w Uppsali uwzględnia się dwie cechy pokroju nie włączone jeszcze do formuły polskiego indeksu selekcyjnego PF (Produkcja i Funkcjonalność): lokomocję i ocenę kondycji (BCS) [Reents 2008]. Fenotypowa ocena cechy lokomocji polega na ocenie układu nóg i racic w ruchu oraz długości i kierunku kroku. Punktacja o wartości od 1 do 3 oznacza wadliwy sposób poruszania się – kroki stawiane przez krowę są krótkie, a tylne kończyny nie są ułożone równolegle w stosunku do kończyn przednich. Ocena w granicach od 4 do 6 punktów odpowiada nieco lepszej lokomocji. Najbardziej pożądana ocena wynosząca 9 pkt. przyznawana jest krowom, których krok jest długi, a kończyny przednie i tylne ustawione są względem siebie równolegle. Leczenie chorób i urazów związanych z nogami i racicami wymaga ponoszenia wysokich kosztów przez hodowców i producentów mleka. Enting i in. [1997] podają, że w Holandii koszty te znajdują się na trzecim miejscu po kosztach związanych z leczeniem lub brakowaniem krów z powodu mastitis i niepłodności. Ocena wartości genetycznej krów pod względem cech związanych z lokomocją i uwzględnienie jej wyników w selekcji mogą w długofalowej perspektywie przyczynić się do zmniejszenia wspomnianych wyżej kosztów. Kondycja (Body Condition Score - BCS), jako cecha pokroju ważna z punktu widzenia typu użytkowego reprezentowanego przez krowę, jest oceniana – podobnie jak lokomocja – w linowej skali dziewięciopunktowej. Ocenę przeprowadza się razem z oceną innych cech pokrojowych w okresie od 15 do 180 dnia laktacji. Cechy tej nie należy mylić z pięciopunktową, szeroko stosowaną przez lekarzy weterynarii i zootechników, oceną kondycji krowy w okresie okołoporodowym. W trakcie oceny BCS klasyfikator bierze 376 Wstępne oszacowania odziedziczalności kondycji i lokomocji… pod uwagę stopień otłuszczenia partii zadu i lędźwi. Skrajne wartości ocen wynoszące 1 lub 9 punktów przyznaje się krowom o bardzo słabej kondycji lub krowom zbytnio otłuszczonym. Optymalna wartość oceny dla tej cechy wynosząca 5 punktów oznacza średni stopień otłuszczenia. Szereg opublikowanych prac wskazuje na związki miedzy kondycją a cechami płodności. Bastin i in. [2010] w badaniach nad bydłem rasy holsztyńskofryzyjskiej w Belgii oszacowali wysoki, ujemny współczynnik korelacji genetycznej między BCS a odstępem międzyciążowym, wynoszący ‑0,53. Silna genetyczna korelacja oznacza, że BCS może okazać się przydatnym narzędziem do pośredniej selekcji krów na krótszy odstęp międzyciążowy. W Polsce fenotypowe dane dotyczące oceny lokomocji i kondycji są gromadzone przez specjalistów grupy G15 od 2008 roku. Wielkość bazy danych istniejącej obecnie w naszym kraju umożliwia przeprowadzenie analizy fenotypowej i genetycznej dla obu wymienionych cech. Celem pracy było oszacowanie odziedziczalności 24 cech pokroju, w tym lokomocji i kondycji w populacji bydła rasy polskiej holsztyńsko‑fryzyjskiej odmiany czarno-białej. MATERIAŁ I METODY Materiał do badań stanowił zbiór danych z ocenami 24 cech pokroju pochodzący z systemu SYMLEK Polskiej Federacji Hodowców Bydła i Producentów Mleka. Zbiór poddano wstępnej edycji, pozostawiając w nim dane dotyczące krów rasy polskiej holsztyńsko‑fryzyjskiej odmiany czarno‑białej, urodzonych w latach od 2005 do 2009, ocielonych w wieku od 18 do 48 miesięcy, ocenionych pod względem pokroju (w tym cech lokomocji lub kondycji) w okresie od 15 do 180 dnia laktacji, posiadających znanego ojca. Na podstawie dat oceny pokroju i dat ocieleń oraz identyfikatorów obór, każdą krowę przyporządkowano do odpowiedniej klasy fazy laktacji i podklasy HYSC (stado‑rok‑ sezon ocielenia‑klasyfikator). Fazy laktacji obliczono dzieląc okres między dniem ocielenia i dniem oceny pokroju na 15-dniowe odstępy. Łącznie utworzono jedenaście faz laktacji. Podklasy HYSC utworzono w oparciu o podział roku na sezony zimowy – trwający od października do marca i letni – od kwietnia do września. Opisany zbiór wykorzystano do przeprowadzenia charakterystyki fenotypowej cech pokroju za pomocą pakietu statystycznego SAS 9.2. W celu przygotowania zbioru do oszacowania odziedziczalności cech pokroju zostały nałożone dodatkowe restrykcje polegające na usunięciu grup półsióstr liczących mniej niż 50 krów i podklas HYSC liczących mniej niż 10 krów. Po tak przeprowadzonej edycji zbiór obejmował dane dotyczące ok. 30 000 krów. Do szacowania odziedziczalności została wykorzystana metoda Bayesowska z wykorzystaniem algorytmu próbkowania Gibbsa. 377 Agnieszka Bąk, Wojciech Jagusiak WYNIKI I DYSKUSJA W tab.1. przedstawiono charakterystykę danych. Krowy pochodziły po ponad 3 tys. ojców, ale tylko około połowa ojców posiadała w zbiorze więcej niż 10 córek. Tylko ok. 1/3 stad posiadało więcej niż 10 krów. Struktura podklas stado-rok-sezon-klasyfikator była jeszcze bardziej rozdrobniona. Rozkład wartości ocen przyznanych za kondycję (N=108570) był zbliżony do normalnego, ze średnią wynoszącą 5,06 i odchyleniem standardowym 1,21. Rozkład ocen dla lokomocji (N=52262) był lekko skośny, ze średnią 5,76 i odchyleniem standardowym 1,32. Liczba ocen lokomocji była o połowę mniejsza od ocen dla kondycji, ponieważ lokomocję oceniano tylko w oborach wolnostanowiskowych. Liczba krów w stadzie 1 2–5 6 – 10 11 – 50 51 – 100 101 – 200 201 – 500 500 i więcej Razem Liczba ojców Liczba stad 710 470 711 3530 354 1983 820 2300 568 252 189 90 46 45 12 1 3410 8671 Tab.1. Struktura danych. Liczba HYSC 5882 13447 3154 1877 127 13 24500 Ocena przyznawana krowie znajdującej się w najbardziej korzystnej z punktu widzenia hodowcy, kondycji wynosi 5 punktów, zatem średnia wartość wynosząca 5,06, otrzymana dla polskiej populacji bydła phf w prezentowanej pracy jest bliska optymalnej. Średnia oceny dla kondycji w populacji bydła hf w Wielkiej Brytanii oszacowana przez [Banos i in. 2007] wynosiła 4,40 (± 1,65) i była niższa od średniej obliczonej dla polskiej populacji. W przypadku lokomocji, najbardziej pożądanej postaci cechy odpowiada ocena wynosząca 9 punktów. Średnia ocena dla lokomocji obliczona w populacji bydła phf wynosiła tylko 5,76 i była dużo niższa od wartości optymalnej. Średnia ocena lokomocji uzyskana w badaniach przeprowadzonych na krajowej populacji bydła phf odmiany cb w Wielkopolsce [Pawlina i in. 2008] wynosiła 6,22 (± 1,10), czyli była wyższa niż obliczona w prezentowanej pracy. Z kolei Laursen i in. [2009] donoszą, że średnia ocen lokomocji dla bydła duńskiego wynosi 5,31 z odchyleniem standardowym 1,51. Niskie odziedziczalność cech związanych z budową nóg i racic w tym także lokomocji wskazują, że poprawa tych cech na drodze selekcji może być trudna i długotrwała. 378 Wstępne oszacowania odziedziczalności kondycji i lokomocji… Oszacowane wartości odziedziczalności dla kondycji i lokomocji wyniosły odpowiednio 0,24 i 0,10. Odziedziczalności kondycji szacowane w populacjach bydła holsztyńsko-fryzyjskiego na świecie wahały się od 0,17 w Szwajcarii do 0,31 w USA [www.interbull.org]. Z kolei oszacowania odziedziczalności dla lokomocji wynosiły od 0,06 w Kanadzie i Szwajcarii do 0,17 w Stanach Zjednoczonych [www. interbull.org]. Zatem, uzyskane w ramach tej pracy wskaźniki odziedziczalności można uznać za typowe dla bydła rasy holsztyńsko-fryzyjskiej. Cecha Kaliber h2 Cecha h2 0,39 Postawa nóg tylnych – widok z tyłu 0,07 Typ i budowa 0,26 Zawieszenie przednie wymienia 0,17 Nogi i racie 0,09 Zawieszenie tylne wymienia 0,19 Wymię 0,10 Więzadło środkowe wymienia 0,17 Ocena ogólna 0,18 Położenie wymienia 0,26 Wysokość w krzyżu 0,40 Szerokość wymienia 0,14 Głębokość tułowia 0,15 Ustawienie strzyków przednich 0,24 Szerokość klatki piersiowej 0,14 Długość strzyków 0,31 Ustawienie zadu 0,24 Ustawienie strzyków tylnych 0,25 Szerokość zadu 0,25 Charakter mleczny 0,18 Postawa nóg tylnych – widok z boku 0,11 Kondycja 0,24 Racice 0,05 Lokomocja 0,10 Tab.2. Odziedziczalności 24 cech pokroju oszacowane dla polskiej populacji krów rasy phf urodzonych w latach 2005-2009. Wśród cech pokroju, cechy związane z wielkością krowy (kaliber i wysokość w krzyżu) miały na ogół wyższą odziedziczalność od pozostałych (tab. 2). Najniższą odziedziczalnością charakteryzowały się cechy budowy nóg i racic. Wyniki te są zbieżne z oszacowaniami odziedziczalności dla cech pokroju szwajcarskiego bydła hf, uzyskanymi przez Kadarmideena i Wegmanna [2003]. WNIOSKI Oszacowane odziedziczalności dla cech pokroju w polskiej populacji bydła holsztyńsko-fryzyjskiego należy ocenić jako przeciętne i nie odbiegające od wartości uzyskanych w innych krajach. Średnia ocena kondycji jest bliska wartości optymalnej, podczas, gdy średnia ocena lokomocji jest zbyt niska, a zatem cecha ta wymaga doskonalenia. 379 Agnieszka Bąk, Wojciech Jagusiak LITERATURA Banos G., Brotherstone S., Coffey M.P. 2007. Prenatal Maternal Effects on Body Condition Score, Female Fertility, and Milk Yield of Dairy Cows. J. Dairy Sci. 90:3490–3499. Bastin C., Gillon A., Massart X., Bertozzi C., Vanderick S., Gengler N. 2010. Genetic correlations among body condition score, yield and fertility in multiparous cows using random regression models. Materiały konferencyjne, 9. Światowy Kongres Genetyki Stosowanej w Hodowli Zwierząt (WCGALP). Lipsk. Enting H., Kooij D., Dijkhuizen A.A., Huirne R.B.M., Noordhuizen-Stassen E.N. 1997. Economic losses due to clinical lameness in dairy cattle. Livest Prod Sci. 49:259-267. Kadarmideen H.N., Wegmann S. 2003. Genetic Parameters for Body Condition Score and its Relationship with Type and Production Traits in Swiss Holsteins. J. Dairy Sci. 86:3685–3693. Laursen M.V., Boelling D., Mark T. 2009. Genetic parameters for claw and leg health, foot and leg conformation, and locomotion in Danish Holsteins. J. Dairy Sci. 92:1770-1777. Pawlina E., Pankowski M., Kruszyński W. 2008. Ocena cech pokrojowych i ich związku z użytkowością mleczną krów rasy polskiej holsztyńsko-fryzyjskiej odmiany czarno-białej. Zesz. Nauk. UP Wroc., Biol. Hod. Zwierz., LVI, 567, 169–176. PFHBiPM (Polska Federacja Hodowców Bydła i Producentów Mleka). 2011. Ocena i hodowla bydła mlecznego. Dane za rok 2010. Warszawa. Reents R. Interbull SC. 2008. Materiały konferencyjne, 36 Sesja Międzynarodowego Komitetu Kontroli Użytkowości Zwierząt (ICAR). Niagra Falls. www.interbull.org Adres do korespondencji: mgr inż. Agnieszka Bąk, dr hab. inż. Wojciech Jagusiak Katedra Genetyki i Metod Doskonalenia Zwierząt Uniwersytet Rolniczy w Krakowie al. Mickiewicza 24/28, 30-059 Kraków e-mail: [email protected], [email protected] Opiekun naukowy: dr hab. inż. Wojciech Jagusiak 380 Anna Czubacka Kamila Klimek EPISTEME 15/2012 s. 381-386 ISSN 1895-4421 ANALIZA EMISJI CO2 W OBORZE WOLNOSTANOWISKOWEJ BYDŁA MLECZNEGO ANALYSIS OF CO2 EMISSIONS IN THE DAIRY CATTLE BARN Abstrakt. W badaniach przeprowadzono analizę emisji dwutlenku węgla w budynku inwentarskim wolnostanowiskowym dla bydła mlecznego. Ten system chowu umożliwia względną swobodę przemieszczania, odpoczynku czy pobierania paszy. By zwierzęta były w pełni wydajne wszystkie składowe mikroklimatu muszą być na optymalnym poziomie. Szczególnie ważne jest stężenie szkodliwych zanieczyszczeń gazowych (dwutlenku węgla, amoniaku, siarkowodoru) w powietrzu. Sprawna wentylacja jest w stanie zapewnić odpowiednie warunki w oborze. Badania były przeprowadzone jesienią oraz zimą, w miesiącach, gdzie zagrożenie przekroczenia dopuszczalnych stężeń wzrasta. W październiku stężenie dwutlenku węgla dochodziło do 1500ppm, zimą przekraczało 2000ppm. Słowa kluczowe: mikroklimat, system chowu, bydło mleczne, obory wolnostanowiskowe, temperatura, stężenie dwutlenku węgla , emisja Abstrakt. In tests the analysis of carbon dioxide emission is carried out. It was done in a free positioned stock house for dairy cattle. Such farming system allows relative freedom of movement, rest, fodder intake. For animals to be fully productive all components of microclimate must be on optimal level. Particularly important is concentration of harmful pollutants in a form of gas (carbon dioxide, ammonia, hydrogen sulfide) in the air. Efficient ventilation can provide adequate conditions in the barn. The research was carried out in autumn and winter, in months, when the risk of exceeding permitted level increases. The concentration of carbon dioxide in October reached 1500ppm (parts per million) in winter it exceeded 2000 parts per million. Keywords: microclimate, the system of farming, dairy cattle 381 Anna Czubacka, Kamila Klimek WSTĘP Jednym z ważniejszych czynników wpływających na efektywność produkcji i dobrostan zwierząt są warunki mikroklimatyczne. Dlatego istotne jest kształtowanie ich, już na etapie projektowania budynku. Stwierdzono, że utrzymywanie zwierząt w pomieszczeniach chłodnych, wilgotnych, z niedostateczną wentylacją i przeciągami powoduje obniżenie wydajności o 10-14%, większe zużycie pasz na jednostkę produkcji o 12-35% oraz 2-3 krotny wzrost zachorowalności [Fiedorowicz i in. 2009]. Mikroklimat ma również wpływ na stan budynku inwentarskiego i jego trwałość [Fiedorowicz, Łochowski 2008]. Mikroklimat w oborze tworzą: temperatura i wilgotność powietrza, ochładzanie pomieszczeń, hałas i oświetlenie, prędkość ruchu powietrza, koncentracja zanieczyszczeń gazowych w powietrzu budynku [Fiedorowicz i in. 2009]. Obecność w pomieszczeniach inwentarskich szkodliwych gazów wynika przede wszystkim z zachodzących procesów rozkładu kału i moczu, wydzielania substancji lotnych z zadawanych pasz. Spośród wielu zanieczyszczeń gazowych podstawowe znaczenie mają dwutlenek węgla (CO2), siarkowodór (H2S) i amoniak (NH3), z uwagi na ich dużą koncentrację i ogromną szkodliwość [Marciniak i inni 2005]. Powyższe składowe mikroklimatu należy utrzymywać na poziomie nieszkodliwym dla zwierząt. T. Głuski zauważa, że na mikroklimat mają również wpływ procesy technologiczne związane z obsługą zwierząt, układ funkcjonalny i rozwiązania konstrukcyjne budynku oraz rodzaj i sposób działania wentylacji [Głuski 2008]. Pomiary przeprowadzono w budynku wolnostanowiskowym stwarzającym optymalne warunki do pobierania paszy oraz odpoczynku. Celem pracy było zbadanie warunków panujących w oborze zarówno podczas łagodnej temperatury jesienią jak i bardzo niskiej zimą na zewnątrz budynku pod kątem dobrostanu zwierząt. MATERIAŁ I METODY Pomiary przeprowadzono w oborze we wsi Ossowa (pod Radzyniem). Budynek obory przeznaczony jest do chowu krów mlecznych w ilości około 80 sztuk w systemie ściołowym. Budynek posiada wymiary w rzucie 48,56 x 22,60 m. Budynek jest parterowy, niepodpiwniczony z niesymetrycznym stropodachem. Główną część budynku stanowi hala dla zwierząt. W hali tej wyodrębniono korytarz paszowy, legowiska dla krów oraz kanały gnojowe. Ponad to w budynku znajduje się hala udojowa, zlewnia mleka oraz pomieszczenia socjalno-sanitarne.Wentylacja budynku jest grawitacyjna, wywiew powietrza odbywa się poprzez kalenicę. Otwór ten, jest przykryty przezroczystymi płytami, zapewniającymi również oświetlenie hali głównej. Budynek jest wyposażony w instalację wodną, kanalizacyjną i energetyczną. Budynek nie jest ogrzewany. 382 Analiza emisji CO2 w oborze wolnostanowiskowej bydła mlecznego Temperatura była rejestrowana miernikami firmy Comarc, jeden z nich był umieszczony na zewnątrz budynku, dwa wewnątrz. Pierwszy 1,5 m. od wejścia, drugi obok miernika dwutlenku węgla. Dwutlenek węgla był rejestrowany miernikiem firmy ACR Owl, model 500. Został umieszczony w środku długości hali. Pomiary odbywały się w dniach 12 - 17 X 2008 r. oraz 18 - 23 I 2009 r. WYNIKI Wyniki badań zamieszczono w tabelach 1,2,3,4 i na rysunkach 1,2. Data 12.10.08 13.10.08 14.10.08 15.10.08 16.10.08 17.10.08 śr. temp. na zew w oC 11,8 12,4 13,5 13,2 11,5 11,6 min 6,9 7,1 6,8 6,6 6,3 6,1 max 14,5 15,1 15,3 15,0 14,7 14,3 Tab. 1. Temperatura powietrza na zewnątrz budynku gospodarskiego od 12.10.2008 do 17.10.2008 r. Data Temp. zewnętrzna w oC średnia min max 18.01.2009 -19,1 -20,1 -17,8 19.01.2009 -19,4 -20,5 -18,0 20.01.2009 -19,85 -20,4 -17,7 21.01.2009 -19,3 -21,0 -12,1 22.01.2009 -20,5 -22,2 -18,8 23.01.2009 -20,15 -22,2 -19,1 Tab. 2. Temperatura powietrza na zewnątrz budynku gospodarskiego od 20.01.2009 r. do 23.01.2009 r. Data Temp. w hali w oC średnia min max 18.01.2009 -2,1 -4,7 +0,9 19.01.2009 -2,3 -4,9 +0,5 20.01.2009 -3,2 -5,2 +0,2 21.01.2009 -3,35 -5,8 -1,0 22. 01.2009 -1,1 -3,0 -0,7 23. 01.2009 -0,1 -3,0 +0,5 Tab. 3. Temperatura powietrza wewnątrz budynku gospodarskiego od 20.01.2009 do 23.01.2009 r., pierwszy miernik 383 Anna Czubacka, Kamila Klimek Data Temp. w hali w oC średnia min max 18.01.2009 -3,7 -6,7 -2,3 19.01.2009 -3,9 -6,8 -2,4 20.01.2009 -4,8 -7,4 -1,6 21.01.2009 -5,65 -8,2 -2,2 22. 01.2009 -3,4 -6,3 -3,6 23. 01.2009 -1,95 -1,0 -4,6 Tab. 4. Temperatura powietrza wewnątrz budynku gospodarskiego od 20.01.2009 do 23.01.2009 r., drugi miernik Rys. 1 Wykres zarejestrowanego stężenia CO2 w oborze od 12.10.2008 do 17.10.2008 r. DYSKUSJA I WNIOSKI Najwyższe stężenia CO2 w dniach 12 - 17.10 miały miejsce 12 i 14 października w nocy i osiągało 1599,265 ppm. Najniższe stężenia CO2 miały miejsce ok. godz. 10 i 16. Minimalne zarejestrowane stężenie wyniosło 496,324 ppm. Średnia stężeń 909,958 ppm. Najwyższe stężenie CO2 przypadło w dniu 14.10.2008 r. najwyższej temperatury na zewnątrz 15,3 oC. Zwierzęta nie były narażone na oddziaływanie niekorzystnych czynników. Stężenie CO2 w przedziale dni 18-23 stycznia średnio wynosiło 1472,550 ppm. Najwyższe stężenie osiągnęło 2334,559 ppm, najniższe 802,696 ppm. Także, w przypadku stycznia stężenie nie przekroczyło 3000 ppm. 384 Analiza emisji CO2 w oborze wolnostanowiskowej bydła mlecznego W dniach 18-23 stycznia temperatury na zewnątrz budynku inwentarskiego oscylowały wokół minus 20oC, miało to wpływ na temperaturę w hali zwierząt, która wahała się od minus 8,2oC przy drzwiach do plus 0,9 oC. Rys. 2. Wykres zarejestrowanego stężenia CO2 w oborze od 18.01.2009 do 23.01.2009 r. LITERATURA Daniel Z., 2008. Wpływ mikroklimatu obory na mleczność krów. Inżynieria Rolnicza 9(107):67-73 Fiedorowicz G., Łochowski B., 2008. Mikroklimat pomieszczeń w oborach wolnostanowiskowych w okresie letnim. Problemy Inżynierii Rolniczej, 4:111-125 Fiedorowicz G., Łochowski B., Mazur K., 2009. Mikroklimat pomieszczeń w oborach wolnostanowiskowych w okresie zimowym. Problemy Inżynierii Rolniczej,4:133-139 Głuski T., 2008. Metody określania temperatury wewnętrznej w budynkach dla bydła. Inżynieria Rolnicza 2(100):31-36 Marciniak A., Romaniuk W., Tomza A., 2005. Wpływ sytemu chowu na koncentrację zanieczyszczeń gazowych (NH3, CO2, H2S) w oborach wolnostanowiskowych. Problemy Inżynierii Rolniczej,4: 71-77 385 Anna Czubacka, Kamila Klimek Adres do korespondencji: Anna Czubacka Katedra Melioracji i Budownictwa Rolniczego Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie Opiekun naukowy: dr hab. Tadeusz Głuski, prof. nadzw. UP Kamila Klimek Katedra Matematyki Stosowanej Opiekun naukowy: prof. dr hab. Zofia Hanusz 386 Beata Marciniak EPISTEME 15/2012 s. 387-392 ISSN 1895-4421 WPŁYW WYDAJNOŚCI RUCHU NA DZIELNOŚĆ WYŚCIGOWĄ KLACZY CZYSTEJ KRWI ARABSKIEJ THE INFLUENCE OF MOVEMENT ABILITY ON RACING PERFORMANCE OF PUREBRED ARABIAN MARES Abstrakt. Dotychczasowe badania ujawniły zależność pomiędzy cechami pokrojowymi koni a ich wartością użytkową. Duży wpływ na ocenę pokroju ma wydajność ruchowa. Celem pracy była ocena wskaźników ruchu w stępie i kłusie u klaczy czystej krwi arabskiej pochodzących ze stadnin państwowych w korelacji z ich dzielnością wyścigową wyrażoną wskaźnikami Wp, We i Kwd. Zaobserwowano statystycznie istotne różnice w wartościach wskaźników ruchu pomiędzy klaczami z różnych stadnin, przy braku istotnych różnic ich wskaźników dzielności wyścigowej. Stwierdzono istnienie zależności pomiędzy wskaźnikami ruchu a dzielnością wyścigową. Powyższe wyniki obligują do kontynuacji badań w tym zakresie prowadzonych na liczniejszym materiale. Słowa kluczowe: wydajność ruchu, dzielność wyścigowa, wartość użytkowa koni, próby dzielności Summary. The research so far revealed the dependency between horse’s morphology and use value. The movement ability has the great impact on its type evaluation. The aim of this study was to assess some movement characteristics in walk and trot of the purebred Arabian mares from the national studs, and then to corralate them with its racing performance indicators. The significant differences in movement indicators values in mares from different studs were shown. There is also a lack of significant differences between racing performance indicators. The results display a high correlation between movement and racing performance indicators. Key words: movement ability, racing performance, horses’ use value, performance tests 387 Beata Marciniak WSTĘP Koń o wysokich walorach użytkowości powinien odznaczać się bardzo dobrą jakością ruchu, przekładającą się na jego wyniki podczas pracy w różnych kierunkach. Wydajny i efektowny ruch jest szczególnie ceniony u koni czystej krwi arabskiej. Jest to jedno z podstawowych kryteriów branych pod uwage podczas selekcji hodowlanej prowadzonej w obrębie tej rasy, zarówno w kontekście oceny urody konia arabskiego jak też jego dzielności na torach wyścigowych. Ze względu na konieczność zachowania u koni arabskich typowych dla nich cech, takich jak duża wytrzymałość i odporność na niekorzystne czynniki środowiskowe, ocena ich dzielności wyścigowej nabiera szczególnego znaczenia [Pikuła i Grzesiak 2003]. Obiektywną ocenę w tym zakresie zapewniają łatwomierzalne wskaźniki tj. współczynnik powodzenia (Wp), współczynnik intensywności eksploatacji (We) oraz kryterium wczesności dojrzewania (Kwd) [Budzyński i Chmiel 1994]. Na efektywność użytkowania konia wpływają także: interier, cechy psychiczne [Kaproń i in. 2000], trening, chęć do pracy i współpracy z człowiekiem [Kaproń 1999], a także czynniki środowiskowe, w tym obiekt hodowlany [Kaproń i in. 2001]. Za cel niniejszych badań przyjęto oszacowanie wpływu efektywności ruchu w dwóch chodach podstawowych – stępie i kłusie, na dzielność wyścigową klaczy czystej krwi arabskiej pochodzących z różnych stadnin. MATERIAŁ I METODY Badania wykonano w latach 1995-2005 w Katedrze Etologii i Podstaw Technologii Produkcji Zwierzęcej. Ocenie poddano 258 klaczy czystej krwi arabskiej pochodzących ze stadnin państwowych w: Białce, Janowie Podlaskim i Michałowie. Wskaźniki ruchu oszacowano wg metody opracowanej przez prof. Mariana Budzyńskiego. W tym celu u każdej klaczy prowadzonej w ręku na luźnej wodzy dokonano pomiaru długości 5 kroków po rozpędzeniu się w stępie, a następnie w kłusie, mierząc jednocześnie czas ich trwania. Pomiarów dokonano w 3 powtórzeniach i wyciągnięto z nich wartości średnie. Na tej podstawie dla każdego z analizowanych chodów wyliczono: czas trwania (s) i długość (m) jednego kroku, prędkość ruchu (m/s), częstotliwość kroków na minutę. Metoda ta obecna jest od lat w literaturze polsko- i obcojęzycznej. Ponadto dla każdej klaczy wyliczono wskaźniki dzielności wyścigowej, takie jak: współczynnik powodzenia (Wp), czyli suma wygranych nagród osobnika pomnożona przez liczebność rocznika podzielone przez sumę nagród rocznika w danym sezonie, współczynnik intensywności eksploatacji (We) będący stosunkiem liczby startów osobnika do średniej liczby startów osobników danej płci w tym samym sezonie, kryterium wczesności dojrzewania (Kwd) wyrażane przez 388 Wpływ wydajności ruchu na dzielność wyścigową klaczy… kolejny numer sezonu wyścigowego, na który przypadł najwyższy Wp i We w karierze konia [Budzyński i Chmiel 1994]. W analizach uwzględniono sezony z najwyższym Wp i We dla każdej z ocenianych klaczy. Następnie wyliczono współczynniki korelacji pomiędzy wartościami wskaźników ruchu i wskaźników dzielności wyścigowej. Uzyskane wyniki poddano analizie statystycznej z wykorzystaniem testu t-Studenta. WYNIKI I DYSKUSJA Wskaźniki dzielności wyścigowej Kwd 1,11 1,17 0,32 1,13 0,34 1,12 0,37 0,32 We 1,04 0,99 0,36 1,03 0,33 1,07 0,39 0,23 Wp 0,87 1,16 1,04 1,00 1,11 0,98 1,70 0,59 częst. [kr./min] 91,80 9,38 92,28 7,78 90,58 91,55 7,89 6,50 V [m/s] 4,08 0,82 3,94 0,71 3,98 4,00 0,72 0,62 l [m] 2,66 0,37 2,56 0,39 2,64 2,62 0,37 0,36 t [s] 0,66 0,06 0,65A 0,05 0,67A 0,66 0,06 0,06 częst. [kr./min] 45,60 11,20 42,46A 10,42 51,35A 46,47 11,43 12,66 V [m/s] 1,25 0,36 1,14A 0,31 1,26 0,35 1,38A 1,61 0,16 0,39 l [m] 1,63 0,16 1,61 t [s] 1,39a s s Razem n = 258 0,33 x 1,37 x Kłus 0,30 Michałów n = 143 0,16 s 1,60 x 0,17 Janów Podlaski n = 96 1,48B s 0,27 x 1,24aB Wskaźniki statystyczne Białka n = 19 Stęp 0,30 Stadnina Wskaźniki ruchu Tab. 1. Średnie wartości wskaźników ruchu w stępie i kłusie oraz dzielności wyścigowej klaczy czystej krwi arabskiej pochodzących z poszczególnych stadnin państwowych. Wartości oznaczone tymi samymi literami w kolumnach różnią się statystycznie istotnie: małymi przy p≤0,05; dużymi przy p≤0,01 389 Beata Marciniak Kwd 1,000 We 1,000 -0,860 Wp 1,000 -0,721 0,974 częst. [kr./min] 0,404 -0,925 0,601 V [m/s] -0,928 0,412 -0,820 l [m] -0,981 0,842 -0,999 t [s] -0,615 0,990 -0,778 częst. [kr./min] 0,952 -0,662 -0,474 0,982 -0,747 V [m/s] -0,189 Kwd -0,339 -0,576 l [m] We -0,959 -0,54 t [s] Kłus 0,680 Wp Stęp 0,496 Wskaźniki ruchu Wskaźniki dzielności wyścigowej Tab. 2. Współczynniki korelacji zachodzące pomiędzy wartością wskaźników ruchu w stępie i kłusie i dzielnością wyścigową klaczy czystej krwi arabskiej Zaobserwowano statystycznie istotne różnice pomiędzy wartościami wskaźników ruchu klaczy pochodzących z różnych stadnin (tab.1). Prawdopodobnie wynika to z czynników pochodzeniowych (prowadzenie hodowli w ramach odrębnych linii genealogicznych w każdym obiekcie hodowlanym) oraz środowiskowych (trening, warunki utrzymania). Największą średnią prędkość ruchu w stępie (1,38±0,39m/s), a także częstotliwość kroków osiągnęły klacze ze stadniny w Michałowie, jednocześnie wykazując najniższe wartości średnie czasu trwania (1,24±0,30s) i długości jednego kroku (1,60±0,17m) w tym chodzie. Najdłuższy krok w stępie, podobnie jak i w kłusie (odpowiednio 1,63±0,16 m i 2,66±0,37 m) charakteryzował klacze z Białki. Klacze z Janowa Podlaskiego cechowały się najniższymi wartościami większości wskaźników ruchu, tj. prędkości ruchu (1,14±0,31m/s) i częstości kroków w stępie (42,46±10,42kr./min) różniącymi się statystycznie istotnie od wartości najwyższych uzyskanych przez klacze michałowskie; prędkości ruchu w kłusie (3,94±0,71m/s), długością kroku w kłusie (2,56±0,39m) oraz średnim czasem trwania kroku w kłusie (0,65 ± 0,05s) różniącym się statystycznie istotnie od wyniku klaczy michałowskich. Jednakże klacze z Janowa Podlaskiego odznaczały się najdłuższym czasem trwania kroku w stępie (1,48±0,27s) statystycznie istotnie różniącym się od pozostałych grup, a także najwyższą średnią częstością kroków w kłusie (92,28±7,78kr./min). Klacze janowskie charakteryzowała najwyższa wartość współczynnika powodzenia Wp (1,16±1,7) i Kwd (1,17±0,37). Najwyższą średnią wartość wskaźnika We odnotowano dla grupy klaczy pochodzących z Białki, przy czym klacze te uzyskały jednocześnie najniższe wartości pozostałych dwóch mierników dzielności wyścigowej (Wp i Kwd). Z analizy wyliczonych współczynników korelacji (tab. 2) wynika, że pomiędzy średnimi wartościami wskaźników ruchu w stępie i kłusie oraz wskaźników dzielności 390 Wpływ wydajności ruchu na dzielność wyścigową klaczy… wyścigowej zachodzą statystycznie istotne relacje (wartości statystyki t dla każdego współczynnika korelacji znalazły się w obszarze krytycznym rozkładu t-Studenta), w głównej mierze o charakterze ujemnym. Na tej podstawie można wnioskować, że wyższy poziom dzielności wyścigowej wyrażonej przez Wp i Kwd charakteryzował klacze o krótszym kroku i mniejszej prędkości ruchu zarówno w stępie jak i kłusie. W kłusie większa częstotliwość kroku wpływała korzystnie na wartość Wp i Kwd. Przeciwną zależność odnotowano dla stępu. Klacze o wysokim We stawiały krótsze pod względem czasu i długości kroki w stępie oraz rzadsze kroki w kłusie niż klacze o niższym We. Należy podkreślić, że specyfika selekcji koni czystej krwi arabskich idzie w kierunku preferowania osobników charakteryzujących się większą wytrzymałością, a nie szybkością. Stąd też konie czystej krwi arabskiej w przeciwieństwie do pełnej krwi angielskiej biegają na dłuższych dystansach i pod większym obciążeniem. Uzyskane w badaniach własnych zależności, tj. brak dodatniego wpływu długości kroku i prędkości ruchu na wartość Wp można tłumaczyć celami selekcyjnymi przyjętymi w hodowli koni czystej krwi arabskiej. Istotne zależności pomiędzy wynikami prób dzielności a oceną za pokrój, w tym motorykę ruchu, zauważyli Kaproń i in. [2006] badając dwa systemy bonitacji koni, własny oraz tradycyjny stosowany podczas oficjalnych prób dzielności na torach wyścigowych. W Polsce, w przeciwieństwie do hodowli zagranicznych, gdzie wskaźniki ruchu takie jak długość kroku od dawna stanowią element oceny w próbach dzielności [Sapuła i in. 2004], obiektywne mierniki wydajności ruchowej wciąż nie są w pełni wykorzystywane w selekcji koni. WNIOSKI • Stwierdzono statystycznie istotne różnice w średnich wartościach wskaźników ruchu w stępie i kłusie u koni pochodzących z różnych obiektów hodowlanych. • Pomiędzy wszystkim wskaźnikami wydajności ruchu i dzielności wyścigowej wystąpiły statystycznie istotne (w większości ujemne) korelacje. Czas trwania, długość, prędkość i częstotliwość kroków w stępie i kłusie istotnie wpływały na wartości wskaźników Wp, We i Kwd. 391 Beata Marciniak LITERATURA Budzyński M. Chmiel K. 1994. Rejestr wartości użytkowej polskich koni czystej krwi arabskiej. Wydawnictwo Akademii Rolniczej w Lublinie Kaproń M. 1999. Metody doskonalenia koni. Wydawnictwo Akademii Rolniczej w Lublinie Kaproń M. Janczarek I. Pluta J. 2000. Zależność między wskaźnikami pokrojowymi a dzielnością wyścigową. Zeszyty Naukowe PTZ. Przegląd Hodowlany, 50, 107-118 Kaproń M. Janczarek I. Suska A. Czerniak E. 2001. Wpływ jakości toru oraz temperatury powietrza na wskaźniki dzielności wyścigowej koni pełnej krwi angielskiej. Roczniki Naukowe Zootechniki, Suplement, 14, 133-141 Kaproń M.,Janczarek I. Marchel I. Grochowski W. 2006. Współzależność między dwoma systemami bonitacji pokroju ogierów półkrwi a wskaźnikami oficjalnych prób dzielności. Komunikaty Naukowe LXXI zjazdu PTZ w Bydgoszczy, 3, 13-14 Pikuła R. Grzesiak W. 2003. Analiza zmienności mierników wartości wyścigowej koni czystej krwi arabskiej. Zeszyty Naukowe. Przegląd Hodowlany, 68 (5), 234-240 Sapuła M. Budzyńska M. Kamieniak J. Krupa W. Hetman M. Zamoyska A. 2004. Wpływ treningu 100-dniowego i stopnia pobudliwości nerwowej ogierów na zmiany mechaniki ich ruchu. Annales UMCS, sectio EE, vol. XXII, 31, 229-235 Adres do korespondencji: Beata Marciniak Katedra Etologii i Podstaw Technologii Produkcji Zwierzęcej, Wydział Biologii i Hodowli Zwierząt Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie e-mail: [email protected] Opiekun naukowy: dr hab. Jatrosław Kamieniak 392 V. OGRODNICTWO I ARCHITEKTURA KRAJOBRAZU Olga Długosz-Grochowska EPISTEME 15/2012 s.395-401 ISSN 1895-4421 WPŁYW ZRÓŻNICOWANEJ WIEKOWO ROZSADY I TERMINU UPRAWY NA AKTYWNOŚĆ ANTYOKSYDACYJNĄ ORAZ ZAWARTOŚĆ ZWIĄZKÓW FENOLOWYCH W LIŚCIACH BROKUŁU W FAZIE WIĄZANIA RÓŻ EFFECT OF TRANSPLANTS AGE AND GROWING SEASON ON ANTIOXIDANT ACTIVITY AND PHENOLIC COMPOUNDS IN BROCCOLI LEAVES IN THE STAGE OF FLOWER BUDS FORMING Abstrakt. Brokuł, jako smaczne warzywo o wyjątkowych właściwościach prozdrowotnych, cieszy się zainteresowaniem zarówno wśród konsumentów, jak i plantatorów. Na wysokość plonu oraz jego wartość biologiczną w znacznym stopniu wpływa przyjęta metoda uprawy. Krytycznym momentem w cyklu uprawowym brokułu jest okres formowania róż. Zawiązywanie pąków jest dla rośliny dużym wydatkiem energetycznym i wymaga wzmożenia aktywności metabolicznej tkanek asymilacyjnych, które w tym okresie wymagają szczególnej ochrony antyoksydacyjnej. W badaniach wykazano, że liście roślin w letnim terminie uprawy charakteryzowały się istotnie wyższą aktywnością antyrodnikową względem rodnika DPPH i zawartością związków fenolowych oraz aktywnością katalazy i peroksydazy niż w uprawie na zbiór jesienny. Nie stwierdzono różnic pomiędzy uprawą z rozsady młodszej (4-tygodniowej) i starszej (8-tygodniowej). W terminie jesiennym zanotowano istotnie wyższą aktywność katalazy i peroksydazy w uprawie z rozsady młodszej niż starszej. Słowa kluczowe: brokuł, aktywność antyoksydacyjna, związki fenolowe, katalaza, peroksydaza Summary. Broccoli as a tasty vegetable with unique health-promoting properties, attract the interest of both consumers and growers. The adapted method of cultivation affects the yield and its biological value. a critical moment in broccoli development is the period of florets formation, in which the plant needs increased production of energy and metabolites. Metabolic activity of assimilation tissues must be enhanced and the special antioxidant protection is necessary. The studies showed that the leaves of broccoli plants grown in summer cycle are characterized by significantly higher antiradical activity against DPPH and higher content of phenolic compounds and activity of catalase and peroxidase than these cultivated for autumn harvesting. There were no differences between the cultivation of younger (4 week) and older (8 week) transplants. In cultivation for autumn harvesting the activity of catalase and peroxidase was significantly higher in broccoli grown from younger than older transplants. Key words: broccoli, antioxidant activity, phenolic compounds, catalase, peroxidase 395 Olga Długosz-Grochowska WSTĘP Wraz z upowszechnianiem wiedzy na temat znaczenia wzbogacania codziennej diety w warzywa i owoce wzrasta zainteresowanie społeczeństwa różnorodnymi produktami ogrodniczymi. Na szczególną uwagę zasługuje brokuł, doceniony przez dietetyków jako oryginalne w smaku i niskokaloryczne źródło witamin (zwłaszcza witaminy C, witamin z grupy B, kwasu foliowego), mikroelementów (szczególnie fosforu i potasu) i antyoksydantów (głównie należących do grupy związków polifenolowych) [Kunicki 1998, Sosińska i Obiedziński 2007]. Coraz więcej badań poświęca się doskonaleniu metod uprawy brokułu uwzględniając właściwości prozdrowotne tego warzywa. W Polsce najpopularniejszą metodą produkcji brokułu jest uprawa z rozsady na zbiór jesienny lub letni [Kunicki 1998]. Okres zawiązywania i wzrostu róży jest krytycznym momentem w cyklu rozwojowym brokułu. w odpowiedzi na zwiększone zapotrzebowanie na energię i substancje odżywcze, w asymilacyjnych tkankach liściowych następuje wzmożenie procesu fotosyntezy. w nieoptymalnych warunkach środowiskowych procesy o charakterze oksydoredukcyjnym mogą prowadzić do ubocznego powstawania nadmiernych ilości reaktywnych form tlenu (RFT) [Bartosz 2006]. Szybkie i niespecyficzne reakcje RFT prowadzą zwykle do uszkodzenia różnych związków występujących w komórkach powodując np. dezaktywację białek funkcjonalnych, czy też uszkodzenia cząstek strukturalnych, przyczyniając się do znacznego upośledzenia funkcjonalności komórki przy jednoczesnym ciągłym wytwarzaniu wolnych rodników poprzez indukowanie reakcji o charakterze łańcuchowym [Mittler 2002, Puzanowska-Tarasiewicz i in. 2009]. Obronę organizmu przed RFT stanowią enzymy antyoksydacyjne (dysmutaza ponadtlenkowa, katalaza i peroksydaza) oraz tzw. antyoksydanty niskocząsteczkowe hydrofilowe (najczęściej wymieniane są związki fenolowe czy askorbinian) i hydrofobowe (np. tokoferole, karotenoidy) [Bartosz 2006]. Celem pracy było zbadanie wpływu wieku wysadzanej rozsady (rozsada 4- oraz 8-tygodniowa) oraz terminu uprawy brokułu (uprawa na zbiór letni i jesienny) na zdolność przeciwutleniającą tkanek asymilacyjnych, aktywność enzymów antyoksydacyjnych (katalazy i peroksydazy) oraz zawartość związków fenolowych w liściach brokułu w fazie wiązania róż. MATERIAŁ I METODY Materiał roślinny w doświadczeniu stanowiły brokuły (Brassica oleracea var. italica) odmiany ‘Monaco F1’ uprawiane zgodnie z zaleceniami dla tego gatunku, w dwóch terminach (na zbiór letni – i termin; oraz jesienny – II termin). Produkcja miała miejsce w Stacji Doświadczalnej Katedry Roślin 396 Wpływ zróżnicowanej wiekowo rozsady i terminu uprawy na aktywnośc uprawy… Warzywnych i Zielarskich Wydziału Ogrodniczego Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie w roku 2010. Rozsada brokułu, w wieku 4 oraz 8 tygodni, wyprodukowana została w szklarni Wydziału Ogrodniczego Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie, a następnie wysadzona do gruntu 22.06.2010 (termin I) oraz 13.07.2010 (termin II). Analizy materiału roślinnego wykonano w fazie wiązania róż (gdy kwiatostan osiągał rozmiar 2-5 cm średnicy), co nastąpiło 11.08.2010 (termin I) oraz 8 i 14.09.2010 (termin II). Do analiz wybrano z każdej kombinacji losowo po 5 roślin, z których pobrano 10 liści (po dwa liście z każdej rośliny). Aktywność antyrodnikową (RSA) pobranego materiału roślinnego oznaczono wobec wolnego rodnika DPPH (1,1-difenylo-2-pikrylohydrazyl) [Pekkarinen i in. 1999], którego rozkład monitorowano spektrofotometrycznie przy długości fali 516 nm przez 5 minut. Zawartość związków fenolowych szacowano w oparciu o metodę Fukumoto i Mazzy [2000]. Pomiary absorbancji metanolowych ekstraktów roślinnych prowadzono przy długościach fali: 280 nm, 320 nm i 360 nm. Zawartość sumy fenoli, fenylopropanoidów i flawonoli obliczono korzystając z krzywych wzorcowych sporządzonych dla odpowiednich wzorców. Aktywność katalazy (CAT) oznaczono według metody Bartosza [2006], polegającej na spektrofotometrycznym pomiarze absorbancji nadtlenku wodoru (przy λ=240 nm) rozkładanego przez ten enzym. Aktywność peroksydazy (POD) określono z zastosowaniem p-fenylodiaminy jako substratu enzymu, mierząc absorbancję powstającego barwnego produktu reakcji przy długości fali 485 nm [Lück 1962]. Aktywność POD została wyrażona za pomocą jednostek aktywności (U) odpowiadających przyrostowi absorbancji o 0,1 w ciągu minuty na 1g tkanki. Pomiary przeprowadzono w trzech powtórzeniach, a wyniki poddano dwuczynnikowej analizie statystycznej ANOVA, a następnie, w celu wyodrębnienia grup jednorodnych, wykonano test NIR Fishera przy poziomie istotności α=0,05. WYNIKI I DYSKUSJA Warzywa z rodziny kapustowatych (Brassicaceae), a zwłaszcza brokuł, charakteryzują się niezwykle wysoką zdolnością do zmiatania wolnych rodników [Leja i in. 2001]. w prezentowanej pracy aktywność antyrodnikowa była istotnie wyższa w liściach roślin uprawianych na zbiór letni niż jesienny (Tab. 1). Mogło to być związane z warunkami klimatycznymi i przebiegiem pogody. W okresie przypadającym na wiązanie róż brokułów uprawianych na zbiór letni notowano wyższe temperatury przy jednocześnie niskim poziomie opadów atmosferycznych niż w późniejszym cyklu uprawowym. Duża intensywność światła mogła powodować nadmierny „wyciek” elektronów 397 Olga Długosz-Grochowska w fazie jasnej fotosyntezy na tlen, powodując jego niepełną redukcję prowadzącą do powstawania wolnych rodników tlenowych. O mechanizmie powstawania reaktywnych form tlenu w fazie jasnej fotosyntezy donosi Bhattacharjee [2005]. Zwiększenie aktywności antyrodnikowej w roślinie jest odpowiedzią na nadmierną produkcję wolnych rodników tlenowych. Podobne zależności w różach brokułu przedstawiono w pracy Leji i in. [2002]. termin I, wiek rozsady termin II, wiek rozsady 4 tygodnie 8 tygodni 4 tygodnie 8 tygodni RSA [% DPPH] 0,215 b* 0,200 b 0,166 a 0,175 a suma fenoli [mg kwasu chlorogenowego·g-1 św. m.] 2,470 b 2,480 b 2,011 a 2,230 ab Fenylopropanoidy [mg kwasu kawowego·g -1 św. m.] 0,731 a 0,723 a 0,700 a 0,737 a Flawonole [mg kwercetyny·g-1 św. m.] 0,761 a 0,769 a 0,787 a 0,828 a Antocyjany [mg cyjanidyny·g-1 św. m.] 0,051 a 0,067 a 0,058 a 0,048 a CAT [µmol(H2O2)· g-1 · min-1 św. m.] 12,608 c 14,897 d 8,664 b 7,319 a POD [U·g-1 św. m.] 17,208 b 19,380 c 16,830 b 13,290 a Tab. 1. Wpływ terminu uprawy oraz wieku rozsady na zdolność antyrodnikową (RSA), zawartość wybranych związków fenolowych i aktywność enzymów antyoksydacyjnych: katalazy (CAT) i peroksydazy (POD) w liściach brokułu w fazie wiązania róż. * - jednakowe litery w każdym wierszu oznaczają brak istotnych statystycznie różnic przy α=0,05 Zarówno w I, jak i w II terminie uprawy, wiek wysadzanej rozsady nie wpłynął znacząco na aktywność przeciwrodnikową liści brokułu (Tab. 1). Ważną grupą roślinnych metabolitów wtórnych są związki fenolowe, których właściwości przeciwutleniające wynikają z budowy cząsteczkowej [Bartosz 2006]. Rodzina kapustowatych (Brassicaceae) charakteryzuje się wyjątkowo wysoką zawartością tych związków [Leja i in. 2000, Leja i in. 2001, Starzyńska i in. 2001]. Według Kurilich i in. [2002] wraz z witaminą C polifenole mogą odpowiadać nawet za 80-95% całkowitej zdolności antyoksydacyjnej tkanek brokułu. Brokuł wykazuje tendencję do ich akumulowania w kolejnych stadiach rozwojowych [Leja i in. 2002]. W przedstawianym doświadczeniu najwyższą zawartość sumy fenoli stwierdzono w liściach brokułów uprawianych na zbiór letni i była ona podobna zarówno w roślinach wyrosłych z młodszej, jak i starszej rozsady (Tab. 1). Niższy poziom tych związków zanotowano w terminie II; wówczas najmniej polifenoli oznaczono w liściach brokułów produkowanych z rozsady 4-tygodniowej. Tendencja ta podobna jest do wyników zanotowanych w przypadku zdolności zmiatania rodnika DPPH, co potwierdza hipotezę o wysokim udziale związków fenolowych 398 Wpływ zróżnicowanej wiekowo rozsady i terminu uprawy na aktywnośc uprawy… w ogólnej aktywności antyrodnikowej badanych tkanek. W liściach brokułu stwierdzono wysoką zawartość fenylopropanoidów i flawonoli, co koresponduje z wynikami Horbowicza i Babik [2005]. Badania nie wykazały istotnego wpływu zastosowanego terminu uprawy ani wieku sadzonej rozsady na zawartość fenylopropanoidów, flawonoli i antocyjanów. Katalaza jest enzymem odpowiedzialnym za rozkładanie nadtlenku wodoru [Bartosz 2006]. Wielokrotnie notowano wysoką aktywność tego enzymu w roślinach z rodziny kapustowatych (Brassicaceae) [Singh i in. 2010]. Jak podają Leja i in. [2002] w różach brokułu enzym ten osiągał aktywność 146 µmol(H2O2) g-1 min-1. W niniejszym doświadczeniu aktywność katalazy w liściach znacznie przewyższała tą wartość (Tab. 1), co potwierdza pogląd Feierabenda [2005], że głównym miejscem występowania katalazy są komórki zdolne do prowadzenia fotosyntezy. Najwyższą aktywność katalazy stwierdzono w liściach brokułów uprawianych w terminie i z rozsady 8-tygodniowej. Istotnie niższą aktywność tego enzymu oznaczono w tym samym cyklu uprawowym w roślinach uprawianych z młodszej rozsady. w uprawie na zbiór jesienny katalaza charakteryzowała się istotnie niższą aktywnością w tkankach liści, szczególnie w roślinach wysadzanych w wieku 8 tygodni. Podobnie jak w przypadku RSA i zawartości sumy związków fenolowych, liście brokułów uprawianych na zbiór letni charakteryzowały się istotnie najwyższą aktywnością katalazy. Kolejnym enzymem redukującym nadtlenek wodoru jest peroksydaza, która do swojego działania potrzebuje zredukowanego substratu reakcji (np. askorbinianu) [Bartosz 2006]. Tkanki roślin kapustowatych wykazują wysoką aktywność tego enzymu. Starzyńska i in. [2003] podają, że peroksydaza w różach brokułu osiągała aktywność 4200 U·100g-1 św. m. w prezentowanym doświadczeniu zanotowano znacznie niższą aktywność peroksydazy w liściach (Tab. 1). Podobnie jak w przypadku innych badanych parametrów aktywność peroksydazy w liściach podczas wiązania róż w terminie i była wyższa niż w terminie II. Warto zauważyć, że zarówno katalaza, jak i peroksydaza charakteryzowały się wzmożoną aktywnością w starszych roślinach uprawianych w terminie na zbiór letni oraz w młodszych roślinach uprawianych na zbiór jesienny, co mogło być spowodowane – podobnie jak zwiększona aktywność antyrodnikowa – warunkami pogodowymi. Wykazana w pracy wyższa aktywność antyrodnikowa w liściach brokułu uprawianego na zbiór letni w porównaniu z terminem jesiennym korespondowała z uzyskaniem wyższego plonu handlowego róż niezależnie od wieku wysadzanej rozsady (dane w opracowaniu). 399 Olga Długosz-Grochowska WNIOSKI • Wyższą aktywność antyoksydacyjną stwierdzono w liściach brokułu uprawianego na zbiór letni w porównaniu z cyklem jesiennym. Korespondowała ona z zawartością sumy fenoli, aktywnością katalazy oraz peroksydazy. • Wiek wysadzanej rozsady nie miał istotnego wpływu na badane parametry • Zawartość fenylopropanoidów, flawonoli i antocyjanów w liściach badanych brokułów nie zależała od wieku wysadzanej rozsady ani terminu uprawy. LITERATURA Bhattacharjee S. 2005. Reactive oxygen species and oxidative burst: Roles in stress, senescence and signal transduction in plants. Curr. Sci. India. 89(7):1113-1121. Bartosz G. 2006. Druga twarz tlenu. Wolne rodniki w przyrodzie. Wyd. Naukowe PWN. 58-77, 144-222, 376. Feierabend J. 2005. Catalases in plants: molecular and functional properties and role in stress defense. [w:] Smirnoff N. (red.), Antioxidants and Reactive Oxygen Species in Plants, Blackwell Publishing Ltd. 101-130. Fukumoto L., Mazza G. 2000. Assessing antioxidant and prooxidant activities of phenolic compounds. J. Agric. Food Chem. 48(8): 3597-3604 Horbowicz M., Babik I. 2005. Sulforaphane and flavonoid contents in chosen broccoli cultivars. Veg. Crops Res. Bull. 62, 127-138. Kunicki E., 1998. Uprawa brokułów. Hortpress. Warszawa. 23-27. Kurilich, A. C., Jeffery, E. H., Juvik, J. A., Wallig, M. A., Klein, B.P. 2002. Antioxidant capacity of different broccoli (Brassica oleracea) genotypes using the oxygen radical absorbance capacity (ORAC) assay. J. Agric. Food Chem. 50, 5053–5057. Leja M., Mareczek A., Rożek S., Wojciechowska R., 2000. Antioxidant capacity of selected cabbage strains as related to post-harvest storage. Hort. Veg. Grow. 19(3): 327-333. Leja M., Starzyńska A., Mareczek M., Rożek S., 2001. Antioxidant ability of broccoli flower buds during short-term storage. Food Chem. 72: 219-222. Leja M., Mareczek A., Starzyńska A., 2002. Some antioxidant and senescence parameters of broccoli as related to its developmental stages. Acta Physiol. Plant. 24:237-241. 400 Wpływ zróżnicowanej wiekowo rozsady i terminu uprawy na aktywnośc uprawy… Lück H., 1962. Methoden der enzymatischen Analyse, Weinheim; Verlag Chemie GmbH. Mittler R., 2002. Oxidative stress, antioxidants and stress tolerance. Trends Plant Sci. 7:405-410. Pekkarinen S. S., Stoeckmann H., Schwarz K., Heininen I. M., Hopia A. I. 1999. Antioxidant activity and partitioning of phenolic acids in bulk and emulsified methyl linoleate. J. Agric. Food Chem. 47: 3036-3043 Puzanowska-Tarasiewicz H., Kuźmicka L., Tarasiewicz M., 2009. Reaktywne formy azotu i tlenu. Pol. Merk. Lek., XXVII:160, 338. Singh B.K., Sharma S.R., Singh B., 2010. Antioxidant enzymes in cabbage: Variability and inheritance of superoxide dismutase, peroxidase and catalase. Sci. Hort. 124: 9-13. Sosińska E., Obiedziński M.W., 2007. Badania nad bioaktywnymi glukozynolanami w wybranych odmianach warzyw krzyżowych techniką HPLC. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość 54 (5): 129-136. Starzyńska A., Leja M., Mareczek A., 2001. Soluble phenols content and peroxidase activity in broccoli heads during short term storage. Veg. Crops Res. Bull. 54: 175-178. Starzyńska A., Leja M., Mareczek A., 2003. Physiological changes in the antioxidant system of broccoli flower buds senescing during short-term storage, related to temperature and packaging. Plant Sci. 165: 1387-1395. Adres do korespondencji: Olga Długosz-Grochowska Katedra Botaniki i Fizjologii Roślin, Wydział Ogrodniczy Uniwersytet Rolniczy w Krakowie e-mail: [email protected] Opiekun naukowy: dr hab. Renata Wojciechowska 401 Kamila Klimek, Anna Czubacka Anna Furmańczuk, Agnieszka Rowicka EPISTEME 15/2012 s.403-409 ISSN 1895-4421 ZNAJOMOŚĆ PROGRAMÓW INFORMATYCZNYCH DO PROJEKTOWANIA ARCITEKTURY KRAJOBRAZÓW I UZYTKÓW ZIELONYCH WSRÓD STUDENTÓW OGRODNICTWA KNOWLEDGE OF COMPUTER SOFTWARE CONNECTED WITH DESIGNING LANDSCAPE ARCHITECTURE AND GRASSLANDS AMONG THE STUDENTS OF GARDENING Abstrakt. W pracy przedstawiono wyniki badań ankietowych, przeprowadzonych z udziałem 205 respondentów wydziału ogrodnictwa, w tym było 145 studiów stacjonarnych i 60 studiów niestacjonarnych. Zaznaczyć należy, że wśród wszystkich respondentów, 116 legitymowało się średnim wykształceniem technicznym, a 89 średnim wykształceniem ogólnym. Ponadto tylko 68 osób pochodziło z terenów wiejskich a pozostałych 137 z terenów miejskich. Stwierdzono, że wśród badanych respondentów, tylko 111 znało dobrze podstawowe programy informatyczne, natomiast na poziomie podstawowym pozostali., natomiast 84 studentów wiedziało, że istnieją programy do projektowania architektury krajobrazu i użytków zielonych znało, a 34 korzystało z programów udostępnianych przez różne czasopisma (np. Komputer Świat). Na koniec pierwszego semestru wszyscy posługiwali się podstawowymi programami informatycznymi (OFFICE) w stopniu dobrym oraz nauczyli posługiwać się programem do projektowania architektury krajobrazu i użytków zielonych (Auto CAD). Słowa kluczowe: ogrodnictwo, architektura krajobrazu, użytki zielone, studenci ogrodnictwa Summary. The results of the surrey which was conducted on 205 students of gardening (horticulture) were presented. 145 of intramural and 60 extramural students took part in this surrey. 116 of students finished technical secondary school and 89 of them comprehensire secondrary school. Only 68 people came from rural areas and the remaning 137 came from the urban areas. The research has schown that only 111 students knew the basic computer programmes on a higher level and the remaining students had the basic knowledge of these programmes. 84 students knew the programmes for designing green areas and 34 could apply these programmes in practice. At the end of the first term all the students made use of the basic computer programmes (OFFICE) on satisfactory level and learned various programmes for designing the architecture of landscape and green ground (e.g. Auto CAD). Key words: gardening (horticulture), the architecture of landscape, green grounds, a student of horticulture 403 Kamila Klimek, Anna Czubacka, Anna Furmańczuk, Agnieszka Rowicka WSTĘP Projektowanie architektury krajobrazu, to przede wszystkim rozwiązywanie problemów organizacji przestrzeni: gdzie i jak rozmieścić nasadzenia, dobór roślin, którędy poprowadzić ścieżkę, jak połączyć całość ogrodu z miejscem zabaw dla dzieci, jak również usytuowanie domu, itp. [Górecka, 2004]. Podczas projektowania należy również wziąć pod uwagę widok od strony domu na ogród oraz widok z ogrodu na otaczającą go roślinność i strukturę krajobrazu. Wybór roślin i ich obsadzanie to jeden z istotniejszych etapów projektowania, ale najważniejsza jest faza opracowania koncepcji z liniami i kształtami tworzącymi całość wzoru tworzącego ramę dla roślin [Teschich, 1974]. Wprawdzie rośliny są istotnym elementem krajobrazu lub ogrodu, ale przy tworzeniu jego planu wprowadza się je na samym końcu. Jednym z wielu dostępnych na rynku programów do projektowania ogrodów jest stosowany przez uczelnię AutoCAD [Pikoń, 2005]. Jest to program uniwersalny, ponieważ umożliwia zapisanie projektu powstałego w umyśle projektanta, który obejmował nie tylko część zieloną, ale również dom altankę, ławeczkę i wiele innych elementów niezbędnych do stworzenia spójnej całości [Ślesk, 2006]. Przy zapisywaniu projektu dużym ułatwieniem jest stosowanie programu AutoCAD umożliwiającym nanoszenia powtarzających się elementów-symboli do projektowania zapisanych w odpowiednich blokach, co znacznie upraszcza i przyśpiesza wykonanie projektu. Tworzenie rysunków składających się z bloków przypomina budowanie z „klocków”[Pikoń, 2005]. MATERIAŁ I METODY Celem pracy było sprawdzenie, w jakim stopniu rozpoczynający studia znają ogólne programy informatyczne programy specjalistyczne związane z kierunkiem studiów oraz jaka jest umiejętność ich stosowania. Wprawdzie Program Nauczania Informatyki w Gimnazjum z 2006 roku stwierdza: „Celem stawianym współczesnej edukacji jest przygotowanie do aktywnego i odpowiedzialnego życia w społeczeństwie informatycznym. Uczeń powinien zdobyć wiedzę i umiejętności umożliwiające swobodne posługiwanie się komputerem i jego oprogramowaniem” [ Teschich 1974]. W przeprowadzonych badaniach ankietowych studentów pierwszego roku Wydziału Ogrodniczego studiów stacjonarnych i zaocznych zadano również pytania o wiek, pochodzenie i rodzaj szkoły średniej. 404 Znajomość programów informatycznych do projektowania architektury krajobrazów… Rys. 1. Źródło: opracowanie własne Rys. 2. Źródło: opracowanie własne Rys. 3. Źródło: opracowanie własne Rys. 4. Źródło: opracowanie własne Rys. 5. Źródło: opracowanie własne 405 Kamila Klimek, Anna Czubacka, Anna Furmańczuk, Agnieszka Rowicka Do obliczeń statystycznych wyników zebranych w ankiecie zastosowano test niezależności, porównanie Chi kwadrat. Z analizy danych ankietowych wynika, że z 205 badanych: wykształcenie ogólne posiadało - 84, 27% studentów pochodzących z miasta, a 15, 73% studentów pochodziło ze wsi; wykształcenie techniczne posiadało - 67, 24% z miasta i 38% ze wsi. Pochodzenie miasto wies Liczebność wyksztalcenie srednie techniczne Razem Liczebność 75 78 153 Proc. kol. 84.27 67.24 Liczebność 14 38 52 Proc. kol. 15.73 32.76 89 116 205 Razem / Liczebność Tab. 1. Pochodzenie wg wyksztalcenie. Źródło: opracowanie własne Dokładny test Fishera Komórka (1,1) liczebność (F) 75 Lewostronne pr. <= F 0.9986 Prawostronne pr. >= F 0.0040 Tabela prawdopodobieństwa (P) 0.0026 Dwustronne pr. <= P 0.0060 Porównując dane dotyczące pochodzenia i znajomości programów informatycznych stwierdzono, że 68, 63% pochodzących z miasta znało programy informatyczne, a tylko 31, 3% nie znało programów informatycznych, natomiast tylko 26, 92% pochodzących ze wsi znało programy informatyczne, pozostali 73,08% nie znali żadnych programów informatycznych. Pochodzenie ma również istotny wpływ na ilość studentów kształcących się stacjonarnie i niestacjonarnie i tak, pochodzący z miasta: stacjonarnie kształci się 80, 39% a tylko 19, 61% niestacjonarnie, natomiast pochodzący ze wsi, stacjonarnie kształci się tylko 42, 31 %, a niestacjonarnie 57,69%. Badając wiek studentów można stwierdzić, ze najwięcej uczących jest w przedziale wiekowym 18-20 lat, bo aż 79, 02% z czego na studiach stacjonarnych jest 145 studentów i tylko 17 na studiach niestacjonarnych. Pozostałych 43 studentów kształci się na studiach niestacjonarnych i tak, wiek: 21-30 lat -13 studentów; 31-40 lat 12 studentów; 41-50 lat 13studentów; 51-60 lat 5 studentów. 406 Znajomość programów informatycznych do projektowania architektury krajobrazów… Pochodzenie miasto wies zaawansowane IT Liczebność Razem korzystalo nie korzystalo znalo Liczebność 35 48 70 153 Proc. kol. 100.00 55.81 83.33 Liczebność 0 38 14 52 Proc. kol. 0.00 44.19 16.67 35 86 84 205 Razem / Liczebność Tab. 2. Pochodzenie wg zaawansowane IT. Źródło: opracowanie własne Dokładny test Fishera Tabela prawdopodobieństwa (P) 6.689E-55 Pr. <= P 1.233E-54 Wiek 18-20 21-30 31-40 41-50 51-60 Liczebność studia Razem niestacjonrne stacjonarne Liczebność 17 145 162 Proc. kol. 28.33 100.00 Liczebność 13 0 13 Proc. kol. 21.67 0.00 Liczebność 12 0 12 Proc. kol. 20.00 0.00 Liczebność 13 0 13 Proc. kol. 21.67 0.00 Liczebność 5 0 5 Proc. kol. 8.33 0.00 60 145 205 Razem / Liczebność Tab. 3. Wiek wg studia. Źródło: opracowanie własne 407 Kamila Klimek, Anna Czubacka, Anna Furmańczuk, Agnieszka Rowicka Dokładny test Fishera Tabela prawdopodobieństwa (P) 1.058E-30 Pr. <= P 1.058E-30 DYSKUSJA I WNIOSKI Z analizy danych ankietowych wynika jednoznacznie, że bez względu na system studiów [stacjonarne, niestacjonarne] aż 79% są to osoby w wieku 18-20 lat, z czego tylko 11% podjęło studia niestacjonarne. Natomiast pozostałe 21% są to tylko studenci studiów niestacjonarnych, których wiek był bardzo zróżnicowany w granicach 21-60 lat. Zaznaczyć należy, że to bardzo pozytywny objaw, iż osoby rozpoczynające studia są w wieku 18-20 lat. Fakt podejmowania przez osoby w tak różnym wieku studiów niestacjonarnych z różnych powodów osobistych, to bardzo pozytywny objaw świadczący, że nie ma żadnych ograniczeń dla wieku rozpoczynających naukę. Zaznaczyć należy, że tylko niewielki odsetek młodych ludzi rozpoczyna naukę na studiach niestacjonarnych. Stwierdzono, że studenci pochodzący z miasta stanowią 67%, a pozostałe 33% pochodzi ze wsi, natomiast 57% posiadało wykształcenie ogólne, 43%, a wykształcenie techniczne. Zaskakujące są dane dotyczące znajomości programów informatycznych wśród nowo przyjętych studentów i przedstawiają się następująco: 69% studentów pochodzących z miasta znało programy informatyczne, a tylko 31% nie znało żadnych programów informatycznych; gorzej przedstawia się sytuacja pochodzących ze wsi, tylko 27% znało programy informatyczne, a aż 74% nie znało żadnych programów informatycznych. Na podstawie tych danych można stwierdzić, że nie wszystkie szkoły zarówno w mieście jak i na wsi prowadziły w sposób dostateczny naukę informatyki. LITERATURA Górecka M., 2004, Architektura energooszczędnego domu mieszkalnego polskiej wsi w aspekcie zrównoważonego rozwoju, Warszawa: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej. Pikoń A., 2005, AutoCAD 2005 PL. Wydawnictwo Helion. Pikoń A., 2005, AutoCAD 2005. Wydawnictwo Helion. Ślęsk R. 2006, ArchiCAD 8. 1/9, Wydawnictwo Helion Teschich A. 1974 Architektura i budownictwo wiejskie. Warszawa: Państ. Wydaw. Nauk. Informatyka w Szkole, Wydawnictwo Helion 2006. ISBN:83-246-0016-7 408 Znajomość programów informatycznych do projektowania architektury krajobrazów… Adres do korespondencji: Kamila Klimek1, Anna Czubacka2, Anna Furmańczuk3, Agnieszka Rowicka4 Katedra Zastosowań Matematyki i Informatyki, Zakład Statystyki Matematycznej Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie e-mail: [email protected] 1 Katedra Melioracji i Budownictwa rolniczego Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie e-mail: [email protected] 2 Katedra Biologii Roślin Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie e-mail: [email protected] 3 Katedra Higieny Zwierząt i Środowiska Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie e-mail: [email protected] 4 Opiekun naukowy: prof. dr hab. Zofia Hanusz,1 dr hab. Tadeusz Głuski, prof. nadzw. UP 2, Prof. dr hab. Jolanta Molas3, prof. dr hab. Hanna Bis-Wencel4 409 Beata Jawoszek Marta Czaplicka-Pędzich Adam Szewczuk EPISTEME 15/2012 s.411-417 ISSN 1895-4421 PORÓWNANIE JAKOŚCI OWOCÓW POCHODZĄCYCH Z PRODUKCJI EKOLOGICZNEJ I KONWENCJONALNEJ DOSTĘPNYCH WE WROCŁAWIU COMPARISON OF FRUIT QUALITY FROM ORGANIC AND CONVENTIONAL PRODUCTION AVAILABLE IN WROCŁAW Abstrakt. Obecnie, głównie na rynkach lokalnych, coraz częściej można nabyć owoce z produkcji ekologicznej. Są one jednak droższe w porównaniu do produktów pochodzących z upraw konwencjonalnych. Do zakupu ekologicznych jabłek konsumentów zachęca się ich wysoką jakością, lepszymi walorami smakowymi oraz wysoką zawartością substancji odżywczych. Celem pracy jest porównanie jakości oraz zawartości ekstraktu, witaminy C i innych składników w świeżych owocach zakupionych w jakości ekologicznej i konwencjonalnej. Ocenie poddano owoce w dwóch sezonach. Owoce ekologiczne charakteryzowały się wyższą zawartością ekstraktu oraz większą jędrnością niż owoce z uprawy konwencjonalnej, w każdej z omawianych prób. Ekologiczny sposób uprawy wpłynął na wzrost zawartości fosforu i wapnia w owocach, w porównaniu do owoców pochodzących z uprawy konwencjonalnej. Słowa kluczowe: jabłka, ekstrakt, jędrność, witamina C, zawartość pierwiastków Summary. At present, mainly in local markets, it is increasingly possible to buy fruit from organic production. These fruits, however, are more expensive compared to fruit from conventional crops. Consumers to buy organic fruit are encouraged high quality, better taste qualities and high content of nutrients. Aim of this study is to compare the quality and content of the soluble solids content, vitamin C and other ingredients in fresh fruits from organic and conventional production. Fruits were evaluated in two seasons. Organic fruits were characterized by higher content of soluble solids content and greater firmness than fruits from conventional crops in both seasons. Growing organic affected by the increase in phosphorus and calcium in the fruit compared to fruit from conventional crops. Key words: apples, soluble solids content, firmness, vitamin C, content of elements 411 Beata Jawoszek, Marta Czaplicka-Pędzich, Adam Szewczuk WSTĘP W dzisiejszych czasach ludzie coraz większą wagę przykładają do sposobu odżywiania i poprawy jakości życia. Poszukują w sprzedaży oraz nabywają produkty ekologiczne ponieważ są świadomi tego, że warzywa i owoce uprawiane w tradycyjny sposób mogą zawierać pozostałości nawozów mineralnych, w szczególności azotowych oraz środków ochrony roślin [Rembiałkowska i in. 2006]. Otaczające nas hasła popierające zdrowe odżywianie zachęcają do zakupu żywności pochodzącej z upraw ekologicznych, reklamując ją jako żywność bardzo wysokiej jakości [Szołtysek i Piekara 2010]. Wyraźnie widać wzrost liczby i powierzchni upraw ekologicznych na terenie Polski [Łuczka-Bakuła i Smoluk-Sikorska 2010]. Obecnie na terenie całego kraju istnieje około 15 tys. gospodarstw ekologicznych. W ramach postępującego przekształcania produkcji konwencjonalnych w ekologiczne przyjmuje się, że docelowo do 2030 roku około 95 tys. gospodarstw będzie dążyło do uzyskania certyfikatów obiektów prowadzących produkcję metodami ekologicznymi bez stosowania niedozwolonych agrochemikaliów [Golka i Wójcicki 2009]. Wzrost zainteresowania rolnictwem ekologicznym spowodowany jest głównie nasilającymi się negatywnymi konsekwencjami rolnictwa intensywnego na środowisko, np. zanieczyszczeniem wód gruntowych, spadkiem żyzności gleby [Szołtysek i Piekara 2010]. Dodatkowym bodźcem starania się rolników oraz ogrodników o certyfikaty gospodarstwa ekologicznego są odpowiednie unijne dopłaty, z których bardzo chętnie korzystają gospodarstwa o ekstensywnej produkcji działające w niesprzyjających warunkach [Wójcicki 2008]. Udział żywności ekologicznych w ogólnej sprzedaży produktów żywnościowych, mimo wzrostu tempa rozwoju ekologicznego systemu produkcji, jest jednak niewielki i nie przekracza 5% [Kucińska i in. 2010]. Głównym problemem rozwoju rynku żywności ekologicznej jest rozproszenie gospodarstw w kraju, co silnie utrudnia system dystrybucji i zwiększa koszt przewozu surowców. Produkty z upraw ekologicznych dostępne są głównie w sprzedaży bezpośredniej (66 %) lub w sklepach specjalistycznych (27 %), co jest typowe dla krajów o niskim stopniu rozwoju rynku ekologicznej żywności. Dość często na polskim rynku produktów ekologicznych występuje również niedobór niektórych gatunków owoców i warzyw, także asortyment produktów przetworzonych jest dość ubogi. Kolejną barierą rozwoju tego rynku są relatywnie wysokie ceny produktów ekologicznych, które są z reguły o 30-50 % droższe od cen żywności konwencjonalnej. Jest to niezmierne ważne, ponieważ cena żywności ekologicznej jest głównym czynnikiem determinującym popyt na nią [Komorowska 2009]. Charakteryzując uprawę ekologiczną w kraju warto zwrócić uwagę na to, że szereg właścicieli certyfikowanych gospodarstw ekologicznych nie w pełni 412 Porównanie jakości owoców pochodzących z produkcji ekologicznej… podporządkowuje się zobowiązaniom i dyrektywom ochrony środowiska związanym z produkcją ekologiczną. Dlatego nie możemy być do końca pewni czy spotykana na rynku żywność nazywana ekologiczną, została na pewno wyprodukowana metodami organicznymi [Wójcicki 2008]. Celem pracy było porównanie wartości odżywczych jabłek pochodzących z uprawy tradycyjnej oraz ekologicznej dostępnych dla przeciętnego Wrocławianina. MATERIAŁ I METODY Opisywane badania przeprowadzone zostały w styczniu 2010 oraz na początku lutego 2012 roku. Materiał badawczy stanowiły jabłka zakupione jako pochodzące z upraw ekologicznych oraz konwencjonalnych. Miejscem zakupu owoców w 2010 roku była Hala Targowa we Wrocławiu, natomiast w 2012 dodatkowo nabyto owoce na stoisku z żywnością ekologiczną umiejscowionym w Delikatesach T&J w Pasażu Grunwaldzkim. Miejsca te są we Wrocławiu bardzo popularne, przez cały rok można tu kupić owoce i warzywa ekologiczne oraz z upraw konwencjonalnych. Do badań w 2010 r. wybrano po 1 kg owoców odmian ‘Šampion’ i ‘Szara Reneta’ (każde w jakości ekologicznej i konwencjonalnej), w roku 2012 z obu systemów uprawy zakupić można było jedynie odmianę ‘Elise’. Dodatkowo przebadano więc także próbę jabłek [1 kg], których nazwa odmianowa nie została podana przez producenta. Owoce zostały zakupione ze względu na ciekawą formę sprzedaży – zapakowane w jednostkowe opakowanie oznaczone jako „Jabłka”, z nazwą i logiem gospodarstwa ekologicznego. W przedstawionej pracy próba ta oznaczona została jako „Eko-jabłko”. Wszystkie owoce ekologiczne oznaczone były logo Rolnictwo Ekologiczne, zgodnie z wymogami Unijnymi. Na opakowaniu owoców zakupionych na tacce znalazł się także numer jednostki certyfikującej, etykieta nie zawierała jednak oznaczenia związanego z odmianą ani podkładką. Na stoisku w Hali Targowej sprzedawca przedstawił kserokopię certyfikatu gospodarstwa dostarczającego owoce, certyfikat zawierał wszystkie niezbędne informacje, a w załączniku do certyfikatu wymienione były zakupione owoce. Załączone do owoców oznaczenia i dokumentacja sugerują, że pochodziły one z gospodarstwa poddanego kontroli Jednostki Certyfikującej zgodnie z wymogami ROZPORZĄDZENIE KOMISJI (WE) nr 889/2008 z dnia 5 września 2008 r. Owoce zakupione w obu punktach pochodziły od tego samego, krajowego dostawcy. Do analiz wybrano owoce średniej wielkości, bez uszkodzeń mechanicznych. Wykonano następujące analizy laboratoryjne: na świeżym materiale zawartości witaminy C, ekstraktu oraz jędrność, na wysuszonym materiale zawartość pierwiastków (fosforu, potasu, magnezu i wapnia) oraz suchej masy. Ocenę jędrności wykonano przy wykorzystaniu ręcznego jędrnościomierza. Badanie wykonano na każdym owoców z próby w trzech różnych miejscach, odcinając wcześniej skórkę z cienką 413 Beata Jawoszek, Marta Czaplicka-Pędzich, Adam Szewczuk warstwą miąższu. Analizę zawartości witaminy C przeprowadzono metodą Tillmansa (wg polskich standardów PN-90/A-75101/07), ekstraktu metodą refraktometryczną (ATAGA-POCTEL), suchej masy metodą wagową, po wysuszeniu próbek w 105oC (PN-90/A-75101/03). Materiał do pomiarów zawartości pierwiastków został wysuszony, zmielony, a następnie poddany analizie laboratoryjnej wykonanej metodą uniwersalną przy użyciu roztworu ekstrakcyjnego 0,03 N CH3COOH. [Nowosielski 1974]. Zawartość fosforu oznaczono metodą kolorymetryczną z metawanadem amonu, a magnezu z żółcią tytanową, natomiast potasu i wapnia metodą fotometrii płomieniowej. Otrzymane wyniki dotyczące jędrności i ekstraktu (tylko w 2010 r.), opracowano statystycznie metodą analizy wariancji. Dla oceny różnic między średnimi użyto testu t-Studenta, przyjmując poziom istotności 5%. Analizę wariancji dla wartości procentowych przeprowadzono na wartościach transformowanych według funkcji Blissa. W tabelach podano wartości nietransformowane. Dane dotyczące zawartości witaminy C i pierwiastków (P, K, Mg, Ca) porównano określając procentową zawartość danego składnika w owocach ekologicznych w stosunku do zawartości w owocach konwencjonalnych, dla których zawartość pierwiastków i witaminy C oznaczono jako 100 %. Wyniki dla „Eko-jabłka” porównano z wartościami uzyskanymi po przebadaniu odmiany ‘Elise’ z uprawy konwencjonalnej, zakupionej w 2012 roku. WYNIKI I DYSKUSJA W 2010 roku zakupiono do przeprowadzenia badań dwie odmiany, dobrze znane i cenione przez konsumentów. Natomiast w 2012 r. zarówno na stoisku owocowo-warzywnym oraz w delikatesach, miejscach popularnych i często odwiedzanych przez klientów, wybór był bardzo ograniczony, a owoce nie były nawet opisane nazwą odmiany. W przypadku wszystkich odmian, owoce pochodzące z uprawy ekologicznej, charakteryzowały się większą zawartością ekstraktu (tab.1). Najwięcej, aż 16,5 %, zaobserwowano u odmiany ‘Elise’ z uprawy ekologicznej, zebranej w 2011 roku. Zawartość suchej masy w owocach była dość zróżnicowana (tab. 1). U odmiany ‘Szara Reneta’ oraz ’Elise’ zanotowano większą jej zawartość w owocach ekologicznych. Badania Wojdyło i in. [2010] potwierdzają badania własne, wskazując na większą zawartość ekstraktu w ekologicznych owocach odmiany ‘Šampion’, jednocześnie nie zgadzając się z większą zawartością suchej masy w owocach konwencjonalnych tej odmiany. Twierdzi się, że zawartość suchej masy odzwierciedla koncentrację składników pokarmowych w owocach, tak więc może być wskaźnikiem wartości odżywczej owoców i ich wyższych walorów smakowych. Jednak skład chemiczny świeżych 414 Porównanie jakości owoców pochodzących z produkcji ekologicznej… owoców, w tym zawartość suchej masy i ekstraktu, może się zmieniać w zależności od stopnia dojrzałości czy warunków przechowywania owoców, co po części może tłumaczyć uzyskane wyniki [Kiczorowska i in. 2006]. Również w przypadku jędrności owoce ekologiczne charakteryzowały się istotnie większą wartością. Uprawa metodami ekologicznymi wpłynęła w przypadku odmiany ‘Szara Reneta’ na wzrost zawartości witaminy C w owocach o ponad 30 % w stosunku do owoców konwencjonalnych, a u odmiany ‘Šampion’ spadek zasobności o prawie 30 % (tab. 2). Wynik ten jest sprzeczny z uzyskanym przez Wojdyło i in. [2010], którzy uzyskali wzrost zawartości badanego składnika o prawie 50 %. Natomiast wyniki badań własnych w 2012 roku wykazy znaczący spadek, o ponad 50 %, zawartości witaminy C w owocach ekologicznych. W przedstawionych badaniach widać, że zawartość witaminy C w owocach odmiany jest cechą odmianową, co również przedstawione zostało w badaniach Rembiałkowskiej i in. [2006] nad jabłkami pochodzącymi z uprawy ekologicznej i konwencjonalnej. Odmiana ‘Šampion’ ‘Szara Reneta’ ‘Elise’ Eko-jabłko Rodzaj uprawy Rok badań Badana wartość Ekstrakt [%] Sucha masa [%] Jędrność 13,9 ab 15,2 2,1 b 12,5 a 19,4 1,5a 14,8 b 23,3 5,1 c konwencjonalna 13,6 a 22,7 1,9 ab ekologiczna 16,5 16,5 5,00 b 14,5 15,7 4,55 a 13,8 14,3 4,75 a ekologiczna konwencjonalna ekologiczna konwencjonalna ekologiczna 2010 2012 Tab.1. Zawartość ekstraktu , suchej masy oraz jędrność owoców pochodzących z produkcji ekologicznej i konwencjonalnej WNIOSKI • Ekologiczne owoce charakteryzowały się wyższą zawartością ekstraktu oraz większą jędrnością w porównaniu do owoców konwencjonalnych. • Uprawa ekologiczna wpłynęła za wzrost zawartości fosforu i wapnia w owocach w porównaniu do owoców pochodzących z uprawy konwencjonalnej. • Wyniki dotyczące zawartości witaminy C w owocach ekologicznych były bardzo zróżnicowane, zależały prawdopodobnie od badanej odmiany. 415 Beata Jawoszek, Marta Czaplicka-Pędzich, Adam Szewczuk Ponad 30 % wzrost zawartości witaminy C w owocach z uprawy ekologicznej w porównaniu do owoców z uprawy konwencjonalnej zaobserwowano u odmiany ‘Szara Reneta’. Badana wartość Odmiana ‘Šampion’ ‘Szara Reneta’ ‘Elise’ Rodzaj uprawy Rok badań Pierwiastki [%] P Mg Ca K Witamina C [%] 131 ↑ 117 ↑ 187 ↑ 164 ↑ 71 ↓ 100 100 100 100 100 161 ↑ 79 ↓ 125 ↑ 224 ↑ 136 ↑ konwencjonalna 100 100 100 100 100 ekologiczna 126 ↑ 95 ↓ 145 ↑ 79 ↓ 54 ↓ 100 100 100 100 100 114 ↑ 118 ↑ 150 ↑ 77 ↓ 34 ↓ ekologiczna konwencjonalna ekologiczna konwencjonalna Eko-jabłko ekologiczna 2010 2012 Tab. 2. Porównanie zawartości pierwiastków i witaminy C w owocach pochodzących z produkcji ekologicznej i konwencjonalnej LITERATURA Golka W. Wójcicki Z. 2009. Ocena działalności rozwojowych gospodarstw rodzinnych. Problemy Inżynierii Rolniczej, 1: 35-42. Kiczorowska B. Kiczorowski P. Bochniarz A. 2006. Skład chemiczny skórki i miąższu jabłek odmian Jonica i Szampion wyprodukowanych w sadach województwa lubelskiego. Acta Agrophysica, 8(2): 375-383. Komorowskia D. 2009. Rozwój produkcji i rynku żywności ekologicznej. Roczniki Naukowe SERiA, XI(3): 183-187. Kucińska K. Staroszczyk A., Brzezina N., Noras K. 2010. Szanse i ograniczenia rozwoju rolnictwa ekologicznego w województwie świętokrzyskim. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering, 55(3): 205-209. Nowosielski O. 1974. Metody oznaczania potrzeb nawożenia. Methods of Determianation Nutritional Requirements. PWRiL. Warszawa. Rembiałkowska E. Hallmann E. Rusaczonek A. 2006. Wpływ procesu pasteryzacji na zawartość związków bioaktywnych oraz potencjał antyoksydacyjny kremogenów 416 Porównanie jakości owoców pochodzących z produkcji ekologicznej… jabłkowych z produkcji ekologicznej i konwencjonalnej. Journal of Research and Applications In Agricultural Engieneering, 51(2): 144-149. Szołtysek K. Piekara A. 2010. Tendencje rozwoju rolnictwa i żywności ekologicznej na Dolnym Śląsku. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering, 55(4): 135-138. Wojdyło A. Oszmińska J. Bielicki P. 2012. Zawartość wybranych wyróżników chemicznych w owocach trzech odmian jabłoni z uprawy ekologicznej i konwencjonalnej. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering, 55(4): 173-177. Wójcicki Z. 2008. Zadania dla nauki i techniki w zakresie pozyskiwania bezpiecznej żywności. Problemy Inżynierii Rolniczej 1: 5-11. Adres do korespondencji: mgr inż. Beata Jawoszek, dr inż. Marta Czaplicka-Pędzich Katedra Ogrodnictwa Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu e-mail: [email protected] 417 Daria Kortylewska Weronika Włodarczyk EPISTEME 15/2012 s.419-426 ISSN 1895-4421 WPŁYW ŻYWYCH ŚCIÓŁEK NA STAN ODŻYWIENIA DRZEW GRUSZY THE INFLUENCE OF LIVING MULCHES ON NUTRITIONAL STATUS OF PEAR TREES Abstrakt. Zastosowanie żywych ściółek chroni glebę przed niekorzystnymi warunkami atmosferycznymi i wzbogaca ją w materię organiczną. Ponadto żyzna gleba sprzyja zaopatrzeniu drzew owocowych w składniki pokarmowe. Wiosną 2006 roku posadzono drzewa gruszy odmiany ‘Pstrągówka’, ‘Harrow Sweet’ i ‘Alfa’ na podkładce pigwa S1. W drugim roku po posadzeniu drzew, w rzędach wysiano żywą ściółkę z koniczyny białej oraz mieszankę traw - mietlicy pospolitej i kostrzewy owczej. Kontrolę stanowiły rzędy drzew, na których stosowano ugór herbicydowy. Celem doświadczenia było określenie wpływu żywych ściółek na zawartość makroelementów w liściach oraz w glebie. Sposób pielęgnacji gleby w rzędach drzew badanych odmian nie miał wpływu na zawartość magnezu i fosforu w liściach. Natomiast zanotowano zmiany zawartości magnezu w glebie w zależności od zastosowanej ściółki. Słowa kluczowe: grusza, żywa ściółka, makroelementy Summary. The use of living mulches protects the soil from inclement weather and enrich it in organic matter. Furthermore, fertile soil promotes supply of fruit trees in nutrients. In spring 2006, pear trees variety ‘Pstrągówka’, ‘Harrow Sweet’ and ‘Alfa’ on quince rootstock S1 were planted. In the second year after planting the trees, in rows were seeded: white clover and a mixture of grasses - Agrostis capillaris L. and Festuca ovina L. This combination was compared to the rows where herbicide fallow was used. The purpose of the experiment was to determine the effect of living mulches on the content of macroelements in leaves and in soil. The purpose of the experiment was to determine the effect of living mulches on the content of macroelements in leaves and in soil. Method of soil treatment in tree rows did not affect the content of magnesium and phosphorus in the leaves of studied varieties. Whereas, there was change of the magnesium content in the soil, depending on the various mulches. Key words: pear, living mulches, macroelements 419 Daria Kortylewska, Weronika Włodarczyk WSTĘP Na odżywianie roślin poza fizycznymi, chemicznymi i biologicznymi właściwościami gleby mają również istotny wpływ czynniki agrotechniczne, takie jak sposób pielęgnacji gleby w sadzie [Jarociński 2005]. W polskich sadach towarowych najczęściej w międzyrzędziach stosuje się murawę trwałą, natomiast w rzędach drzew ugór herbicydowy [Pieniążek 2000]. Jest to tani i prosty sposób pielęgnacji, pozwalający na utrzymanie gleby wolnej od chwastów [Dereń i Czaplicka 2008]. Coraz bardziej popularna staje się produkcja ekologiczna i integrowana, w której zabronione jest stosowanie chemicznych środków chwastobójczych lub też ich użycie jest mocno ograniczone [Adamczewska i in. 2009]. W związku z tym poszukuje się alternatywnych metod utrzymywania gleby w rzędach drzew. Najprostszą metodą ściółkowania w europejskich sadach jest wyrzucanie skoszonej trawy z międzyrzędzi na rzędy drzew [Mika i in. 1998]. W gospodarstwach sadowniczych, w warzywnictwie oraz typowych uprawach polowych powszechnie stosuje się okrywanie gleby roślinami, które nazywa się żywymi ściółkami [Hiltbrunner i in. 2007; Jędraszczyk i Poniedziałek 2007]. Żywe ściółki poza ograniczeniem erozji i ograniczeniem stosowania herbicydów mogę mieć korzystny wpływ na zawartość składników mineralnych w glebie [Sosna i in. 2009]. Jednak w ostatnich latach badania pokazały, że mogą one być efektywnie wykorzystywane w wielu systemach produkcji roślinnej [Paine i Harrison 1993]. Celem badań była ocena wpływu zastosowania żywych ściółek w rzędach drzew trzech odmian gruszy: ‘Harrow Sweet’, ‘Pstrągówka’ i ‘Alfa’ na zawartość makroelementów w liściach oraz odczyn oraz zawartość P, K i Mg w glebie. MATERIAŁ I METODY Doświadczenie przeprowadzono w Stacji Badawczo-Dydaktycznej – Samotwór Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. Wiosną 2006 roku posadzono drzewa trzech odmian gruszy: ‘Pstrągówka’, ‘Harrow Sweet’ i ‘Alfa’, uszlachetnionych na pigwie S1 w rozstawie 3,5 x 1,2 m (2381 drzew∙ha-1). Doświadczenie założono metodą podbloków, w trzech powtórzeniach, po cztery drzewa na poletku doświadczalnym. Od wiosny 2008 roku rozpoczęto badania z zastosowaniem żywych ściółek. W rzędach drzew wysiano nasiona koniczyny białej (Trifolium repens L.) w ilości 10 g∙m-2 oraz mieszankę traw - mietlicy pospolitej (Agrostis capillaris L.) i kostrzewy owczej (Festuca ovina L.), w ilości 10 g∙m-2. Kontrolę stanowiły rzędy drzew, gdzie stosowano ugór herbicydowy. Na początku sierpnia 2011 roku z każdego poletka pobrano losowo po 100 liści ze środkowej części jednorocznych długopędów. Dodatkowo z poszczególnych kombinacji pobrano próbki gleby osobno z warstwy próchnicznej (0-20 cm) i podornej (20-40 cm). Materiał roślinny został wysuszony i zmielony. Analizę laboratoryjną przeprowadzono metodą 420 Wpływ żywych ściółek na stan odżywienia drzew gruszy uniwersalną według Nowosielskiego. Zawartość fosforu i magnezu oznaczono metodą kolorymetryczną, natomiast potasu i wapnia metodą fotometrii płomieniowej. W uprzednio wysuszonych próbkach glebowych określono pH oraz zawartość przyswajalnych makroelementów – K, Mg i P. Metodą potencjometryczną w KCl oznaczono pH gleby, metodą Egnera-Riehma zawartość fosforu i potasu, natomiast zawartość magnezu wyznaczono w oparciu o metodą Schachtschabela. Wyniki opracowano statystycznie przy użyciu metody analizy wariancji dla losowanych podbloków. Przy ocenie istotności różnic między średnimi wykorzystano test Duncana przy poziomie istotności α=0,05. Czynnikiem A oznaczono odmiany, a czynnikiem B sposób pielęgnacji gleby w rzędach drzew. WYNIKI I DYSKUSJA Analizując wyniki badań nie wykazano istotnych różnic w zawartości magnezu w liściach dla poszczególnych sposobów pielęgnacji gleby w rzędach drzew (ryc. 1). Najwięcej tego pierwiastka było w liściach dwóch odmian: ‘Pstrągówka’ i ‘Alfa’. Porównując otrzymane wartości do liczb granicznych, zawartość magnezu w liściach była wysoka [Pieniążek 2000]. Zastosowanie mieszanki kostrzewy owczej i mietlicy pospolitej miało istotny wpływ na zawartość wapnia w liściach (ryc. 2). Również największe ilości tego pierwiastka znajdowały się w liściach odmian: ‘Pstrągówka’ i ‘Alfa’. Nie zanotowano statystycznych różnic w zawartości fosforu między odmianami, jak również zastosowanymi ściółkami (ryc. 3). W zestawieniu z liczbami granicznymi fosfor w liściach znajdował się na deficytowym poziomie [Pieniążek 2000]. Nie zaobserwowano istotnych różnic w zawartości potasu w liściach dla poszczególnych odmian (ryc. 4). Natomiast najwięcej tego makroskładnika zawierały liście pochodzące z drzew, gdzie w rzędach zastosowano ugór herbicydowy. Otrzymane wartości wskazują na optymalną zawartość potasu w liściach w oparciu o liczby graniczne [Pieniążek 2000]. Zbliżone zawartości makroskładników otrzymano w doświadczeniu Jawoszek i in. [2010]. Ryc. 1. Wpływ zastosowania żywych ściółek na zawartość magnezu w liściach trzech odmian gruszy. NIR0,05 dla B nieistotny, NIR0,05 dla AxB nieistotny 421 Daria Kortylewska, Weronika Włodarczyk Ryc. 2. Wpływ zastosowania żywych ściółek na zawartość wapnia w liściach trzech odmian gruszy. NIR0,05 dla AxB nieistotny Ryc. 3. Wpływ zastosowania żywych ściółek na zawartość fosforu w liściach trzech odmian gruszy. Brak różnic statystycznych Ryc. 4. Wpływ zastosowania żywych ściółek na zawartość potasu w liściach trzech odmian gruszy. NIR0,05 dla A nieistotny 422 Wpływ żywych ściółek na stan odżywienia drzew gruszy Zawartość przyswajalnych makroskładników w glebie nie zależała od odmiany. Wykonując analizę statystyczną nie zanotowano różnic istotnych w zawartości potasu w glebie dla poszczególnych odmian i sposobów utrzymania gleby w rzędach drzew (tab.1). Ilość tego pierwiastka była na wysokim poziomie w obu badanych warstwach. Rodzaj zastosowanej ściółki miał istotny wpływ na zawartość fosforu w warstwie gleby 20-40 cm (tab.2). Najwięcej przyswajalnych form fosforu było w rzędach, gdzie rosła koniczyna biała. Zobserwowano statystyczne różnice w zawartości magnezu w obu warstwach gleby w zależności od sposobu utrzymania gleby (tab. 3). Zawartość magnezu była najwyższa w glebie gdzie stosowano chemiczne środki chwastobójcze. W oparciu o liczby graniczne zawartość badanych makroskładników w glebie była na wysokim poziomie. Wykonana analiza gleby nie wykazała większego zróżnicowania pod względem pH (tab. 4). Gleba pobrana z różnych ściółek odznaczała się kwaśnym odczynem. Według Jarocińskiego [2005], kwaśny odczyn gleby może być przyczyną niedoboru niektórych pierwiastków, takich jak wapń, magnez, fosfor, molibden, bądź nadmiaru jonów glinu, manganu i żelaza. Kwaśny odczyn gleb mógł mieć wpływ na deficytową zawartość fosforu w liściach badanych odmian gruszy, przy jednoczesnym wysokim poziomie tego składnika w glebie [Jarociński 2005]. Kombinacja Poziom [cm] K [mg·100g-1gleby] Pstrągówka 0-20 20-40 Alfa 0-20 20-40 Harrow Sweet 0-20 20-40 Średnia 0-20 20-40 ugór herbicydowy 25,40 18,54 23,17 19,84 26,14 24,42 24,90 20,93 koniczyna biała 34,54 22,22 19,17 15,11 26,25 20,75 26,65 19,36 kostrzewa owcza + mietlica pospolita 25,89 18,82 25,40 19,17 25,40 18,96 25,56 18,98 Średnia 28,61 19,86 22,58 18,04 25,93 21,38 25,71 19,76 n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. NIR0,05 dla A NIR0,05 dla B NIR0,05 dla AxB Tab. 1 Wpływ zastosowania żywych ściółek w rzędach badanych odmian grusz na zawartość potasu w glebie 423 Daria Kortylewska, Weronika Włodarczyk Kombinacja Poziom [cm] P [mg·100g-1gleby] Pstrągówka 0-20 20-40 Alfa 0-20 Harrow Sweet 20-40 0-20 20-40 Średnia 0-20 20-40 ugór herbicydowy 3,86 2,75 4,83 3,07 5,69 2,87 4,79 2,90 koniczyna biała 5,33 4,89 4,65 2,38 4,20 2,81 4,73 3,36 kostrzewa owcza + mietlica pospolita 3,84 2,61 4,10 2,41 3,89 2,29 3,94 2,44 Średnia 4,34 3,42 4,53 2,62 4,59 2,66 4,49 2,90 n.i. n.i. n.i. n.i. 0,62 1,34 NIR0,05 dla A NIR0,05 dla B NIR0,05 dla AxB Tab. 2. Wpływ zastosowania żywych ściółek w rzędach badanych odmian grusz na zawartość fosforu w glebie Kombinacja Mg [mg·100g-1gleby] Pstrągówka Alfa Harrow Sweet Średnia Poziom [cm] 0-20 20-40 0-20 20-40 0-20 20-40 0-20 20-40 ugór herbicydowy 15,69 14,99 17,13 18,47 18,69 20,10 17,17 17,85 koniczyna biała 16,13 15,91 15,18 14,17 11,29 12,32 14,20 14,13 kostrzewa owcza + mietlica pospolita 12,71 12,66 12,98 13,72 14,67 15,43 13,45 13,94 Średnia 14,84 14,52 15,10 15,45 14,88 15,95 14,94 15,31 NIR0,05 dla A NIR0,05 dla B NIR0,05 dla AxB n.i. 2,15 4,20 n.i. 2,37 n.i. Tab. 3. Wpływ zastosowania żywych ściółek w rzędach badanych odmian grusz na zawartość magnezu w glebie Kombinacja pH (KCl) Pstrągówka Alfa Harrow Sweet Średnia Poziom [cm] 0-20 20-40 0-20 20-40 0-20 20-40 0-20 20-40 ugór herbicydowy 4,34 4,69 4,39 4,54 4,61 4,57 4,45 4,60 koniczyna biała 5,04 4,58 4,67 4,25 4,98 4,50 4,90 4,44 kostrzewa owcza + mietlica pospolita 4,92 4,74 5,32 4,96 4,96 4,68 5,07 4,79 Średnia 4,77 4,67 4,79 4,58 4,85 4,58 4,80 4,61 Tab. 4. Wpływ zastosowania żywych ściółek w rzędach badanych odmian grusz na pH gleby 424 Wpływ żywych ściółek na stan odżywienia drzew gruszy WNIOSKI • Sposób pielęgnacji gleby w rzędach drzew badanych odmian nie miał wpływu na zawartość magnezu i fosforu w liściach. • Zastosowanie mieszanki traw kostrzewy owczej i mietlicy pospolitej wpłynęło na zwiększenie zawartości wapnia w liściach trzech badanych odmian gruszy. • Żywe ściółki nie miały wpływu na zawartość potasu w liściach odmian ‘Pstrągówka’, ‘Alfa’ i ‘Harrow Sweet’. • Wysianie w rzędach koniczyny białej spowodowało wzrost zawartości przyswajalnego fosforu w glebie. • Nie zauważono znacznych różnic w zawartości magnezu w glebie w porównaniu do rodzaju zastosowanej żywej ściółki. Najwięcej tego pierwiastka znajdowało sie w glebie pobranej z pasów gdzie stosowano ugór herbicydowy. • Kwaśny odczyn mógł mieć wpływ na gorsze pobieranie fosforu przez drzewa gruszy mimo jego wysokiej zawartości w glebie. LITERATURA Adamczewska-Sowińska K. Kołota E. Winiarska S. 2009. Living mulches in field cultivation of vegetables. Vegetable Crops Research Bulletin, Vol. 70: 19-29. Dereń D. Czaplicka M. 2008. Ekonomiczne efekty ściółkowania gleby w rzędach drzew jabłoni. Wielokierunkowość Badań w Rolnictwie i Leśnictwie. Wydawnictwo Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie, 2: 141-146. Hiltbrunner J. Streit B. Liedgens M. 2007. Are seeding an opportunity to increase grain yield of winter wheat in a living mulch or white clover? Field Crops Research, 102: 163−171. Jarociński B.Z. 2005. Ocena zasobności gleb użytkowanych sadowniczo w niezbędne składniki mineralne. Zeszyty Naukowe IsiK - Skierniewice, 13: 17-28. Jawoszek B. Czaplicka M. Kortylewska D. 2010. Ocena wpływu zastosowania żywych ściółek na zawartość makroskładników w owocach i liściach gruszy ‘Pstrągówka’. Wielokierunkowość Badań w Rolnictwie i Leśnictwie, Monografia UR Kraków, 481-487. Jędraszczyk E., Poniedziałek M. 2007. The impact of the living mulch on plant growth and select features of sweet corn yield. Folia Horticulturae, 19 (1): 3−13. 425 Daria Kortylewska, Weronika Włodarczyk Mika A. Krzewińska D. Olszewski T. 1998. Effects of mulches, herbicides and cultivation as orchard groundcover management systems in young apple orchard. Journal of Fruit and Ornamental Plant Research, Vol. VI, No. 1: 1-13. Paine L.K. Harrison H. 1993. The historical roots of living mulch and related practices. HortTechnology, 3: 137-143. Pieniążek S. 2000. Sadownictwo. PWRiL, Warszawa. Sosna I. Licznar-Małańczuk M. Czaplicka M. 2009. Wstępna ocena wpływu żywych ściółek na wzrost i owocowanie drzew jabłoni i gruszy. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 536: 197-203. Adres do korespondencji: mgr inż. Daria Kortylewska Katedra Ogrodnictwa Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu e-mail: [email protected] mgr inż. Weronika Włodarczyk Katedra Żywienia Roślin Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu e-mail: [email protected] Opiekun naukowy: dr hab. Ireneusz Sosna, prof. nadzw. Zadanie współfinansowane przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 426 Magdalena Krygier EPISTEME 15/2012 s.427-435 ISSN 1895-4421 ŻYCICA TRWAŁA I KONICZYNA BIAŁA JAKO ŻYWE ŚCIÓŁKI W UPRAWIE POLOWEJ OBERŻYNY PERENNIAL RYEGRASS AND WHITE CLOVER AS A LIVING MULCHES IN THE FIELD CULTIVATION OF EGGPLANT Abstrakt. W Polsce podejmowane są próby uprawy oberżyny (Solanum melongena L.) w warunkach polowych. Roślina ta jest ciepłolubna, a zastosowanie w jej uprawie żywych ściółek pomaga ustabilizować temperaturę gleby, zmniejszyć parowanie wody i ograniczyć zachwaszczenie. Jednocześnie jednak jako rośliny konkurencyjne żywe ściółki wpływają na plonowanie oberżyny. Na podstawie prowadzonego w latach 2010-2011 doświadczenia polowego, oceniono wielkość i wartość biologiczną plonu oberżyny, uprawianej współrzędnie z życicą trwałą (Lolium perenne L.) i koniczyną białą (Trifolium repens L.). Wykazano, że największy plon oberżyny w roku 2010 (15,46 t·ha-1) uzyskano w uprawie z koniczyną białą, wysianą 3 tygodnie po sadzeniu oberżyny w pole, bez koszenia, natomiast w roku 2011 (18,12 t·ha-1), gdy życicę trwałą wysiewano w dniu sadzenia rozsady i nie koszono jej. Wartość odżywcza kształtowała się następująco: średnia zawartość Ca wyniosła 0,21%, K 4,11%, Mg 0,29%, P 0,32%, N-NO3 108,43 kg·100 g-1ś.m., wit. C 4,20 mg·100 g-1ś.m., cukrów ogółem 2,24% i suchej masy 7,49%. Słowa kluczowe: oberżyna, życica trwała, koniczyna biała, żywe ściółki, uprawa polowa Summary. In Poland, attempts of cultivation of eggplant (Solanum melongena L.) under field conditions. This plant is thermophilic, and use in the cultivation of living mulches helps stabilize the temperature of the soil, reduce evaporation of water and reduce weeds. At the same time as competing live plant litter affect the yield of eggplant. On the basis of carried out in 2010-2011 a field experiment, assessed the size and value of the biological yield in eggplants grown coordinate with perennial ryegrass and white clover. Comparison was also made on the basis of the nutritional value of chemical analysis of fruit. The results were subjected to statistical analysis using Tukey’s test at significance level α = 0.05. It was shown that the highest yield of eggplant in the year 2010 (15.46 t·ha-1) was collected in the cultivation of white clover, sown 3 weeks after planting eggplant in the field, without cutting, and in 2011 (18.12 t·ha-1) when perennial ryegrass was sown on planting seedlings, no mowing. Nutritional value was as follows: the average Ca content was 0.21%, K 4.11%, Mg 0.29%, P 0.32%, NO3 108.43 mg·100g-1f.m., Wit. C 4.20 mg·100g-1f.m., total sugars 2.24% and 7.49% dry weight. Key words: eggplant, perennial ryegrass, white clover, living mulches, field cultivation 427 Magdalena Krygier WSTĘP Oberżyna ma owoce w postaci mięsistej jagody, o barwie najczęściej ciemnofioletowej. Na jakość owoców wpływają: sposób uprawy, warunki klimatyczne i warunki przechowywania. W trakcie dojrzewania można zaobserwować wzrost zawartości cukrów i witaminy C, natomiast podczas przechowywania ich spadek [Gajewski i in. 2006]. 100 g owoców zawiera między innymi: 4% węglowodanów, 1,4% białka, 0,3% tłuszczu, 1,3% błonnika, 18 mg Ca, 16 mg Mg, 47 mg P, 0,9 mg Fe, 3 mg Na, 2 mg K, 44 mg S, 52 mg Cl, 124 I.U. witaminy A, 0,4 mg tiaminy, 0,11 mg ryboflawiny, 0,74 µg ß-karotenu i 12 mg witaminy C [Lawande i Chavan 1998]. Prócz tego zawierają składniki szczególnie cenne dla zdrowia, jak antocyjany, fitosterole i kwasy fenolowe. Są niskokaloryczne, ponieważ 100 g owoców to zaledwie 100 kJ [Kowalski i in. 2003]. W obrębie tego gatunku wyróżnia się wiele odmian. Ich owoce wykazują zróżnicowanie w zakresie wartości odżywczej [Daunay i in. 1993]. Rośliny poszczególnych odmian różnią się także odpornością na niskie temperatury, zasolenie gleby, szkodniki i choroby [Praasterink 2003]. Najwięcej oberżyny uprawia się w Indiach, Bangladeszu, Pakistanie, Chinach, Japonii, Filipinach, Egipcie, Francji, we Włoszech i Stanach Zjednoczonych [www.fao.org]. Z roku na rok lista środków chemicznych jakie można stosować do zwalczania chorób, szkodników i chwastów jest coraz krótsza. Z tego względu rośnie zainteresowanie ekologicznymi metodami ochrony roślin. Jedną z metod zmniejszania zachwaszczenia jest uprawa żywych ściółek wraz z rośliną uprawną. Dodatkowo ściółki te chronią glebę przed erozją wodną i wietrzną, a po zakończeniu wegetacji rośliny uprawnej mogą stanowić zielony nawóz na przyoranie [Adamczewska-Sowińska 2003]. Bardzo ważne przy tego rodzaju uprawie współrzędnej są: dobór terminu siewu i sposób utrzymania ściółki, aby nie stanowiła ona konkurencji dla warzyw. Można ograniczyć ekspansję żywego mulczu przez koszenie, a ewentualny spadek plonu głównego zrekompensować przez ograniczenie nawożenia, korzystając z substancji mineralnych i organicznych zawartych w ściółkach [Winiarska i Kołota 2004]. Kolejnymi zaletami są oszczędność energii i mniejsza zawartość azotanów w glebie, a co za tym idzie również w roślinach przeznaczonych na spożycie [Kostuch i Gąsiorek 1994]. Ponad to przyoranie niektórych gatunków roślin okrywowych powoduje wzrost ilości mikroorganizmów glebowych będących antagonistami dla mikroorganizmów patogenicznych [Pięta i Kęsik 2008]. 428 Życica trwała i koniczyna biała jako żywe ściółki… MATERIAŁ I METODY W latach 2010-2011 w Stacji Badawczo-Dydaktycznej Roślin Warzywnych i Ozdobnych Katedry Ogrodnictwa UP we Wrocławiu przeprowadzono dwuczynnikowe doświadczenie polowe, metodą losowanych podbloków w trzech powtórzeniach. Pierwszym czynnikiem było porównanie oddziaływania na oberżynę gatunków żywych ściółek: życicy trwałej i koniczyna białej, zaś drugim czynnikiem był termin siewu i sposób utrzymania ściółek, polegający na koszeniu oraz zastosowaniu herbicydu. Doświadczenie założono na czarnej ziemi silnie zdegradowanej, klasy III a, o pH 7,8-8,3; zasoleniu 98-213 µs·cm-3, zawartości: Ca 2300-4100 mg, Mg 104128 mg, P 30-154,5 mg, K 70-110 mg i azotanów 4,5-48 mg·dm3. Niedobory składników pokarmowych uzupełniono saletrą amonową (150 kg·ha-1), superfosfatem potrójnym (60 kg·ha-1) i siarczanem potasu (60 kg·ha-1). Nawozy zostały wysiane 4 maja. Nasiona oberżyny, odmiany Epic F1 wysiano w warunkach szklarniowych do napełnionych substratem torfowym skrzynek o wymiarach 30 x 40 cm w trzeciej dekadzie marca. Po rozwinięciu się liścieni siewki zostały przepikowane do doniczek o średnicy 12 cm, z substratem torfowym. Do momentu hartowania roślin, czyli przeniesienia rozsady do zimnego tunelu foliowego pod koniec kwietnia, rozsada była dwukrotnie zasilana nawozem płynnym Florovit o stężeniu 0,2%. Rozsada oberżyny została posadzona 27 maja w rozstawie 50 x 60 cm, na poletkach o wymiarach 2 x 2 m. Nasiona żywych ściółek zostały wysiane w 20 cm pasach między rzędami oberżyny w trzech terminach: 3 tygodnie przed sadzeniem oberżyny, w dniu sadzenia oberżyny i 3 tygodnie po jej posadzeniu. Życica trwała (odmiany Więcławski) i koniczyna biała (odmiany Grasslands Huia) zostały wysiane w ilości po 50 kg·ha-1. W okresach niedoboru wody rośliny podlewano. Jednorazowa dawka polewowa wynosiła 20 mm. Zabieg podlewania wykonano 4 razy w ciągu całego okresu wegetacji. Na wybranych poletkach rozwój ściółek był ograniczany poprzez przycinanie (3 razy w ciągu sezonu wegetacyjnego) lub zastosowanie herbicydu (Glifosat w ilości 4l·ha-1) . Od 6 lipca do 14 września prowadzone były zbiory owoców oberżyny. Określono wielkość plonu handlowego, jak również jego jakość, przeprowadzając analizy chemiczne owoców, obejmujące zawartość: suchej masy – metodą wagową, witaminy C – metodą miareczkową, N-NO3 – metodą potencjometryczną, cukrów ogółem – metodą Lane-Eynona oraz w suchej masie: P i Mg – metodą kolorymetryczną, a K i Ca − metodą fotometrii płomieniowe j. Wyniki poddano analizie statystycznej używając testu Tukey’a dla poziomu istotności α = 0,05. Średnia roczna temp. w latach 2010-2011 wynosiła 9,16°C, natomiast w okresie wegetacji średnia temp. wyniosła 17,5°C. Średnia suma opadów w latach 2010-2011 wyniosła 686,2 mm, natomiast w okresie wegetacji 66,22 mm. 429 Magdalena Krygier WYNIKI I DYSKUSJA Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono istotną różnicę, wynoszącą średnio 2,9 t·ha-1 między plonem owoców oberżyny uzyskanym w ciągu dwóch lat badań (tab. 1). Nie wykazano istotnego wpływu gatunku badanych żywych ściółek na wielkość tego plonu. Udowodniono natomiast, że opóźnienie wysiewu żywych ściółek do terminu sadzenia oberżyny bez ich koszenia oraz po trzech tygodniach od momentu jej posadzenia spowodowało istotny wzrost plonu owoców, średnio o 60%. Koszenie żywych ściółek lub ograniczenie ich wzrostu przez zastosowanie oprysku herbicydem nie przyniosło spodziewanego wzrostu plonu owoców oberżyny. Na podstawie uzyskanych wyników, można również zauważyć, że największy plon owoców w roku 2010 zebrano w uprawie z koniczyną białą wysiewaną 3 tygodnie po sadzeniu oberżyny w pole, wyniósł on 15,46 t·ha-1. Natomiast w roku 2011 największy plon, wynoszący 18,12 t·ha-1, zebrano z poletek z życicą trwałą, wysianą w dniu sadzenia rozsady. W obu przypadkach ściółki nie były koszone. Wyniki doświadczenia Adamczewskiej-Sowińskiej i in. (2009). wskazują na wzrost plonu papryki w uprawie współrzędnej z koniczyną białą o 27,6%, a z życicą trwałą o 12,4% w porównaniu z uprawą jednorodną. Jędrszczyk i Poniedziałek [2003] wykazały 24,5% spadek wielkości plonu kapusty głowiastej białej uprawianej z koniczyną białą w porównaniu do kontroli odchwaszczanej. Jednak wyższe spadki plonu zaobserwowały po użyciu ściółek z kostrzewy i wyki, nawet do 34,1%. W uprawie pomidora gruntowego Adamczewska-Sowińska i Kołota [2007] uzyskali najwyższe plony uzyskano z poletek obsianych seradelą siewną i życicą trwałą (49,55 t·ha-1). Wyniki analizy statystycznej dotyczącej wartości biologicznej owoców oberżyny wykazały istotne zmniejszenie zawartości w nich wapnia wówczas, gdy oberżyna uprawiana była łącznie z żywymi ściółkami (tab.2). Stwierdzono również wyraźne zmniejszenie ilości fosforu w owocach, nie potwierdzono jednak tego statystycznie. Największą średnią ilość wapnia zanotowano w owocach pochodzących z obiektów, na których żywe ściółki wysiewano 3 tygodnie przed sadzeniem rozsady z herbicydem (0,22%). Z kolei najwyższą średnią ilość fosforu stwierdzono w owocach z obiektów, na których żywe ściółki wysiewano w dniu sadzenia rozsady, z koszeniem (0,37%). W uprawie współrzędnej zawartość wit. C była istotnie większa (średnio o 14,8%), niż bez żywych ściółek. Natomiast średnia zawartość suchej masy w owocach roślin uprawianych z żywymi ściółkami wysiewanymi w trzech badanych terminach była istotnie mniejsza niż w uprawie jednorodnej. Wyjątek pod tym względem stanowiły owoce oberżyny pochodzące z obiektów, gdzie żywe ściółki wysiewano 3 tygodnie przed sadzeniem rozsady i dodatkowo je koszono. Stwierdzona w nich średnia zawartość suchej masy (8,23%) była identyczna jak w owocach obiektów kontrolowanych. Niewielka obniżka 430 Życica trwała i koniczyna biała jako żywe ściółki… ilości cukrów ogółem oraz azotanów pod wpływem uprawy z żywymi ściółkami nie została udowodniona statystycznie. Gatunek żywej ściółki nie wpłynął istotnie różnicująco na zawartość składników w owocach oberżyny. Zauważono jednak, że w owocach pochodzących z uprawy z koniczyną białą było średnio więcej wapnia, magnezu, fosforu, cukrów ogółem i suchej masy. Według Franczuk i in. [2009] większy wpływ na wartość odżywczą cebuli i kapusty czerwonej wywarły warunki pogodowe niż gatunek zastosowanej ściółki. Niemniej jednak stwierdzono wzrost zawartości suchej masy w kapuście i cebuli przy ściółkowaniu facelią i owsem, wzrost zawartości białka w kapuście, w uprawie z seradelą i wyką oraz wzrost zawartości witaminy C zarówno w cebuli jak i w kapuście przy ściółce z seradeli. WNIOSKI • Na wielkość plonu oberżyny miały wpływ: warunki pogodowe, termin siewu i sposób utrzymania żywej ściółki . • Największy średni plon handlowy owoców (15,48 t·ha-1) zebrano w obiektach, w których żywe ściółki wysiewano w terminie sadzenia oberżyny oraz ich nie koszono. • Gatunek żywej ściółki rosnącej łącznie z oberżyną nie wpływał istotnie na wartość biologiczną jej owoców. 431 NIRα=0,05 dla: - gatunku żywej ściółki (I) - terminu siewu i sposobu utrzymania żywej ściółki (II) - interakcji (I x II) - lat średnia 11,47 8,48 11,64 15,48 15,35 13,08 13,48 koniczyna biała 12,12 8,64 10,95 15,68 12,52 15,14 15,55 13,20 16,85 12,96 życica trwała 10,83 8,31 12,33 15,27 15,56 14,80 14,43 średnia 15,02 9,83 13,09 17,78 12,90 17,43 14,82 14,52 14,65 14,50 15,49 koniczyna biała 10,45 14,52 życica trwała 15,52 9,20 13,27 18,12 16,30 15,08 16,32 średnia 7,92 7,13 10,19 13,17 15,13 11,35 11,46 koniczyna biała 6,83 9,00 13,92 10,38 15,46 14,79 średnia kontrola 9,71 życica trwała 6,13 7,42 11,38 3 tygodnie po sadzeniu rozsady, bez koszenia 11,31 w dniu sadzenia rozsady, z koszeniem średnia dla lat 2010-2011 2011 11,40 w dniu sadzenia rozsady, bez koszenia 12,42 3 tygodnie przed sadzeniem rozsady, bez koszenia 3 tygodnie przed sadzeniem rozsady z koszeniem 3 tygodnie przed sadzeniem rozsady z herbicydem 2010 12,54 Termin siewu i sposób utrzymania żywej ściółki Magdalena Krygier 15,68 n. i. n. i. n. i. 3,09 n. i. n. i. n. i . 2,70 n. i 2,31 - Tab. 1. Wpływ terminu siewu i sposobu utrzymania żywych ściółek oraz ich gatunku na wielkość plonu handlowego owoców oberżyny, w latach 2010-2011 (t·ha-1) 432 średnia 0,24 0,27 0,28 0,30 0,29 0,33 0,31 0,31 0,29 0,29 0,39 NIRα=0,05 dla: gatunku żywej ściółki (I) n. i. terminu siewu i sposobu utrzymania żywej ściółki (II) 0,13 interakcji (I x II) n. i. 4,04 n. i. n. i. n. i. 0,28 n. i. 0, 01 0,02 0,33 0,32 0,32 0,27 0,29 0,27 0,31 koniczyna biała 0,26 0,30 0,32 0,32 3,96 4,11 kontrola 0,40 0,35 0,32 0,23 4,16 średnia 4,10 0,32 życica trwała 0,21 0,25 3,99 4,21 3,76 0,26 4,13 0,29 średnia 0,24 0,30 3,80 4,03 3 tygodnie po sadzeniu rozsady, bez koszenia 0,14 0,32 koniczyna biała 0,27 0,33 4,19 4,39 0,37 0,21 0,32 życica trwała 0,21 0,27 0,20 0,18 0,44 0,17 0,33 średnia 4,14 4,03 0,24 0,21 0,30 0,24 4,42 koniczyna biała 4,18 3,96 0,16 0,16 4,54 życica trwała 4,11 4,09 P 0,12 4,30 średnia 0,18 0,19 koniczyna biała 0,22 0,24 życica trwała 0,13 Mg 0,18 w dniu sadzenia rozsady, bez koszenia w dniu sadzenia rozsady, z koszeniem 0,22 3 tygodnie przed sadzeniem rozsady z herbicydem 0,23 3 tygodnie przed sadzeniem rozsady z koszeniem 0,13 3 tygodnie przed sadzeniem rozsady, bez koszenia K Ca 0,21 Termin siewu i sposób utrzymania żywej ściółki Życica trwała i koniczyna biała jako żywe ściółki… 0,45 n. i. n. i. n. i. Tab. 2. Wpływ terminu siewu i sposobu utrzymania żywych ściółek oraz ich gatunku na zawartość Ca, K, Mg i P w owocach oberżyny, średnie dla lat 2010-2011 (%). 433 kontrola 131,19 NIRα=0,05 dla: - gatunku żywej ściółki (I) - terminu siewu i sposobu utrzymania żywej ściółki (II) - interakcji (I x II) 3,66 2,32 średnia 7,49 7,03 7,58 7,28 6,73 8,23 7,35 koniczyna biała 6,96 8,24 6,71 7,18 8,41 7,57 7,61 życica trwała 7,73 8,22 6,75 7,39 6,48 7,36 6,75 średnia 2,23 2,22 2,30 2,18 2,09 2,24 2,33 koniczyna biała 2,36 2,33 2,24 2,17 1,96 2,35 sucha masa (%) 2,24 życica trwała 2,10 2,11 2,36 2,19 2,23 2,23 2,32 średnia 4,21 3,94 4,58 4,75 3,95 4,20 4,33 koniczyna biała 4,21 4,15 4,80 4,62 3,90 4,08 cukry ogółem (%) 4,20 życica trwała 4,22 3,73 4,35 4,87 3,99 4,20 4,58 średnia 104,70 105,06 126,57 103,91 91,65 95,94 koniczyna biała 89,97 68,99 150,03 96,71 118,36 108,43 96,47 średnia 86,83 życica trwała 119,43 141,13 3 tygodnie po sadzeniu rozsady, bez koszenia 110,85 w dniu sadzenia rozsady, z koszeniem 106,01 w dniu sadzenia rozsady, bez koszenia 103,11 3 tygodnie przed sadzeniem rozsady z herbicydem 111,12 3 tygodnie przed sadzeniem rozsady, bez koszenia 3 tygodnie przed sadzeniem rozsady z koszeniem N-NO3 (kg·100 g-1 witamina C ś. m.) (mg·100 g-1 ś.m.) 73,52 Termin siewu i sposób utrzymania żywej ściółki Magdalena Krygier 8,23 n. i. n. i. n. i. n. i. n. i. 59,50 0,40 n. i. n. i. n. i. 0,71 1,32 Tab. 3. Wpływ terminu siewu i sposobu utrzymania żywych ściółek oraz ich gatunku na zawartość N-NO3, witaminy C, cukrów ogółem i suchej masy w owocach oberżyny, średnie z lat 2010-2011 434 Życica trwała i koniczyna biała jako żywe ściółki… LITERATURA Adamczewska-Sowińska K. 2003. Wartość nawozowa żywych ściółek zastosowanych w uprawie papryki. Folia Horticulturae, Kraków, (1): 413-415. Adamczewska-Sowińska K. Kołota E. 2007. Żywe ściółki w uprawie pomidora. Roczniki Akademii Rolniczej w Poznaniu, CCCLXXXIII: 411-415. Adamczewska-Sowińska K. Kołota E. Winiarska S. 2009. Living mulches in field cultivation of vegetables. Vegetable Crops Research Bulletin, Skierniewcice, (70): 19-20. Daunay M. C. Chaput M. H. Sihachakr D. Allot M. Vedel F. Ducreux G. 1993. Production and characterization of fertile somatic hybrids of eggplant (Solanum melongena L.) with Solanum aethiopicum L. Theoretical and Applied Genetics, 85: 841-850. Franczuk J. Jabłońska-Ceglarek R. Zaniewicz-Bajkowska A. Kosterna E. Rosa R. 2009. The effect of plant mulches of the nutritive value of red cabbage and onion. Vegetable Crops Research Bulletin, Skierniewice: 125-134. Gajewski M. Arasimowicz D. Gajewska M. 2006. Wpływ stadium dojrzałości oraz przechowywania na zawartość antocyjanów i parametry barwy skórki w owocach oberżyny (Solanum melongena L.). Annales Universitatis Mariae CurieSkłodowska Lublin Polonia, XVI: 31-37 Jędrszczyk E. Poniedziałek M. 2003. Wpływ żywych ściółek na plonowanie kapusty głowiastej białej, zachwaszczenie oraz zawartość materii organicznej w glebie. Folia Horticulturae, Kraków, (1): 416-418. Kostuch R. Gąsiorek S. 1994. Wykorzystanie koniczyny białej jako czynnika plonotwórczego. Acta Agraria et Silvestria, Kraków, XXXII: 47-57. Kowalski R. Kowalska G. Wierciński J. 2003. Chemical composition of fruits of three ‘eggplant’ (Solanum melongena L.) cultivars. Folia Horticulturae, Kraków, (15/2): 89-95. Lawande K. E. Chavan J. K. 1998. Handbook of vegetable science and technology. Eggplant (Brinjal), New York: 225-244. Pięta D. Kęsik T. 2008. The influence of after-crop plant mulch and onion cultivation on microorganism composition in soil. Acta Scientarum Polonorum, Hortorum Cultus, Bydgoszcz, 7(3): 65-75. Praasterink M. F. 2003. Eggplant integrated pest management. An ecological guide. FAO Inter-Country Programme for Integrated Pest Management In Vegetables in South and Southeast Asia, Bangkok: 2-182. Winiarska S. Kołota E. 2004. Przydatność wybranych gatunków roślin jako żywych ściółek w uprawie pora oraz ocena ich wartości nawozowej. Roczniki Akademii Rolniczej w Poznaniu CCCLVI: 225-232. www.fao.org 435 Adres do korespondencji: Magdalena Krygier Katedra Ogrodnictwa Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu pl. Grunwaldzki 24a, 50-363 Wrocław e-mail: [email protected] Opiekun naukowy: dr hab. Katarzyna Adamczewska-Sowińska, prof. nadzw. Ewa Muszyńska Ewa Hanus-Fajerska EPISTEME 15/2012 s.437-444 ISSN 1895-4421 OCENA MOŻLIWOŚCI OTRZYMANIA SIEWEK PLESZCZOTKI GÓRSKIEJ W WARUNKACH IN VITRO EVALUATION OF THE POSSIBILITIES OF BISCUTELLA LAEVIGATA SEEDLING OBTAINING IN IN VITRO CONDITIONS Abstrakt: Niekorzystne zmiany ekologiczne zachodzące w otaczającym nas świecie w wyniku działalności różnych gałęzi przemysłu, stwarzają konieczność opracowania skutecznych metod rekultywacji terenów zdegradowanych chemicznie. Obecnie, promuje się działania, mające na celu przywrócenie zniekształconym obszarom biologicznie czynnej powierzchni oraz walorów krajobrazowych. Przedmiotem prezentowanej pracy była ocena możliwości otrzymania w warunkach in vitro siewek pleszczotki górkiej (Biscutella laevigata L.) z rodziny Brassicaceae, reprezentującej florę galmanową Olkuskiego Rejonu Rudnego. Stwierdzono, iż termin pozyskania materiału siewnego, warunki kiełkowania nasion i wzrostu siewek, wpływają na efektywność uprawy tego gatunku o szczególnych predyspozycjach do wykorzystania w procesie rekultywacji i remediacji skażeń środowiska metalami ciężkimi. Slowa kluczowe: kiełkowanie, wzrost siewki, in vitro, fitoremediacja, rekultywacja Summary: Unfavourable ecological changes taking place as a result of the different industrial activities, create the necessity of developing effective methods for reclamation of chemically degraded areas. Currently, in destroyed areas the restoration of biologically active surfaces and landscapes are being promoted. For this reason, it was evaluated the possibility of obtaining in vitro seedlings of Biscutella laevigata L. from the Brassicaceae family, representing calamine flora of the Olkusz Ore – District. It was found that the term of seeds collection, conditions of their germination and seedlings growth influenced the efficiency of Biscutella laevigata cultivation, the species which is used during the reclamation and remediation of environmental contamination with heavy metals. Key words: germination, seedling growth, in vitro, phytoremediation, reclamation 437 Ewa Muszyńska, Ewa Hanus-Fajerska WSTĘP W obliczu problemu skażenia środowiska naturalnego metalami ciężkimi, poszukuje się skutecznych sposobów zapobiegania rozprzestrzenianiu się zanieczyszczeń w ekosystemach i rekultywacji terenów zdegradowanych chemicznie. Coraz więcej uwagi poświęca się metodom alternatywnym, które wykorzystują żywe organizmy, takie jak bakterie, glony, grzyby oraz rośliny, do usuwania lub detoksykacji zanieczyszczeń występujących w środowisku [Siwek 2008]. Szczególnie istotne są zabiegi określane mianem fitoremediacji, które polegają na zastosowaniu roślin wyższych zdolnych do wzrostu w skażonym siedlisku w celu usunięcia substancji toksycznych [Ghosh i Singh 2005, Marecik i in. 2006]. Spośród wielu technologii fitoremediacji, największe znaczenie podczas oczyszczania podłoży skażonych metalami ciężkimi mają fitoekstrakcja i fitostabilizacja. Pierwsza z tych metod, wykorzystuje naturalną zdolność roślin, zwanych hiperakumulatorami, do gromadzenia w różnych organach wysokich stężeń toksycznych pierwiastków [Gwóźdź i Kopyra 2003, Shah i Nongkynrih 2007]. Do gatunków akumulujących metale ciężkie należy między innymi Biscutella laevigata, która gromadzi jony metali w organach podziemnych, w liściach oraz pędach [Godzik 1991, Szarek-Łukaszewska i Niklińska 2002, Pielichowska i Wierzbicka 2004]. Kolejna metoda to fitostabilizacja, umożliwiająca ograniczenie przemieszczania się toksycznych jonów w głąb profilu glebowego i migracji do wód gruntowych [Ghosh i Singh 2005, Gruca-Królikowska i Wacławek 2006, Marecik i in. 2006]. Równocześnie, technologia ta zaliczana jest do biologicznych metod utrwalania podłoża zwałowisk i innych terenów poprzemysłowych [Dwucet i in. 1992, Krzaklewski 2001, Jabeen i in. 2009]. Zastosowanie gatunków lokalnie występujących w procesie odnowy terenów zdegradowanych, może zatem w znaczący sposób przyczynić się do obniżenia toksyczności metali ciężkich w podłożu oraz przyspieszenia procesu tworzenia zwartej pokrywy roślinnej na obszarach zanieczyszczonych. Tematyka prezentowanej pracy dotyczyła oceny możliwości rozmnażania generatywnego pleszczotki górskiej (Biscutella laevigata L.), którą można wykorzystać w celu fitoekstrakcji oraz fitostabilizacji podłoży zanieczyszczonych ołowiem i kadmem. MATERIAŁ I METODY Materiał roślinny stanowiły nasiona Biscutella laevigata pozyskane z osobników porastających hałdę na terenie Olkuskiego Rejonu Rudnego. Począwszy od 23 maja 2010 roku, zbiór nasion przeprowadzono trzykrotnie w odstępach dwutygodniowych. Następnie, po 10 odkażonych powierzchniowo nasion z 3 terminów zbioru wyłożono na pożywkę MS [Murashige i Skoog 1962]. 438 Ocena możliwości otrzymania siewek pleszczotki górskiej… Kultury prowadzono w pomieszczeniu o temperaturze powietrza 20-24°C i fotoperiodzie 16h/8h (dzień/noc), przy świetle białym. Doświadczenie powtórzono dwukrotnie, wysiewając nasiona 30 sierpnia i 7 września 2010. Oceniono (1) zdolność kiełkowania nasion, zliczając co dwa dni ilość wytworzonych siewek, a także (2) tempo wzrostu i rozwoju siewek, mierząc trzykrotnie co pięć dni długość i szerokość liścieni. Wyniki badań uzyskane w warunkach in vitro porównano z rezultatami otrzymanymi dla materiału kontrolnego, który stanowiły nasiona wysiane w warunkach szklarniowych do doniczek wypełnionych podłożem, przygotowanym poprzez zmieszanie piasku i ziemi ogrodniczej w stosunku 1:3. Dodatkowo, w badaniach uwzględniono obserwacje wzrostu i rozwoju siewek otrzymanych na podłożu galmanowym, na którym występowały populacje pleszczotki w warunkach naturalnych. Wyniki opracowano statystycznie z wykorzystaniem jednoczynnikowej analizy wariancji ANOVA w układzie losowym. Do określania istotności różnic między średnimi wyznaczono grupy jednorodne przy użyciu testu a posteriori Fishera na poziomie istotności α < 0,05. WYNIKI Obserwacje kiełkujących nasion rozpoczęto po pięciu dniach od momentu założenia kultury, zliczając co dwa dni ilość wytworzonych siewek. Ocenę zakończono po trzech tygodniach, kiedy liczba kiełkujących nasion nie zmieniała się istotnie. Zaobserwowana zdolność kiełkowania nasion w warunkach in vitro wynosiła 70%, z kolei pod osłonami średnia wartość tego parametru nie przekroczyła 15% (Tab.1). warunki wzrostu termin zbioru nasion 23.05. 13.06 27.06. SIEW 30.08.2010 In vivo - ziemia ogrodnicza - - 13% In vitro - pożywka MS - - 60% SIEW 7.09.2010 In vivo – ziemia ogrodnicza - - 10% In vitro - pożywka MS - - 70% Tab. 1 Kiełkowanie prób nasion Biscutella laevigata zbieranych 23.05., 13.06. oraz 27.06. w zależności od terminu siewu i warunków wzrostu siewek Zarówno w szklarni jak i w warunkach in vitro zauważono, iż termin zbioru nasion wpływa na zdolność ich kiełkowania. Jedynie z nasion pozyskanych w najpóźniejszym terminie, tj. 27 czerwca, otrzymano siewki zdolne do dalszego rozwoju, podczas gdy nasiona zbierane 23 maja i 13 czerwca nie skiełkowały wcale (Tab.1). 439 Ewa Muszyńska, Ewa Hanus-Fajerska Pierwsze siewki w warunkach in vitro uzyskano 4 dni wcześniej niż w uprawie pod osłonami, jednakże dalsze tempo ich wzrostu było wolniejsze w porównaniu do siewek rozwijających się w warunkach szklarniowych. W celu oceny wzrostu siewek wykonano pomiary długości i szerokości liścieni w piętnastym, dwudziestym i dwudziestym piątym dniu doświadczenia (Wykr.1A i B). Najszybciej i najlepiej rosły siewki na ziemi ogrodniczej, osiągając po 25 dniach od momentu założenia doświadczenia liścienie długości około 25 milimetrów i szerokości około 10 milimetrów (Wykr.1A). Nieistotne statystycznie różnice, w odniesieniu do wzrostu siewek na ziemi ogrodniczej w stosunku do siewek uzyskanych na podłożu o podwyższonej zawartości metali ciężkich, zaobserwowano jedynie podczas ostatniego pomiaru. Najsłabszy wzrost wykazywały siewki w warunkach in vitro, dorastając jedynie do około połowy maksymalnych rozmiarów siewek uzyskanych na podłożu galmanowym (Wykr.1A i 1B). długość max siewki długość [mm] 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 1 2 termin pomiaru ziemia ogrodnicza podłoże galmanowe 3 pożywka szerokość max liścieni szerokość [mm] 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 1 2 3 termin pomiaru ziemia ogrodnicza podłoże galmanowe pożywka Wyk. 1. Ocena wzrostu siewek uzyskanych w warunkach szklarniowych oraz in vitro w trzech terminach: 15-tym (1), 20-tym (2) i 25-tym (3) dniu doświadczenia 440 Ocena możliwości otrzymania siewek pleszczotki górskiej… DYSKUSJA I WNIOSKI Znaczenie roślinności w zagospodarowaniu i odnowie terenów silnie zdegradowanych przez działalność przemysłu jest bezsporne. Wytypowanie taksonów o szczególnych predyspozycjach do wzrostu i rozwoju na terenach zniszczonych chemicznie, może okazać się niezwykle pomocne nie tylko w procesie rekultywacji, ale także remediacji. A zatem, opracowanie skutecznych metod uzyskania materiału roślinnego, którego zadaniem jest podniesienie walorów przyrodniczych i krajobrazowych zdegradowanego terenu, może skutecznie wspomagać stosowane dotąd metody odbudowy siedlisk zniszczonych wielowiekową działalnością człowieka. Nowoczesna produkcja roślinna nie może istnieć bez materiału siewnego wysokiej jakości. Podstawową cechą charakteryzującą jakość tego materiału jest żywotność nasion, określana między innymi za pomocą testów opartych na ich zdolności kiełkowania [Dorywalski i in. 1964; Rochalska i OrzeszkoRywka 2004]. Zaobserwowana wysoka zdolność kiełkowania nasion pleszczotki górskiej w warunkach in vitro, a także wcześniejsze o kilka dni w porównaniu do uprawy pod osłonami pojawienie się siewek na pożywce, wynikają z optymalnych dla przebiegu tego procesu warunków panujących w fitotronie. Nasiona większości roślin są fotoblastyczne, tzn. że zdolność ich kiełkowania zależy od warunków świetlnych, które w przypadku fotoblastii dodatniej zwiększają szybkość kiełkowania i liczbę ostatecznie uzyskanych siewek. Innym abiotycznym czynnikiem środowiska warunkującym kiełkowanie nasion jest optymalna dla przebiegu tego procesu temperatura, która dla roślin klimatu umiarkowanego mieści się w zakresie 15 – 25°C [Kopcewicz i Lewak 2005]. Brak zdolności kiełkowania nasion, które zostały zebrane 23 maja i 13 czerwca 2010 roku, wskazuje na niską jakość pozyskanego w tym terminie materiału siewnego. Proces dojrzewania nasion w znacznym stopniu zależy od warunków zewnętrznych, takich jak temperatura, nasłonecznienie, ilość i rozkład opadów [Rochalska i Orzeszko-Rywka 2004]. Ze względu na intensywne i długotrwałe opady deszczu pojawiające się w połowie 2010 roku, najprawdopodobniej materiał siewny został wówczas zebrany przed osiągnięciem dojrzałości fizjologicznej. Często gatunki populacji hałdowych cechuje zmniejszenie rozmiarów organów, co wielu badaczy uważa za konsekwencję wysokich kosztów energetycznych poniesionych na wytworzenie mechanizmów adaptacyjnych do trudnych warunków siedliskowych [Ernst i in. 1992; Wierzbicka 2002; Wierzbicka i Rostański 2002; Przedpełska i Wierzbicka 2007]. W przypadku przeprowadzonych badań, przebieg wzrostu i rozwoju siewek uprawianych w podłożu galmanowym okazał się słabszy w porównaniu do uprawy w ziemi ogrodniczej. Najprawdopodobniej, zmniejszenie powierzchni liścieni wynikało 441 Ewa Muszyńska, Ewa Hanus-Fajerska z deficytu wody; z kolei mało intensywny wzrost siewek w warunkach in vitro mógł być efektem zastosowania pożywki optymalnej dla procesu kiełkowania, ale nie wystarczającej do dalszego rozwoju, gdyż warunki oceny doświadczenia nie umożliwiały przeprowadzenia pasażu na świeżą pożywkę. Dobór gatunków roślin zdolnych do wykształcenia mechanizmów przystosowawczych i zrealizowania pełnego cyklu życiowego, może efektywnie wspomagać stosowane dotąd metody rekultywacji terenów zdegradowanych. Siew nasion pleszczotki górskiej może okazać się skuteczną i łatwą metodą uzyskania materiału roślinnego w warunkach aseptycznych, który po rozmnożeniu klonalnym in vitro może następnie zostać wykorzystany w technikach rekultywacji przyrodniczej i remediacji skażeń środowiska [Hanus-Fajerska 2011]. Metodyka uzyskiwania rozmnażanych w warunkach in vitro roślin jest w trakcie optymalizacji. Należy jednak pamiętać, aby materiał siewny pozyskiwać po osiągnięciu przez nasiona pełnej dojrzałości fizjologicznej. Ponadto, zaobserwowano, iż kiełkowanie nasion lepiej przebiega w warunkach in vitro niż w podłożu kontrolnym. W warunkach doświadczenia dla dalszego wzrostu i rozwoju siewek bardziej optymalna okazała się uprawa szklarniowa. W kolejnych etapach zostanie podjęta ocena rozwoju roślin zarówno w warunkach in vitro na odpowiednio dobranych pożywkach, jak i pod osłonami - w podłożu galmanowym i w ziemi ogrodniczej. LITERATURA Dorywalski J. Wojciechowicz M. Bartz J. 1964. Metodyka oceny nasion. Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne. Warszawa. Dwucet K. Krajewski W., Wach J. 1992. Rekultywacja i rewaloryzacja środowiska przyrodniczego. Skrypty Uniwersytetu Śląskiego nr 478. Katowice. Ernst W. H. O. J. A. C. Verkleij H. Schat 1992. Metal tolerance in plants. Acta Botanica Neerlandica. 41: 229 – 248. Ghosh M. Singh S.P. 2005. A review on phytoremediation of heavy metals and utilization of its byproducts. Applied Ecology and Environmental Research. 3/1: 1-18. Godzik B. 1991. Accumulation of heavy metals in Biscutella laevigata (Cruciferae) as a function of their concentration in substrate. Polish Botanical Studies. 2: 241 – 246. Gruca-Królikowska S. Wacławek W. 2006. Metale w środowisku. Część II. Wpływ metali ciężkich na rośliny. Chemia – Dydaktyka - Ekologia – Metrologia. 1/2: 41 – 56. 442 Ocena możliwości otrzymania siewek pleszczotki górskiej… Gwóźdź E. A. Kopyra M. 2003. Reakcje komórek roślinnych na metale ciężkie – aspekty biotechnologiczne. Biotechnologia. 3: 107 – 123. Hanus-Fajerska E. 2011. Opracowanie metodyki mikrorozmnażania wybranych metalofitów w celu remediacji podłoży zanieczyszczonych kadmem, ołowiem i cynkiem. Zeszyty Naukowe UR w Krakowie. Rozprawy. Zeszyt 348. Jabeen R. Ahmad A. Iqbal M. 2009. Phytoremediation of heavy metals: physiological and molecular mechanisms. Botanical Revievs. 75: 339 – 364. Kopcewicz J. Lewak S. 2005. Fizjologia roślin. PWN. Warszawa. Krzaklewski W. 2001. Rekultywacja obszarów pogórniczych i poprzemysłowych. Aura. 9: 20 – 23. Marecik R. Króliczak P. Cyplik P. 2006. Fitoremediacja – alternatywa dla tradycyjnych metod oczyszczania środowiska. Biotechnologia. 3 (74): 88 – 97. Murashige T. Skoog F. 1962. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue culture. Physiol. Plant. 15: 473 – 479. Pielichowska M. Wierzbicka M. 2004. Uptake and localization of cadmium by Biscutella laevigata, a cadmium hyperacumulator. Acta Biologica Cracoviensia Series Botanica. 46: 57 - 63. Przedpełska E. Wierzbicka M. 2007. Arabidopsis arenosa (Brassicaceae) from lead – zinc waste heap in southern Poland – a plant with high tolerance to heavy metals. Plant and Soil 299: 43 – 53. Rochalska M. Orzeszko-Rywka A. 2004. Przewodnik do ćwiczeń z nasiennictwa. Wydawnictwo SGGW. Warszawa. Shah K. Nongkynrih J.M. 2007. Metal hyperaccumulation and bioremediation. Biologia Plantarum 51/4: 618-634. Siwek M. 2008. Biologiczne sposoby oczyszczania środowiska – fitoremediacja. Wiadomości Botaniczne. 52: 23 – 28. Szarek–Łukaszewska G. Niklińska M. 2002. Concetration of alkaline and heavy metals in Biscutella laevigata L. and Plantago lanceolata L. growing on calamine spoils (S. Poland). Acta Biologica Cracoviensia Series Botanica. 44: 29 – 38. Wierzbicka M. 2002. Przystosowania roślin do wzrostu na hałdach cynkowo– ołowiowych okolic Olkusza. Kosmos. 51: 139 – 150. Wierzbicka M. Rostański A. 2002. Microevolutionary changes in ecotypes of calamine waste heap vegetation near Olkusz Poland: a review. Acta Biologica Cracoviensia Series Botanica. 44: 7 – 19. 443 Ewa Muszyńska, Ewa Hanus-Fajerska Adres do korespondencji: mgr inż. Ewa Muszyńska, dr hab. Ewa Hanus-Fajerska Katedra Botaniki i Fizjologii Roślin, Wydział Ogrodniczy Uniwersytet Rolniczy w Krakowie al. 29 Listopada 54, 31-425 Kraków e-mail: [email protected] Opiekun naukowy: dr hab. Ewa Hanus-Fajerska 444 Zofia Nizioł – Łukaszewska Jan Skrzyński Małgorzata Leja Izabela Zawiska EPISTEME 15/2012 s.445-451 ISSN 1895-4421 PORÓWNANIE KILKU ODMIAN CZEREŚNI I WIŚNI UPRAWIANYCH W MAŁOPOLSCE POD WZGLĘDEM ZAWARTOŚCI ZWIĄZKÓW FENOLOWYCH COMPARISON OF FEW VARIETIES OF CHERRY AND SOUR CHERRY CULTIVATED IN MALOPOLSKA REGION IN RESPECT OF THEIR PHENOLIC CONTENT Abstrakt. W 2008 roku w Sadowniczej Stacji Doświadczalnej Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie przeprowadzono doświadczenia mające na celu określenie zawartości związków fenolowych w owocach ośmiu wybranych odmian czereśni (Prunus avium L.) i trzech wiśni (Prunus cerasus L.). Analiza chemiczna związków fenolowych oparta została na pomiarze absorpcji światła o zróżnicowanych długościach fali i pozwoliła na rozdział związków fenolowych na fenylopropanoidy, flawonole i antocyjany. Doświadczenie jednoznacznie wykazało, że owoce wiśni zawierają większe zawartości związków fenolowych niż owoce czereśni. Spośród odmian wiśni największą zawartością sumy fenoli, kwasu kawowego, kwercetyny i cyjanidyny charakteryzowała się odmiana ‘Nefris’. Porównywalny poziom tych związków określono również dla dwóch starych odmian czereśni: ‘Lotki Trzebnickiej’ i ‘Merton Premier’. Sołowa kluczowe: czereśnie, wiśnie, związki fenolowe Summary. In 2008 at the Agricultural University in Kraków field experiments with eight varieties of cherry (Prunus avium L.) and three of sour cherry (Prunus cerasus L.) was carried out to determine their total antioxidant activity and phenolic content. Chemical analyses were based on spectral measurements with various weave length which allowed to separate phenolic compounds on phenylopropanoides, flawonoides and anthocyanins. Experiment clearly showed that sour cherries contain higher amounts of phenolic compounds than cherries. As for sour cherries the highest content of total phenolic, caffeic acid, quercetin and cyanidyn was obtained in ‘Nefris’ variety. Comparable amount of these compounds was also determinate for two old varieties of cherries: ‘Lotka Trzebnicka’ and ‘Merton Premier’. Key words: sweet cherry, sour cherry, total phenolic 445 Zofia Nizioł – Łukaszewska, Jan Skrzyński, Małgorzata Leja, Izabela Zawiska WSTĘP Spożycie warzyw i owoców wzrasta w znaczący sposób, nie tylko ze względu na ich coraz bogatsze walory smakowe, ale także z powodu znakomitych wartości zdrowotnych [Lipecki i Libik 2003]. Wzrastające zagrożenie społeczeństwa chorobami cywilizacyjnymi powoduje, że jednym z priorytetów współczesnego ogrodnictwa jest poznawanie gatunków i odmian warzyw i owoców o największej zawartości związków chemicznych istotnych żywieniowo i niezbędnych dla ludzkiego organizmu. W związku z tym na rynkach rolniczych coraz większą popularnością cieszą się gatunki o wysokiej wartości dietetycznej i zdrowotnej. Do takich związków zaliczyć można antyoksydanty, wspomagające system ochronny organizmu przed wolnymi rodnikami. Prowadzone na całym świecie badania naukowe wykazały, że spożywanie warzyw i owoców zawierających duże ilości antyoksydantów redukuje ryzyko zachorowania na nowotwory, cukrzycę oraz choroby układu sercowo-naczyniowego [Ferretti i in. 2010]. Utrzymanie równowagi między ilością wolnych rodników a neutralizujących je antyoksydantów ma podstawowe znaczenie dla zachowania zdrowia i ochrony przed chorobami [Ziemlański i Wartanowicz 1999, Grajka 2007]. W ciągu ostatnich lat nieustannie wzrasta zainteresowanie grupą naturalnych antyoksydantów pochodzenia roślinnego, do której zalicza się flawonoidy. Źródłem tych związków są przede wszystkim owoce, warzywa, orzechy, nasiona, przyprawy, a także popularne używki tj: herbata, kakao czy wino, dzięki czemu stanowią one codzienny element diety przeciętnego człowieka. Flawonoidy będące związkami o właściwościach farmakologicznych, działaniu przeciwzapalnym, przeciwalergicznym, przeciwwirusowym i przeciwkancerogennym wpływają na wiele procesów fizjologicznych [Ziemlański i Wartanowicz 1999, Cao i in. 2001]. Wśród flawonoidów najbardziej rozpowszechnioną grupą związków są flawonole, których najważniejszymi przedstawicielami są kwercetyna i kampferol. Występują one w bardzo niskich stężeniach od 15 do 30 mg ∙ kg-1 świeżej masy. Najbogatszym źródłem flawonoli jest cebula, jarmuż, por, brokuły, borówki, czerwone wino i herbata [Manach i in. 2004]. Innymi związkami dostarczanymi organizmowi wraz z dietą bogatą w owoce i warzywa oraz mającymi kluczowe znaczenie dla zdrowia człowieka są antocyjany będące grupą naturalnych fenoli. W większości są to barwniki nadające barwę od różowej, czerwonej po niebieską a nawet fioletowo-czarną owocom, częściom użytkowym warzyw i kwiatom. Najpopularniejszym przedstawicielem tej grupy jest cyjanidyno-3-rutynozyd, który jest związkiem o silnych właściwościach antyoksydacyjnych [Manach i in. 2004, Feng i in. 2007]. Celem pracy było porównanie i określenie zawartości związków fenolowych ośmiu odmian czereśni (Prunus avium L.) i trzech wiśni (Prunus cerasus L.). rosnących w jednakowych warunkach atmosferycznych i glebowych. 446 Porównanie kilku odmian czereśni i wiśni uprawianych w Małopolsce… MATERIAŁ I METODY Doświadczenie wykonano w 2008 roku wykorzystując do określenia zdolności antyoksydacyjnej owoce ośmiu odmian czereśni i trzech odmian wiśni zebranych w sadzie znajdującym się na terenie Stacji Doświadczalnej Uniwersytetu Rolniczego w Garlicy Murowanej koło Krakowa. W sadzie prowadzona jest wielkotowarowa produkcja owoców i objęty jest on ochroną zgodną z Terminarzem Ochrony Sadów. Czereśnie i wiśnie zebrano latem 2008 roku we właściwym terminie fizjologicznej dojrzałości dla każdej odmiany. W doświadczeniu wykorzystano następujące odmiany czereśni: ‘Burlat’, ‘Johanna 1’, Johanna 2’, ‘Lotka Trzebnicka’, ‘Merton Premier’, Regina’, ‘Summit’, ‘Sylwia’, oraz wiśni ‘Łutówka’, ‘Nefris’, ‘Northstar’. Z zebranego materiału roślinnego przygotowano próby reprezentatywne, które rozdrobniono i poddano mrożeniu. Następnie 2.5 g materiału roślinnego roztarto w moździerzu z 10 cm³ 80% metanolu, przeniesiono do probówek wirówkowych i odwirowano przy 4500 obrotach na minutę w schłodzonej wirówce. Supernatant przecedzono przez filtry do cylindra miarowego i uzupełniono 80% metanolem do objętości 10 cm³. Do 0,25 cm³ ekstraktu dodano 0,25 cm³ 0,1% HCl w 96% etanolu i 4,5 cm³ 2% HCl. Związki fenolowe oznaczono metodą spektrofotometryczną, która oparta jest na pomiarze absorpcji światła przez składniki fenolowe, których zróżnicowane maksima absorpcji pozwalają na ich rozdział na fenylopropanoidy, flawonole i antocyjany. Absorpcję odczytano przy czterech długościach fal: 280 nm – suma fenoli, 320 nm – fenylopropanoidy przeliczone na kwas kawowy, 360 nm – flawonole przeliczone na kwercetyne, 520 nm – antocyjany przeliczone na cyjanidyne [Fukumoto i Mazza 2000]. Uzyskane wyniki podano jednoczynnikowej analizie wariancji w układzie niezależnym. Oznaczenia istotności zróżnicowania danych prowadzono oparciu o test Duncan’a. Najwyższą istotną różnicę (NIR) ustalono na poziomie istotności p = 0,05. Obliczenia statystyczne przeprowadzono przy użyciu programu Statistica 9.0. WYNIKI I DYSKUSJA Badania dotyczące zawartości sumy fenoli w owocach czereśni i wiśni jednoznacznie wskazują, że wiśnie mają większą zdolność do kumulowania tych związków w owocach. Spowodowane to jest większą koncentracją antocyjanów oraz kwasu hydroksycynamowego. W badaniach wykonanych 447 Zofia Nizioł – Łukaszewska, Jan Skrzyński, Małgorzata Leja, Izabela Zawiska przez Kim i in. (2005) wykazano, że suma fenoli w owocach wiśni wynosiła od 146,1 do 312,4 (mg ∙ 100 g-1 ś. m.), a czereśni od 92,1 do 146,8 (mg ∙ 100 g-1 ś. m.). Otrzymano także zbliżone wyniki zawartości sumy fenoli oraz antocyjanów dla odmian czereśni ‘Burlat’, ‘Summit’ i ‘Sylvia’ oraz dla wiśni odmiany ‘Northstar’. Podobne tendencje zaobserwowano w niniejszym doświadczeniu (Tab. 1). Wykazano większą zawartość sumy fenoli w owocach wiśni, która mieściła się w przedziale od 308,6 do 448,2 (mg ∙ 100 g-1 ś. m.), podczas gdy suma fenoli w owocach czereśni była średnio dwa razy niższa. W swoich doświadczeniach Serrano i in. (2009) wykazali, że zawartość sumy fenoli w owocach czereśni wzrastała wraz ze stopniem dojrzewania i w fazie pełnej dojrzałości osiągnęła wartość od 80 do 220 (mg ∙ 100 g-1 ś. m.). Jak stwierdzili Mattila i in. (2006) największą zawartością kwasów fenolowych charakteryzują się ciemne śliwki, czereśnie, owoce cytrusowe oraz kilka odmian jabłek (ok. 30 mg ∙ 100 g-1 ś. m.). Autorzy wskazują, że spośród kwasów fenolowych dominującym kwasem występującym w owocach czereśni jest kwas kawowy - jego zawartość w owocach czereśni wynosi 17,4 mg ∙ 100 g-1 ś. m. Przedstawione w niniejszym doświadczeniu wyniki pozwoliły stwierdzić, że największą koncentracją fenylopropanoidów przeliczonych na kwas kawowy charakteryzowały się owoce czereśni odmiany ‘Merton Premier’ (50,6 mg ∙ 100 g-1 ś. m.) i ‘Lotka Trzebnicka’ (46,3 mg ∙ 100 g-1 ś. m.), w przypadku wiśni istotnie największą koncentrację tych związków wykazano w owocach zebranych z odmiany ‘Nefris’. W owocach wiśni średnia koncentracja kwasu kawowego była o 14% mniejsza od stwierdzonego największego poziomu tych związków w owocach czereśni (Tab. 2). Harnly i in. (2006) donoszą, że czereśnie zawierają 2,8 mg ∙ 100 g-1 ś. m. kwercetyny, natomiast Gonzáles-Gómez i in. (2010) wykazali, że zawartość kwercetyny w owocach czereśni mieści się w granicy od 1,8 do 5,5 mg ∙ 100 g-1 ś. m. w zależności od badanej odmiany. W prezentowanym doświadczeniu zawartość kwercetyny w owocach zarówno czereśni jak i wiśni była znacznie większa, co najprawdopodobniej związane jest z różnymi odmianami oraz ze zróżnicowanymi warunkami klimatycznymi w jakich przeprowadzano oba doświadczenia. Stwierdzono, że wzrost zawartości sumy antocyjanów jest dodatnio skorelowany z zawartością sumy fenoli, co może wskazywać na to, że antocyjany stanowią główny składnik związków fenolowych w czereśniach. Potwierdzona została tym samym prawidłowość wcześniej opisana przez Serrano i in.(2009). W owocach czereśni za pigmentację odpowiada cyjanidyna, której zawartość różni się w zależności od odmiany i warunków uprawy. Harmly i in. (2006) podają, że zawartość cyjanidyny w owocach czereśni wynosi 31 mg ∙ 100 g-1 ś. m. Natomiast Horrbowicz i in.(2008) w swoich doświadczeniach wykazali, że w owocach czereśni zawartość antocyjanów mieści się w granicach pomiędzy 350 a 450 mg ∙ 100 g-1 ś. m. W wyniku przeprowadzonych analiz stwierdzono, że zawartość antocyjanów dla wiśni zależnie od odmiany wynosiła od 49 do 109 mg ∙ 100 g-1 ś. m. oraz dla czereśni od 20 do 149 mg ∙ 100 g-1 ś. m. 448 Porównanie kilku odmian czereśni i wiśni uprawianych w Małopolsce… Odmiana czereśni suma fenoli [mg ∙ 100 g-1 ś. m.] Burlat 136,5 b kwas kawowy kwercetyna [mg ∙ 100 g-1 [mg ∙ 100 g-1 ś. m.] ś. m.] 18,9 b 16,4 b cyjanidyna [mg ∙ 100 g-1 ś. m.] 36,5 b Johana 1 228,7 c 33,9 c 23,7 c 82,6 d Johana 2 207,8 c 33,2 c 21,7 c 71,7 cd Lotka Trzebnicka 371,5 d 46,3 d 40,9 d 149,6 e Merton Premier 376,5 d 50,6 e 42,7 d 144,7 e Regina 229,8 c 36,6 c 22,5 c 64,0 c Summit 103,7 a 21,4 b 11,2 a 20,0 a Sylwia 102,5 a 14,8 a 12,3 a 26,9 ab Tab. 1. Zawartość sumy fenoli, kwasu kawowego, kwercetyny i cyjanidyny w owocach ośmiu odmian czereśni w 2008 roku Odmiana wiśni suma fenoli [mg ∙ 100 g-1 ś. m.] kwas kawowy [mg ∙ 100 g-1 ś. m.] kwercetyna [mg ∙ 100 g-1 ś. m.] cyjanidyna [mg ∙ 100 g-1 ś. m.] Łutówka 308,6 a 34,6 a 24,8 a 49,7 a North Star 314,6 a 41,6 b 30,9 b 74,3 b Nefris 448,2 b 56,8 c 35,8 c 109,7 c Tab. 2. Zawartość sumy fenoli, kwasu kawowego, kwercetyny i cyjanidyny w owocach trzech odmian wiśni w 2008 roku WNIOSKI • Owoce wiśni charakteryzują się większą zdolnością do kumulowania sumy fenoli od owoców czereśni. • Występują istotne różnice w zawartościach związków fenolowych pomiędzy odmianami. • Spośród czereśni najwyższą zawartością związków prozdrowotnych charakteryzują się stare odmiany – ‘Lotka Trzebnicka’ i ‘Merton Premier’. • Spośród wiśni najwyższą zawartością związków fenolowych wyróżnia się odmiana ‘Nefris’. 449 Zofia Nizioł – Łukaszewska, Jan Skrzyński, Małgorzata Leja, Izabela Zawiska LITERATURA Cao Y., Cao R., Bråkenhielm E. 2002. Antiangiogenic mechanisms of diet-derived polyphenols. J. Nutri. Biochem. 13: 380-390. Feng R., Ni H-M., Tourkova I.L., Shurin M.R., Harada H., Yin X-M. 2007. Cyanidin3-rutinoside, a natural polyphenol antioxidant, selectively kills leukemic cells by induction of oxidative stress. J. Biol. Chem. 282 (18), 13468-13476. Ferretti G., Bacchetti T., Belleggia A., Neri D. 2010. Cherry Antioxidants: From Farm to Table. Molecules 15: 6993-7005 Fukumoto L., Mazza G. 2000. Assessing antioxidant and prooxidant activieties of phenolic compounds. J. Agric. Food Chem. 48 (8): 3597-3604. Gonzáles-Gómez D., Lozano m., Fernández-León M.F., Bernalte M.J., Ayuso M.C., Rodríguez A.B. 2010. Sweet cherry phytochemicals: Identification and characterization by HPLC-DAD/ESI-MS in six sweet cherry cultivars grown in Valle del Jerte (Spain). Journal of Food Composition and Analysis 53(6): 533-539. Grajka W. 2007. Przeciwutleniacze w żywności. Aspekty zdrowotne, technologiczne, molekularne I analityczne. WNT. Warszawa. Harnly J.M., Doherty R., Beecher G.R., Holden J.M., Haytowitz D.B., Bhagwat S. 2006. Flawonoid content of U.S. fruits, vegetables and nuts. J. Agric. Food Chem. 54: 9966-9977. Horbowicz M., Kosson R., Grzesiuk A., Dębski H. 2008. Anthocyanins of fruits and vegetables – their occurrence, analysis and role in human nutrition. Vegetable Crops Research Bulletin 68: 5 – 22. Kim D.O., Heo H.J, Kim Y.J., Yang H.S., Lee C.Y. 2005. Sweet and sour cherry phenolics and their protecive effects on neuronal cells. J. Agric. Food Chem. 53 (26): 9921-9927. Lipecki J., Libik A. 2003. Niektóre składniki warzyw i owoców o wysokiej wartości biologicznej. Folia Hortic. Supl., 1, 16-22, 2003. Manach C., Scalbert A., Morand C., Rémésy C., Jiménez L. 2004. Polyphenols: food sources and bioavailability. Am. J. Clin. Nutr. 79: 727-747 Mittila P., Hellström J., Törrönen R. 2006. Phenolic acids in berries, fruit and beverages. J. Agric. Food Chem. 54: 7193-7199. Serrano M., Díaz-Mula H.M., Zapata P.J., Castillo S., Giillén F., Martínez-Romero D., Valverde J.M., Valero D. 2009. Maturity stage at harvest determines the fruit quality and antioxidant potential after storage of sweet cherry cultivars. J. Agric. Food Chem.. 57(8), 3240-6. Ziemlański Ś., Wartanowicz M. 1999. Rola antyoksydantów żywieniowych w stanie zdrowia i choroby. Pediatria Współczesna. Gastroenterologia. Hepatologia i Żywienie Dziecka 1, 2/3, 97-105. 450 Porównanie kilku odmian czereśni i wiśni uprawianych w Małopolsce… Adres do korespondencji: mgr inż. Zofia Nizioł – Łukaszewska*, dr hab. Jan Skrzyński, prof. UR** mgr inż. Małgorzata Leja**, mgr inż. Izabela Zawiska* *Katedra Roślin Warzywnych i Zielarskich ** Katedra Sadownictwa i Pszczelnictwa Uniwersytet Rolniczy w Krakowie e-mail: [email protected] Opiekun naukowy: dr hab. Jan Skrzyński, prof. UR 451 Roksana Rakoczy Sylwester Smoleń EPISTEME 15/2012 s. 453-460 ISSN 1895-4421 WSTĘPNA OCENA WPŁYWU DOKARMIANIA DOLISTNEGO JODEM I SELENEM NA WIELKOŚĆ, JAKOŚĆ BIOLOGICZNĄ PLONU ORAZ EFEKTYWNOŚĆ BIOFORTYFIKACJI ROŚLIN SAŁATY W JOD I SELEN THE EFFECT OF FOLIAR BIOFORTIFICATION ON YIELD, EFFECTIVENESS OF IODINE AND SELENIUM BIOFORTIFICATION AND NUTRITIONAL VALUE OF LETTUCE Abstrakt. Celem pracy było określenie wpływu dokarmiania dolistnego sałaty siewnej (Lactuca sativa L., cv ‘Melodion’) jodem i selenem na wielkość, jakość biologiczną plonu i efektywność biofortyfikacji roślin w te pierwiastki. Doświadczenie wegetacyjne z hydroponiczną uprawą sałaty obejmowało obiekty z dolistną aplikacją I i Se w formie chemicznej: 1). kontrola – oprysk roślin wodą destylowaną, 2). I-, 3). I-+SeO42-, 4). I-+SeO32-, 5). IO3-, 6). IO3-+SeO42-, 7). IO3-+SeO32-. Jod i selen aplikowano trzykrotnie w formie KI, KIO3, Na2SeO4, Na2SeO3, stosując w przeliczeniu na czysty składnik: 0,5% I i 0,05% Se z zachowaniem 0,4 dm3∙m-2 dawki cieczy roboczej. Zastosowanie w dokarmianiu dolistnym I i Se w stosunkowo dużych stężeniach spowodowało spadek plonowania oraz zwiększenie zawartości tych dwóch mikroelementów w główkach sałaty. Badania wykazały statystycznie istotny wpływ dokarmiania dolistnego I i Se na zawartość związków fenolowych, aminokwasów, cukrów oraz azotanów (V) i jonów amonowych w sałacie. Słowa kluczowe: sałata, biofortyfikacja, jod, selen, plon Summary. The aim of the study was to evaluate the effect of foliar biofortification of iodine and selenium on yield, effectiveness of iodine and selenium biofortification and nutritional value of lettuce (Lactuca sativa L., cv ‘Melodion’) Vegetation experiments with lettuce cultivation included following combinations with foliar application with iodine and selenium applied in diverse chemical forms: 1). Control (without iodine and selenium application), 2) I-, 3). I- +SeO42-, 4). I-+SeO32-, 5). IO3-, 6). IO3-+SeO42-, 7). IO3-+SeO32-. Both elements were applied three times in the form KI, KIO3, Na2SeO4, Na2SeO3 in dose of 0,4 dm3∙m-2 Concentration of iodine was 0,5% and selenium 0,05%. The use of high concentration of iodine resulted in low level of yield and increased content of I and Se in the heads of lettuce Foliar biofortification of I and Se had significant influence on the content of phenolic compounds, amino acids, sugars, and nitrates (V) and ammonium ions in lettuce. Key words: lettuce, biofortification, iodine, selenium, yield 453 Roksana Rakoczy, Sylwester Smoleń WSTĘP Biofortyfikacja roślin jest jedną z metod zwiększania zawartości składników mineralnych w częściach konsumpcyjnych plonu roślin. Jod i selen są niezbędne do prawidłowego rozwoju i funkcjonowania ludzi i zwierząt. Ocenia się, że około 30% ludności świata cierpi na niedobór jodu, a 15% na niedobór selenu [White i Broadley, 2008]. Jod jest składnikiem hormonów tarczycy, które regulują szlaki metaboliczne. Ma również decydujący wpływ na prawidłowy rozwój mózgu w okresie prenatalnym i niemowlęcym. Niska podaż selenu może zwiększać ryzyko wystąpienia chorób układu krążenia, niektórych nowotworów, a także chorobę Kaschin-Beck [Zhu i in., 2003]. W celu poprawienia stopnia odżywienia ludzi w jod w wielu krajach na świecie wprowadzony został obowiązek jodowania soli kuchennej. Wprowadzona w Polsce w latach dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku profilaktyka jodowa ograniczyła problem niedoboru tego pierwiastka. Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) na lata 2008-2013 zaplanowała realizację programu „Global Strategy on Diet, Physical Activity and Health”, który między innymi ma na celu ograniczenie spożycia soli, będącego głównym czynnikiem ryzyka chorób układu krążenia i nadciśnienia. Jednym z założeń tego programu jest poszukiwanie alternatywnych sposobów introdukcji jodu do diety człowieka w stosunku do jodowania soli kuchennej [Szybiński, 2009]. Obszary niedobory jodu i selenu występują na całym świecie, dlatego biofortyfikacja upraw w te pierwiastki powinna odbywać się jednocześnie, w szczególności, że jod jest niezbędny do syntezy hormonów tarczycy, a selen w zachodzących w tarczycy przemianach jodu [White i Broadley, 2005]. Celem badań było określenie wpływu równoczesnej dolistnej aplikacji jodu i selenu na wielkość i jakość plonu w tym na efektywność biofortyfikacji roślin sałaty w te dwa pierwiastki. MATERIAŁ I METODY Sałatę siewną (Lactuca sativa L.) ‘Melodion’ uprawiano w sezonie wiosennym 2011 roku, w tunelu foliowym. Rośliny sałaty wysadzono na kostki wełny mineralnej o wymiarach 15×15×14,2 cm, w których prowadzono uprawę stosując pożywkę o składzie (w mg∙dm-3 pożywki): N 150, P 50, K 200, Mg 40, Ca 120, S 90, Cl 30. Mikroelementy wprowadzono do pożywki w postaci nawozu Pionier Mikro, w dawce 0,08 ml∙dm-3 odczyn pożywki do pH 6,0 doprowadzono za pomocą 65% HNO3. Doświadczenie obejmowało kombinacje z dolistną aplikacją I i Se w formie chemicznej: 1). kontrola bez dokarmiania I i Se - oprysk wodą destylowaną; 2). I-, 3). I-+SeO42-, 4). I-+SeO32-, 5). IO3-, 6). IO3-+SeO42-, 7). IO3-+SeO32-. Jod i selen aplikowano trzykrotnie w formie KI, KIO3, Na2SeO4, Na2SeO3, stosując 454 Wstępna ocena wpływu dokarmiania dolistnego jodem i selerem… w przeliczeniu na czysty składnik 0,5% I i 0,05% Se wykorzystując 0,4 dm3∙m-2 cieczy roboczej. Stężenia obydwu pierwiastków aplikowanych dolistnie ustalono na podstawie badań własnych – dla jodu [Smoleń i in. 2011], a w przypadku selenu na podstawie niepublikowanych dotychczas wyników przeprowadzonych doświadczeń wegetacyjnych. Pierwsze dokarmianie dolistne wykonano 20 kwietnia 2011 po osiągnięciu przez rośliny stadium rozety (10-12 liści właściwych), kolejne dwa dokarmiania wykonano w tygodniowych odstępach. Aplikacja związków jodu i selenu wykonana została w formie grubokroplistego oprysku roztworem soli I i Se bezpośrednio na roślinę z zachowaniem odpowiednich stężeń pierwiastków. Badania prowadzono metoda rozlosowaną w czterech powtórzeniach, na każde powtórzenie przypadło 14 roślin. W dziewiątym tygodniu uprawy zebrano sałatę i w liściach metodami spektrofotometrycznymi oznaczono zawartość: cukrów rozpuszczalnych metodą antronową [Yemm i Willis, 1954], związków fenolowych w reakcji z odczynnikiem Folina [Swain i Hillis, 1959], wolnych aminokwasów stosując reakcję z ninhydryną [Korenman 1973]. Zawartość azotanów (V) i jonów amonowych po ekstrakcji prób 2% kwasem octowym [Nowosielski 1988], oznaczono techniką FIA [PN-EN ISO 11732:2001, PN-EN ISO 13395:2001]. Do oznaczenia jodu i selenu po inkubacji prób z 25% TMAH [PN-EN 15111 – 2008] wykorzystano technikę ICP-OES przy użyciu spektrometru wysokiej rozdzielczości Prodigy Teledyne Leeman Labs. Obliczenia statystyczne uzyskanych wyników wykonywano przy użyciu modułu ANOVA programu STATISTICA 9.0 PL dla P ≤ 0,05. Istotność różnic między obiektami oceniono za pomocą testu Duncana. WYNIKI Dolistne dokarmianie okazało się skutecznym sposobem introdukcji jodu i selenu do sałaty powodując statystycznie istotne zmiany w zawartości cukrów rozpuszczalnych, fenoli, aminokwasów, azotanów (V) i jonów amonowych w liściach sałaty (tab. 1). W porównaniu do kontroli we wszystkich kombinacjach z dokarmianiem dolistnym I i Se stwierdzono istotne zmniejszenie biomasy i plonu główek sałaty (tab. 1). Było to spowodowane szkodliwym działaniem badanych związków jodu i selenu powodującym w niektórych przypadkach uszkodzenia. Aplikacja samego jodu w formie jodkowej I- spowodowała chlorozy liści przechodzące w nekrozy i była bardziej szkodliwa niż forma jodanowa IO32-, dla której plon w porównaniu do kontroli uległ w mniejszym stopniu zmniejszeniu niż po zastosowaniu samego KI. Należy zaznaczyć, 455 Roksana Rakoczy, Sylwester Smoleń że dolistna aplikacja samego KIO3 nie powodowała jednak widocznych symptomów uszkodzeń liści sałaty. Największy spadek plonu wystąpił u roślin traktowanych równocześnie jodem i selenem w wyniku ich działania powstały uszkodzenia w postaci utraty turgoru i nekrozy obejmującej całe liście. W przypadku selenu bardziej szkodliwą formą w zakresie oddziaływania na wielkość plonu był jon SeO32- niż SeO42-, dla którego w przypadku łącznego stosowania z KI zaobserwowano prawie dwukrotny spadek plonu w porównaniu do kontroli (tab. 1). Warto zwrócić uwagę, że zawartość jodu w roślinach sałaty opryskiwanych łącznie KI i Na2SeO3 lub Na2SeO4 była istotnie wyższa w porównaniu do roślin opryskiwanych tylko samym KI. Dolistna aplikacja jodu w formie I- i IO3- i równoczesna aplikacja jodu i selenu w formie SeO32- i SeO42- w stosunku do kontroli (tab. 1), spowodowała istotne zmniejszenie zawartości cukrów rozpuszczalnych i w większości badanych kombinacji zwiększenie zawartości związków fenolowych w główkach sałaty. Nie stwierdzono statystycznie istotnego wpływu aplikacji samej formy IO3- na zawartość związków fenolowych w główkach. Dolistne zastosowanie roztworu Na2SeO3 stosowane łącznie z KI jak i KIO3 powodowało w stosunku do kontroli zwiększenie zawartości wolnych aminokwasów jak i jonów amonowych (tylko KI i Na2SeO3) w liściach sałaty. W porównaniu z kontrolą odnotowano zwiększenie zawartości azotanów(V) w liściach roślin dokarmianych równocześnie jodem i selenem – w największym stopniu stwierdzono to w kombinacji KI i Na2SeO3 (tab. 1). Zawartość azotanów w główkach sałaty wynosiła od 883,76 do 2310,25 mg na kilogram świeżej masy i nie przekroczyła normy dla sałaty uprawianej pod osłonami w sezonie wiosennym, która wynosi 4000 mg NO3/kg świeżej masy [Commission regulation (EU) No 1258/2011]. DYSKUSJA Wykazane w naszych badaniach uszkodzenia roślin powodowane przez jod i selen (w większym stopniu przy łącznej aplikacji jodu i selenu) w pewnym zakresie znajdują potwierdzenie w badaniach innych autorów. Należy jednak podkreślić, że pojawienie się uszkodzeń roślin traktowanych tymi związkami mogło być spotęgowane uprawą sałaty w tunelu foliowym – rośliny uprawiane pod osłonami zazwyczaj są bardziej delikatne, mają cieńszą warstwę kutykularna, która chroni je przed wpływem niekorzystnych warunków środowiskowych. Stosowanie wysokich dawek jodu może powodować uszkodzenia roślin. Hong i in. [2009] określali wpływ jodu aplikowanego doglebowo w dawkach 0, 10, 25, 50, 100 i 150 mg I∙kg-1 gleby na wzrost kapusty pak choi, selera, papryki i rzodkiewki. W tych badaniach biofortyfikacja warzyw dawkami powyżej 456 Wstępna ocena wpływu dokarmiania dolistnego jodem i selerem… 50 mg I∙kg-1 spowodowała uszkodzenia roślin w postaci chlorozy liści, brązowych karłowatych korzeni i zahamowanego wzrostu roślin. Natomiast w naszych badaniach zastosowane w dokarmianiu dolistnym dawki jodu (500 mg I∙dm-3) i selenu (50 mg Se∙dm-3), były zbyt wysokie i spowodowały uszkodzenia i spadek plonu sałaty. Obiekt Masa jednej główki (g) Plon (kg∙m-2) Jod (mg I∙kg-2 s.m.) Selen (mg Se∙kg-2 s.m.) Kontrola 225,59 d 2,41 f 0,76 a 1,51 a KI 188,81 c 2,03 cd 948,46 b 3,43 a KI+Na2SeO4 162,23 b 1,80 bc 1267,12 d 764,46 d KI+Na2SeO3 115,98 a 1,29 a 1187,76 c 655,42 b KIO3 201,60 c 2,24 de 1278,59 d 12,56 a KIO3 Na2SeO4 197,50 c 2,19 de 1254,68 d 757,99 d KIO3+Na2SeO3 143,63 b 1,57 b 1164,94 c 710,25 c (mg·100g-1 św.m.) (mg∙kg-1 św.m.) Fenole Cukry Aminokwasy NO3- NH4+ Kontrola 10,02 a 1114,50 d 17,34 a 883,76 a 10,60 a KI 17,67 d 1070,06 c 13,98 a 854,99 a 12,65 a KI+Na2SeO4 14,83 c 1007,72 b 16,35 a 1357,80 c 13,62 a KI+Na2SeO3 18,97 e 993,06 ab 26,59 b 2310,25 d 21,06 b KIO3 9,84 a 1079,06 c 14,19 a 693,30 a 10,28 a KIO3 Na2SeO4 13,09 b 960,16 a 17,21 a 1105,29 b 15,48 ab KIO3+Na2SeO3 14,64 c 1010,41 b 25,59 b 1550,50 c 13,22 a Tab. 1 Wpływ aplikacji KI, KIO3, Na2SeO4, Na2SeO3 na plonowanie i efektywność biofortyfikacji roślin w jod i selen, oraz zawartość fenoli, cukrów rozpuszczalnych, wolnych aminokwasów, azotanów (V) i jonów amonowych w główkach sałaty. Średnie oznaczone tymi samymi literami nie różnią się istotnie dla P ≤ 0,05, n=4 W naszych badaniach dolistna aplikacja KIO3 nie spowodowała uszkodzeń roślin w porównaniu do KI. Te obserwacje potwierdzają wcześniejsze wyniki badań Gonda i in. [2007] oraz Zhu i in. [2003]. Stwierdzono także, że IO3- jest lepiej przyswajalny przez rośliny niż I-, gdyż u roślin dokarmianych formą IO3zawartość jodu w porównaniu do roślin dokarmianych I- była wyższa o 25%. 457 Roksana Rakoczy, Sylwester Smoleń W Finlandii w latach dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku poprzez doglebową biofortyfikację upraw roślin w selen efektywnie zwiększono zawartość tego pierwiastka w diecie [Broadley i in. 2006]. W badaniach przedstawionych w niniejszej pracy dolistna aplikacja selenu okazała się skuteczną metodą wzbogacenia sałaty w ten pierwiastek. Jednakże warto zwrócić uwagę, że forma SeO32- w porównaniu do SeO42- (przy łącznej aplikacji z jodem) była dla roślin bardziej szkodliwa, ponieważ plon sałaty opryskiwanej roztworem Na2SeO3 był istotnie mniejszy, a uszkodzenia większe niż przy zastosowaniu Na2SeO4. Stosunkowo niewiele jest wyników badań dokumentujących interakcje zachodzące w roślinach pomiędzy jodem a selenem. Zhu i in. [2003] prowadząc badania na szpinaku uprawianym na pożywce wzbogaconej o jod i selen nie wykazali istotnych interakcji między I i Se na proces ich absorpcji przez rośliny szpinaku. Natomiast w naszych badaniach stwierdzono w tym zakresie interakcje pomiędzy tymi pierwiastkami. Przykładowo równoczesna dolistna aplikacja KI i selenu (w obu formach), statystycznie istotnie zwiększyła zawartość jodu w liściach sałaty, w porównaniu do roślin opryskiwanych samym KI. Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić, że podczas równoczesnej dolistnej aplikacji I i Se (w zależności od ich formy chemicznej) dochodzi do interakcji miedzy tymi mikroelementami w zakresie ich pobierania oraz oddziaływania na wielkość i jakość biologiczną plonu w tym na zawartość azotanów(V), jonów amonowych, aminokwasów, cukrów i związków fenolowych. Fenole to związki ochronne roślin wydzielane podczas stresu. Jedynie u roślin traktowanych formą IO3- nie doszło do istotnych zmian zawartości fenoli, co dodatkowo świadczy o mniejszej szkodliwości formy jodanowej dla roślin w porównaniu z I-. WNIOSKI • Stosowanie stosunkowo dużych stężeń jodu i selenu w dolistnej aplikacji powodowało uszkodzenia roślin w postaci chlorozy i nekrozy liści, zwłaszcza KI w połączeniu z Na2SeO3. • Zawartość jodu w roślinach dokarmianych dolistnie samym IO3była o 25% wyższa w porównaniu do formy I-, co świadczy o lepszej przyswajalności formy jodanowej przez rośliny. • Selen (bez względu na formę) aplikowany łącznie z I- pozytywnie wpłynął na zwiększoną akumulację jodu przez rośliny niż dolistna aplikacja samej formy jodkowej. W przypadku formy jodanowej nie stwierdzono takich zależności. • Przy łącznej aplikacji jodu i selenu forma SeO42- była skuteczniejsza w zakresie wzbogacenia sałaty w Se niż forma SeO32-. 458 Wstępna ocena wpływu dokarmiania dolistnego jodem i selerem… • We wszystkich badanych kombinacjach dolistna aplikacja związków jodu i selenu powodowała istotne zwiększenie zawartości cukrów rozpuszczalnych oraz zmniejszenie zawartości związków fenolowych za wyjątkiem dolistnego zastosowania samego KIO3. Istotne zwiększenie zawartości aminokwasów stwierdzono w główkach roślin traktowanych KI, KI i Na2SeO3, KIO3 i Na2SeO3. LITERATURA Broadley M. R., White P. J., Bryson R. J., Meacham M. C., Bowen H. C., Johnson S. E., Hawkesford M. J., McGrath S. P., Zhao F-J., Breward N. 2006. Biofortification of UK food crops with selenium. Proceedings of the Nutrition Society, 65:169–181. Commission regulation (EU) No 1258/2011 of 2 December 2011 amending Regulation (EC), No 1881/2006 as regards maximum levels for nitrates in foodstuffs. Gonda K., Yamaguchu H., Maruo T., Shinohara Y. 2007. Effects of iodine on growth and iodine absorption of hydroponically grown tomato and spinach. Hort. Res. Japan 6 (2): 223–227. Hong C.-L., Weng H.-Z., Yan A.-L., Islam A.-U. 2009. The fate of exogenous iodine in pot soil cultivated with vegetables. Environ. Geochem. Health 31 (1): 99–108. Korenman S. 1973. Analiza fotometryczna. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa, 199. Nowosielski O. 1988. Zasady opracowywania zaleceń nawozowych w ogrodnictwie. PWRiL, Warszawa, 312. PN-EN ISO 11732:2001. Jakość wody – Oznaczanie azotu amonowego metodą analizy przepływowej (CF A i FI A) z detekcją spektrometryczną. PN-EN ISO 13395:2001. Jakość wody – Oznaczanie azotu azotynowego i azotanowego oraz ich sumy metodą analizy przepływowej (CF A i FI A) z detekcją spektrofotometryczną. Smoleń S., Rożek S., Ledwożyw-Smoleń I., Strzetelski P. 2011. Preliminary evaluation of the influence of soil fertilization and foliar nutrition with iodine on the efficiency of iodine biofortification and chemical composition of lettuce. J. Elem. 4(12):613–622. Swain T., Hillis E. 1959. The phenolic constituents of Prunus domestica. I The quantitative analysis of phenolic constituents. J. Sci. Food Agric. 10:63-68. Szybiński Z. 2009. Iodine prophylaxis in Poland in the lights of the WHO recommendation on reduction of the daily salt intake. Pediatric Endocrinology, Diabetology and Metabolism. 15(2):103-107. White P. J., Broadley M. R. 2005. Biofortifying crops with essential mineral elements. Trends in Plant Science 10(12):586-593. 459 Roksana Rakoczy, Sylwester Smoleń White P. J., Broadley M. R. 2008. Biofortification of crops with seven mineral elements often lacking in human diets – iron, zinc, copper, calcium, magnesium, selenium and iodine. New Phytologist doi: 10.1111/j.1469-8137.2008.02738.x. Yemm E. W., Willis A. J. 1954. The estimation of carbohydrates in plant extracts by anthrone. Biochem. J. 57:508-514. Zhu Y.-G., Huang Y.-Z., Hu Y., Liu Y.-X. 2003. Iodine uptake by spinach (Spinacia oleracea L.) plants grown in solution culture: effects of iodine species and solution concentrations. Environ. Int. 29: 33-37. Adres do korespondencji: mgr inż. Roksana Rakoczy, dr inż. Sylwester Smoleń Katedra Uprawy Roli i Nawożenia Roślin Ogrodniczych Wydział Ogrodniczy Uniwersytet Rolniczy w Krakowie al. 29 Listopada 54, 31-425 Kraków e-mail: [email protected], [email protected]. Opiekun naukowy: prof. dr hab. Włodzimierz Sady 460 Joanna Wierzbińska Sylwester Smoleń Marta Liszka-Skoczylas EPISTEME 15/2012 s.461-467 ISSN 1895-4421 WPŁYW FORMY JODU NA PLONOWANIE ORAZ ZAWARTOŚĆ CUKRÓW W OWOCACH POMIDORA ODMIANY RAMBOZO F1 UPRAWIANEGO W SYSTEMIE CKP INFLUENCE OF IODINE FORM ON THE YIELD AND SUGAR CONTENT IN FRUITS OF TOMATO ‘RAMBOZO F1’ PLANTS CULTIVATED IN NFT SYSTEM Abstrakt. Celem badań było określenie wpływu oddziaływania jodu, aplikowanego do pożywki w formie I- i IO3- na plonowanie oraz zawartość cukrów w owocach pomidora. Badania prowadzono w latach 2010-2011, a rośliny uprawiano w szklarni, w systemie hydroponicznym CKP z recyrkulacją pożywki. Uprawę pomidora prowadzono na sześć gron. Obiektami badań były: 1. kontrola - standardowa pożywka bez dodatku jodu; 2. pożywka standardowa wzbogacona w jod (stężenie 1 mg I∙dm-3 w formie KI); 3. pożywka standardowa wzbogacona w jod (stężenie 1 mg I∙dm-3 w formie KIO3). Aplikacja KIO3 spowodowała istotne zwiększenie zawartości fruktozy, glukozy a także sumy cukrów w owocach pomidora zarówno w stosunku do owoców rosnących w obiekcie kontrolnym oraz w obiekcie w którym do pożywki dodano KI. W porównaniu do kontroli zastosowanie jodu w formie KIO3 spowodowało istotne zwiększenie, a formy KI istotne zmniejszenie zawartości ekstraktu (Brix %) w owocach pomidora. Wzbogacenie pożywek w jod w formie KI i KIO3 nie miało istotnego wpływu na wielkość i strukturę jakościową plonu owoców pomidora w każdym z gron. Słowa kluczowe: pomidor, plon, jod, biofortyfikacja, cukry Summary. The aim of the work was to evaluate the effect of iodine applied in the form of I- and IO3 on the yield and sugar content in fruits of tomato. Tomato plants were cultivated in 2010-2011 in a nutrient film technique with recirculating nutrient solution. Plants were allowed to develop six clusters. Combinations of the study included: 1 - control – standard nutrient solution without iodine; 2 - standard nutrient solution with 1 mg I∙dm-3 applied in the form of KI; 3 - standard nutrient solution with 1 mg I∙dm-3 applied in the form of KIO3. Introduction of KIO3 into the nutrient solution contributed to a significant increase in the content of: fructose, glucose and total soluble sugars in comparison to the control and KI fertilization. When compared to the control, application of KIO3 significantly increased, while KI decreased the Brix value in tomato fruits. Introduction of iodine in the form of KI and KIO3 into the nutrient solution had no significant influence on tomato fruit yield and its structure in each cluster. Key words: tomato, iodine, biofortification, yield, sugars 461 Joanna Wierzbińska, Sylwester Smoleń, Marta Liszka-Skoczylas WSTĘP Pomimo olbrzymiego postępu, jaki dokonał się w zakresie profilaktyki jodowej, problem niedoboru jodu, który dotyczy populacji ludzkiej na całym świecie jest wciąż aktualny [Szybiński 2005]. Jodowanie soli kuchennej jest skutecznym sposobem introdukcji jodu do diety człowieka, ale jej nadmierne spożycie skutkuje zwiększeniem zachorowalności ludzi na choroby układu krążenia, w tym nadciśnienie tętnicze, a także miażdżycę oraz niektóre choroby nowotworowe [WHO 2007]. Z tego powodu Światowa Organizacja Zdrowia zaleca ograniczenie spożycia soli kuchennej do rekomendowanej przez nią dawki 5,0-6,0 gramów na dzień [Szponar i Ołtarzewski 2004, Szybiński 2005]. Niestety, konsekwencją takiego działania będzie pogorszenie podaży jodu w diecie człowieka [He i MacGregor 2008; Wilmowska-Pietruszyńska 2008]. W związku z tym opracowano „Global Strategy on Diet, Physical Activity and Health” - program (zaplanowany na lata 2008–2013) obejmujący m.in. ograniczenie spożycia soli przy jednoczesnym poszukiwaniu alternatywnych (do jodowania soli kuchennej) metod wprowadzenia jodu do diety człowieka [WHO 2006]. Biofortyfikacja roślin w jod może stać się alternatywą dla obecnie obowiązującej w wielu krajach profilaktyki jodowej oraz naturalnym sposobem wprowadzenia tego pierwiastka do diety człowieka [White i Broadley 2005, 2009, Yang i in. 2007, Zhao i McGrath 2009]. Celem badań było określenie wpływu oddziaływania jodu, wprowadzonego do pożywki w formie I- i IO3- na plonowanie oraz zawartość glukozy, fruktozy, sumy cukrów i ekstraktu w owocach roślin pomidora uprawianych w systemie hydroponicznym cienkowarstwowych kultur przepływowych (CKP) z zamkniętym obiegiem pożywki. MATERIAŁ I METODY Rośliny pomidora (Lycopersicon esculentum Mill.) odmiany ‘Rambozo F1’ uprawiano w systemie hydroponicznym CKP z recyrkulacją pożywki. Badania, przeprowadzone w latach 2010-2011 w szklarni Wydziału Ogrodniczego UR w Krakowie, obejmowały następujące kombinacje: 1. Kontrola – standardowa pożywka bez jodu; 2. Pożywka standardowa wzbogacona w jod w stężeniu 1 mg I∙dm-3 w formie KI; 3. Pożywka standardowa wzbogacona w jod w stężeniu 1 mg I∙dm-3 w formie KIO3. Jod do pożywki dozowano przez cały okres uprawy roślin, począwszy od fazy pojawienia się zalążków kwiatów w pierwszym gronie. Pożywkę standardową o zawartości makro- i mikroelementów dostosowaną do wymagań pokarmowych pomidora w poszczególnych fazach wzrostu przygotowano z nawozów mineralnych [Wysocka-Owczarek 2001]. Doświadczenie prowadzone było w czterech powtórzeniach – jedno powtórzenie stanowiło 10 roślin pomidora. Rośliny były prowadzone do szóstego grona, po czym zostały ogłowione. 462 Wpływ formy jodu na plonowanie oraz zawartość cukrów… W miarę dojrzewania owoców w gronach została wykonana ocena wielkości plonu owoców (dla każdego z sześciu gron oddzielnie) z podziałem na klasę ekstra oraz pierwszy i drugi wybór według normy Unii Europejskiej [Rozporządzenie Komisji EWG nr 778/83 z dnia 30 marca 1983 r. Dz. U. EWG nr 86 z 31.03.1983]. Analizy chemiczne wykonywano w dojrzałych owocach z trzeciego grona. Ekstrakt oznaczono metodą refraktometryczną przy użyciu refraktometru cyfrowego Atago Palette PR-32α. Do analizy glukozy i fruktozy zastosowano technikę wysokosprawnej chromatografii cieczowej HPLC w odwróconej fazie (z ang. Reversed-Phase High-Performance Liquid Chromatography, RP-HPLC). Analiza wykonana została w temperaturze pokojowej przy użyciu układu chromatograficznego firmy Knauer (Niemcy). Próbka, w ilości l0 μl, była nastrzykiwana na kolumnę aminową z prekolumną (kolumna typu LiChrospher RP 100-10 NH2 250 x 4 mm). Eluentem była mieszanina acetonitryl/woda sporządzona w stosunku objętościowym 87:13. Prędkość przepływu fazy ruchomej ustalona została na 1,3 ml/min. Detekcja odbyła się za pomocą detektora refraktometrycznego RI (typu Smartline 2300) [Bogdanov 2002, Kowalski i in. 2012]. Obliczenia statystyczne uzyskanych wyników wykonywano przy użyciu modułu ANOVA programu STATISTICA 9.0 PL dla P < 0,05. Istotność różnic między średnimi arytmetycznymi z poszczególnych obiektów oceniono za pomocą testu Duncana. WYNIKI I DYSKUSJA Wzbogacenie pożywek w jod w formie KI i KIO3 nie miało istotnego wpływu na średnią wielkość i strukturę jakościową plonu owoców pomidora – zarówno na plon owoców z poszczególnych gron jak i plon całkowity owoców należących do klasy ekstra oraz pierwszego i drugiego wyboru (tab. 1). Wpływ jodu na wzrost oraz na plon roślin uwarunkowany jest formą i wielkością dawki tego pierwiastka, a także różnicami gatunkowymi w reakcji roślin na jod [Borst-Pauwels 1961, Dai i in. 2006, Mackowiak i Grossl 1999]. Wyniki badań Gonda i innych [2007] wskazują, że jod w formie jodanowej (IO3-) jest mniej szkodliwy dla rośliny niż forma jodkowa (I-) tego pierwiastka. Podobną zależność w swoich badaniach zaobserwował Caffagni i inni [2011]. Choć jod nie jest uznawany za mikroskładnik pokarmowy niezbędny dla roślin, to jednak w małych stężeniach może wpływać pozytywnie na poprawę plonowania roślin uprawnych [Kabata-Pendias i Mukherjee 2007]. W badaniach Hagemana i innych [1942] wraz ze zwiększeniem dawki jodu (0, 4, 16, 36, 64 i 100 ppm I) aplikowanego doglebowo w formie KI odnotowano zmniejszenie wielkości plonu owoców oraz zamieranie roślin pomidora. Hamujący wpływ dodatku I- oraz IO-3 do pożywki, na wzrost roślin pszenicy, kukurydzy, jęczmienia, tytoniu, ziemniaka i pomidora zaobserwował także Caffagni i inni [2011]. Spośród uprawianych gatunków, jęczmień wykazywał najmniejszą, 463 Joanna Wierzbińska, Sylwester Smoleń, Marta Liszka-Skoczylas Plon owoców klasa ekstra (kg∙m2) Plon owoców I wybór (kg∙m2) Plon owoców II wybór (kg∙m2) Kontrola 2,25 0,06 0,05 2,36 Grono Obiekt Sumaryczny plon owoców (klasa ekstra + 1 + 2 wybór) (kg∙m2) a kukurydza i tytoń największą redukcję biomasy. Odmienne wyniki w zakresie wpływu jodu na plonowanie pomidora uzyskane w niniejszych badaniach mogą wynikać z zastosowania innej technologii uprawy, wykorzystania innej odmiany pomidora jak również z aplikacji mniejszych dawek jodu. 1 KI 2,36 0,04 0,03 2,43 KIO3 2,08 0,04 0,04 2,17 Kontrola 2,23 0,02 0,01 2,26 KI 2,19 0,00 0,05 2,24 KIO3 1,92 0,01 0,03 1,96 2 Kontrola 2,11 0,02 0,02 2,15 KI 1,96 0,01 0,02 2,00 3 KIO3 2,01 0,02 0,03 2,06 Kontrola 1,97 0,03 0,04 2,05 KI 1,80 0,02 0,04 1,87 KIO3 1,77 0,02 0,08 1,87 4 Kontrola 1,68 0,00 0,05 1,74 KI 1,67 0,02 0,09 1,78 KIO3 1,59 0,00 0,11 1,69 5 Kontrola 1,56 0,01 0,04 1,61 KI 1,74 0,00 0,10 1,84 KIO3 1,33 0,00 0,09 1,42 n.i. n.i. n.i. n.i. 6 Test F dla grono x obiekt Całkowity plon owoców z gron 1- 6 dla poszczególnych obiektów Kontrola 11,80 0,14 0,22 12,17 KI 11,72 0,09 0,33 12,15 KIO3 10,70 0,09 0,37 11,17 n.i. n.i. n.i. n.i. Test F dla obiektów Tab. 1. Wpływ nawożenia jodem na wielkość i strukturę plonu owoców pomidora. Test F: „n.i.” brak istotnego zróżnicowania między obiektami. 464 Wpływ formy jodu na plonowanie oraz zawartość cukrów… Stwierdzono istotny wpływ nawożenia roślin jodem na zawartość fruktozy, glukozy, sumy cukrów oraz ekstraktu w owocach pomidora zebranych z trzeciego grona (tab. 2). W przypadku owoców roślin nawożonych pożywką z dodatkiem KIO3 stwierdzono największe zawartości fruktozy, glukozy a także sumy cukrów. Tym samym wyniki analiz chemicznych materiału roślinnego wskazują, że korzystniej na jakość biologiczną owoców pomidora wpływała utleniona jodanowa forma jodu. W porównaniu z kontrolą zastosowanie KIO3 spowodowało istotne zwiększenie, natomiast KI – zmniejszenie zawartości ekstraktu (Brix %) w owocach pomidora. Obiekt Fruktoza mg·100g-1 św.m. Glukoza mg·100g-1 św.m. Suma cukrów mg·100g-1 św.m. Ekstrakt (Brix %) Kontrola 1105,95 a 975,25 a 2101,00 a 4,39 b KI 1084,57 a 1015,09 a 2121,40 a 4,29 a KIO3 1184,15 b 1114,12 b 2298,28 b 4,61 c Tab. 2. Wpływ nawożenia KI i KIO3 na zawartość fruktozy, glukozy, sumy cukrów i ekstraktu w owocach pomidora z trzeciego grona W prezentowanej literaturze brak jest informacji na temat oddziaływania jodu na skład chemiczny owoców pomidora, w związku z czym porównanie uzyskanych wyników badań z wynikami przedstawianymi przez innych autorów oraz ich interpretacja jest utrudniona. WNIOSKI • Aplikacja KIO3 poprzez pożywkę w korzystny sposób wpłynęła na jakość biologiczną owoców pomidora powodując istotne zwiększenie zawartości fruktozy, glukozy a także sumy cukrów zarówno w stosunku do kontroli jak i do nawożenia KI. • W porównaniu z kontrolą zastosowanie KIO3 powodowało istotne zwiększenie, a KI –istotne zmniejszenie średniej zawartości ekstraktu (Brix %) w owocach pomidora. • Wzbogacenie pożywek w jod w formie KI i KIO3 nie miało istotnego wpływu na średnią wielkość i strukturę jakościową plonu owoców pomidora – zarówno na wielkość plonu owoców z poszczególnych gron jak i plon całkowity owoców należących do klasy ekstra oraz pierwszego i drugiego wyboru. 465 Joanna Wierzbińska, Sylwester Smoleń, Marta Liszka-Skoczylas LITERATURA Bogdanov S. 2002. Harmonised Methods of the International Honey Commission. International Honey Commission. Borst-Pauwels G.W.F.H. 1961. Iodine as a micronutrient for plants. Plant and Soil, 14 (4): 377-392. Caffagni A. Arru L. Meriggi P. Milc J. Perata P. Pecchioni N. 2011. Iodine fortification plant screening process and accumulation in tomato fruits and potato tubers. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 42: 706-718. Dai J-L. Zhu Y-G. Huang Y-Z. Zhang M. Song J-L. 2006. Availability of iodide and iodate to spinach (Spinacia oleracea L.) in retention to total iodine in soil solution. Plant and Soil, 286: 301-308. Gonda K. Yamaguchi H. Maruo T. Shinohara Y. 2007. Effects of iodine on growth and iodine absorption of hydroponically grown tomato and spinach. Horticultural Research Japan, 6 (2): 223-227. Hageman R.H. Hodge E.S. Mchargue J.S. 1942. Effect of potassium iodide on the ascorbic acid content and growth of tomato plants. Plant Physiology, 17 (3): 465-72. He F.J. MacGregor G.A. 2008. A comprehensive review on salt and health and current experience of worldwide salt reduction programmes. Journal of Human Hypertension, 1-22. Kabata-Pendias A. Mukherjee A.B. 2007. Trace elements from soil to human. Springer. S. Kowalski, M. Lukasiewicz, S. Bednarz, M. Panuś (2012) Diastase Number Changes During Thermal and Microwave Processing of Honey, Czech Journal of Food Sciences, Vol. 30, No. 1: 21-26. Mackowiak C.L. Grossl P.R. 1999. Iodate and iodine effects on iodine uptake and partitioning in rice (Oryza sativa L.) grown in solution culture. Plant and Soil, 212: 135-143. Rozporządzenie Komisji EWG nr 778/83 z dnia 30 marca 1983 r. określające normy jakościowe dla pomidorów. Dz. U. EWG nr 86 z 31.03.1983. [W:] Unia Europejska - Normy jakościowe na owoce i warzywa. Włoski Instytut Handlu Zagranicznego ICE, Centralny Inspektorat Standaryzacji CIS, Warszawa: 101-110. Szponar L. Ołtarzewski M. 2004. Spożycie sodu wśród dzieci i młodzieży w Polsce czynnikiem ryzyka zagrożenia zdrowia. Pediatria Polska, 2004: 79 (12): 983-992. Szybiński Z. 2005. Niedobór jodu w ciąży – nadal aktualny problem zdrowia publicznego. Endokrynologia Polska, 56, 1: 65-71. White P.J. Broadley M.R. 2005. Biofortifying crops with essential mineral elements. Trends in Plant Science, 10 (12): 586-593. 466 Wpływ formy jodu na plonowanie oraz zawartość cukrów… White P.J. Broadley M.R. 2009. Biofortification of crops with seven mineral elements often lacking in human diets – iron, zinc, copper, calcium, magnesium, selenium and iodine. New Phytologist, 182 (1): 49-84. WHO. 2007. Reducing salt intake in populations. Report of a WHO Forum and Technical Meeting. Geneva, World Health Organization. WHO. 2006. Global Strategy on Diet, Physical Activity and Health: A Framework to Monitor and Evaluate Implementation. Geneva, World Health Organization. Wilmowska-Pietruszyńska A. 2008. System opieki zdrowotnej w Polsce a bezpieczeństwo zdrowotne ludności. W: A. Potrykowska i E. Orzełek (red.) Biuletyn Rządowej Rady Ludnościowej, 53: 87-101. Wysocka-Owczarek M. 2001. Pomidory pod osłonami. Uprawa tradycyjna i nowoczesna. Wydanie III, Hortpress, Warszawa. Yang X-E. Chen W-R. Feng Y. 2007. Improving human micronutrient nutrition through biofortification in the soil-plant system: China as a case study. Environmental Geochemistry and Health, 29 (5): 413-428. Zhao F.-J. McGrath S.P. 2009. Biofortification and phytoremediation. Current Opinion in Plant Biology, 12: 373-380. Adres do korespondencji: mgr inż. Joanna Wierzbińska, dr inż. Sylwester Smoleń Katedra Uprawy Roli i Nawożenia Roślin Ogrodniczych Wydział Ogrodniczy Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie al. 29 Listopada 54, 31-425 Kraków e-mail: [email protected]; [email protected] dr Marta Liszka-Skoczylas Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego Wydział Technologii Żywności Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie ul. Balicka 122, 30-149 Kraków e-mail: [email protected] Opiekun naukowy: prof. dr hab. inż. Włodzimierz Sady Praca naukowa finansowana ze środków na naukę w roku 2010 jako projekt badawczy nr N N310 080238 – grant MNiSW pt. „Efektywność biofortyfikacji pomidora w jod w uprawie hydroponicznej z recyrkulacją pożywki.” 467 Edyta Wilk Elżbieta Wojciechowicz-Żytko EPISTEME 15/2012 s.469-474 ISSN 1895-4421 MSZYCE (HEMIPTERA) I ICH DRAPIEŻCY WYSTĘPUJĄCY NA LESZCZYNIE W OGRODZIE BOTANICZNYM W KRAKOWIE APHIDS (HEMIPTERA) AND THEIR PREDATORS OCCURRING ON HAZEL IN BOTANIC GARDEN IN CRACOW Abstrakt. W latach 2009-2010 prowadzono obserwacje nad dynamiką populacji mszyc Myzocallis coryli Goetze, i Corylobium avellanae (Schrk.) żerujących na leszczynie (Corylus avellana L.) w Ogrodzie Botanicznym w Krakowie. Określono także skład gatunkowy drapieżców ograniczających populacje tych mszyc. W obu latach badań zdecydowanie liczniejszym gatunkiem mszycy okazała się zdobniczka leszczynowa M. coryli, natomiast zaobserwowano jedynie pojedyncze osobniki mszycy leszczynowej C. avellanae. Wśród organizmów drapieżnych żerujących w koloniach tych mszyc stwierdzono larwy bzygowatych i złotooków, larwy i postaci dorosłe biedronkowatych oraz drapieżne pluskwiaki. Najliczniej występowały biedronkowate, stwierdzono 5 gatunków, wśród nich najliczniejsze były Adalia bipunctata L. i Harmonia axyridis (Pall.), mniej licznie występowały bzygowate (dominował Episyrphus balteatus Deg.). Słowa kluczowe: leszczyna, Myzocallis coryli, Corylobium avellanae, drapieżcy mszyc Summary. In this work the population dynamics of Myzocallis coryli Goetze, and Corylobium avellanae (Schrk.) as well as the species composition of predatory arthropods occurring in their colonies on hazel were presented. Among the aphid species M. coryli dominated, C. avellanae occurred only in small amount. During the observation predatory Heteroptera, Coccinellidae, Chrysopidae, and Syrphidae were collected from aphid colonies. Coccinellidae was the main group of predators influencing the M. coryli population. Key words: hazel, Myzocallis coryli, Corylobium avellanae, aphid predators 469 Edyta Wilk, Elżbieta Wojciechowicz-Żytko WSTĘP Na leszczynie występują dwa gatunki mszyc – zdobniczka leszczynowa (Myzocallis coryli Goetze) i mszyca leszczynowa (Corylobium avellanae (Schrk.) (Cichocka 1980). Gatunkiem dominującym jest zdobniczka leszczynowa występująca na dolnej stronie liści, zwykle w rozproszonych, nielicznych koloniach. W latach masowego występowania powoduje jednak duże straty w plonie orzechów poprzez wysysanie soków z liści jak również poprzez wydzielanie rosy miodowej, na której rozwijają się grzyby z grupy sadzaków ograniczające fotosyntezę oraz obniżające walory dekoracyjne krzewów [Gantner 2000; Wojciechowicz-Żytko 2003]. Populacja mszyc ograniczana jest przez zespół organizmów drapieżnych, wśród których najważniejszą rolę odgrywają Heteroptera, Arachnida, Coccinellidae i Aphidiidae [Gantner, Jaśkiewicz 2001; Messing, Aliniazee 1985; Wojciechowicz-Żytko 2004]. Celem pracy była analiza dynamiki populacji M. coryli i C. avellanae oraz poznanie składu gatunkowego organizmów drapieżnych występujących w koloniach tych mszyc na leszczynie w Ogrodzie Botanicznym w Krakowie. METODYKA Obserwacje prowadzono w 2009 i 2010 roku, na 10 krzewach leszczyny w Ogrodzie Botanicznym w Krakowie. Na 5 losowo wybranych z każdego krzewu pędach, od kwietnia do września, w odstępach dekadowych, określano liczebność M. coryli i C. avellanae oraz organizmów drapieżnych (Heteroptera, Coccinellidae, Chrysopidae i Syrphidae). Bzygowate oznaczano do gatunku według klucza Bańkowskiej (1963) i Van Veena (2004) a biedronkowate według klucza Bielawskiego (1959). WYNIKI I DYSKUSJA W obu latach badań zdecydowanie liczniejszym gatunkiem okazała się zdobniczka leszczynowa, zaobserwowano jedynie pojedyncze osobniki mszycy leszczynowej (dlatego w dalszej części pracy opisano jedynie dynamikę populacji zdobniczki leszczynowej). Uzyskane wyniki potwierdzają spostrzeżenia Jaśkiewicz (2004) dokonane na krzewach leszczyny czerwonolistnej. M. coryli liczniej występowała w 2010 roku. Pierwsze kolonie mszyc na krzewach leszczyny stwierdzono w pierwszych dniach kwietnia (ryc. 1). Nieco później, bo pod koniec kwietnia, pierwsze mszyce obserwowały Gantner (2000) i Wojciechowicz-Żytko (2003). W Pakistanie Naeem i Compton (2000) notowali występowanie mszycy M coryli od maja do września. 470 Mszyce (Hemiptera) i ich drapieżcy występujący na leszczynie 180 Liczba mszyc/pęd 160 140 120 100 80 60 40 20 I III ie ń W rz es II I Si er pi eń III I II Li pi ec III II I ie c III I I III M aj I Cz er w Kw ie ci eń II 0 2009 Ryc.1. Dynamika liczebności populacji zdobniczki leszczynowej M. coryli na leszczynie Liczba mszyc wzrastała aż do osiągnięcia maksimum liczebności w połowie czerwca w 2010 r. i na przełomie czerwca i lipca w 2009 r. W tym okresie zaobserwowano kolonie mszyc liczące od 130-160 osobników/pęd (ryc. 1). Gantner (2000), na niechronionej plantacji leszczyny, szczyt wystąpienia mszyc obserwowała w ostatnich dniach czerwca, Sądej i współ. (2010) w trzeciej dekadzie czerwca natomiast Naeem i Compton (2000) w lipcu. W tym okresie Sądej i współ. (2010) stwierdzili od 250 do 550 mszyc/pęd w zależności od odmiany leszczyny, natomiast Gantner i Jaśkiewicz (2003) około 70 osobników /100 liści. Od połowy lipca liczba mszyc w koloniach zaczęła spadać i do końca prowadzonych obserwacji utrzymywała się na niskim poziomie co pokrywa się z obserwacjami innych autorów [Gantner 2000, Sądej i współ. 2010]. W koloniach M. coryli stwierdzono występowanie drapieżnych owadów należących do Coccinellidae, Syrphidae, Heteroptera i Chrysopidae (ryc. 2). Najliczniej występowały biedronkowate. Obserwowane były w koloniach M. coryli przez cały okres wegetacji, najliczniej w maju i na początku czerwca. Stwierdzono 5 gatunków (Adalia bipunctata L., Harmonia axirydis (Pall.), Coccinella septempunctata L., Propylaea quatuordecimpunctata (L.) i Coccinula quatuordecimpustulata (L.)), wśród nich najliczniejsze były A. bipunctata L. i H. axyridis (Pall.). Sądej i wpół. (2010) zaobserwowali liczne występowanie biedronek w drugiej i trzeciej dekadzie czerwca a Gantner i Jaśkiewicz (2001) podają, że biedronki odgrywają znaczną rolę w ograniczaniu liczebności mszyc na leszczynie zwłaszcza wczesną wiosną. W sadzie leszczynowym autorki zaobserwowały 14 gatunków biedronek, wśród których najliczniej występowały P. quatuordecimpunctata i C. septempunctata. 471 Edyta Wilk, Elżbieta Wojciechowicz-Żytko 2009 1% 2% 80% Heteroptera Coccinellidae 2% 2010 17% Syrphidae Chrysopidae 8% 20% 70% Heteroptera Syrphidae Coccinellidae Chrysopidae Ryc. 2. Udział procentowy poszczególnych grup drapieżców stwierdzonych w koloniach M. coryli na leszczynie Mniej liczne w koloniach zdobniczki leszczynowej były drapieżne Syrphidae. Stwierdzono 6 gatunków (Syrphus ribesii (L.), S. vitripennis Meig., Sphaerophoria scripta (L.), Episyrphus balteatus (Deg.), Epistrophe eligans (Harr.) i Eupeodes corollae (Fabr.)). Najliczniej występował E. ballteatus (Deg.). Dominację tego gatunku w koloniach M. coryli potwierdziły obserwacje Wojciechowicz-Żytko (2004) w sadzie leszczynowym. Bzygowate pojawiały się w koloniach M. coryli od końca maja do lipca. Najmniej liczną grupą drapieżców okazały się drapieżne pluskwiaki i złotooki stanowiące 3‑10% ogółu zebranych owadów. Jest to sprzeczne z obserwacjami Wojciechowicz-Żytko (2004), która na plantacji leszczyny w koloniach M. coryli stwierdziła najwięcej pająków i pluskwiaków. Podobnie Niemczyk (1968), zaobserwował, że w sadzie jabłoniowym drapieżne pluskwiaki różnoskrzydłe odgrywały ważną rolę w ograniczaniu populacji mszyc. 472 Mszyce (Hemiptera) i ich drapieżcy występujący na leszczynie WNIOSKI • Gatunkiem liczniej występującym na leszczynie, powodującym obniżenie walorów dekoracyjnych krzewów, była zdobniczka leszczynowa M. coryli • Ważną rolę w ograniczaniu populacji tej mszycy odegrały drapieżne biedronkowate, zwłaszcza A. bipunctata i H. axyridis. Mniejszy wpływ miały bzygowate, pluskwiaki i złotooki. LITERATURA Bańkowska R., 1963. Klucze do oznaczania owadów Polski cz. XXVII. Muchówki - Diptera. z. 34, Syrphidae. PWN, Warszawa, 236 ss. Bielawski R., 1959. Klucze do oznaczania owadów Polski, cz. XIX. Chrząszcze – Coleoptera, z. 76. Biedronki – Coccinellidae. PWN Warszawa, 92 ss. Cichocka E., 1980. Mszyce roślin sadowniczych Polski. PWN, Warszawa, 119 ss. Gantner M., 2000. Aphidofauna of hazel bushes (Corylus L.) on a protected plantation, an unprotected plantation and in a forest. Annales UMCS 8: 455–562. Gantner M., Jaśkiewicz B., 2001. Species composition of ladybirds (Col., Coccinellidae) on hazelnut plantations. Folia Horticulture, Ann., 13/1: 91-100. Jaśkiewicz B. 2004. Aphids inhabiting hazelnut shrubs Corylus maxima Mill. “Purpurea”. Aphids and Other Hemipterous Insects 10: 23-33. Messing R. H., Aliniazee M.T., 1985. Natural enemies of Myzocallis coryli (Hom. Aphididae) in Oregon hazelnut orchards . J. Entomol. Soc. B.C., 82: 14-18. Naeem M., Compton S., 2000. Population dynamics of filbert aphid, Myzocallis coryli (Goetze) on hazel bushes to an agroforestry system. Pakistan J. Biol. Sc., 3, 2: 306–308. Niemczyk E., 1968. Występowanie pluskwiaków różnoskrzydłych (Heteroptera) w opryskiwanych i nie opryskiwanych sadach jabłoniowych. Prace Inst. Sad., XII: 355-363. Sądej W., Markuszewski B., Nietupski M., 2010. Mszyce występujące na plantacji leszczyny w Tuszewie koło Lubawy. Progress In Plant Protection/Postępy w Ochronie Roślin, 50(4): 1742‑1745. Van Veen M.P., 2004. Hoverflies of Northwest Europe. Identification keys to the Syrphidae. KNVV Publishing, 254 ss. Wojciechowicz-Żytko E., 2003. Development of Myzocallis coryli Goetze (Homoptera, Aphidodea) on the different hazel (Corylus L.) cultivars. J. Plant Protection Res. 43 ( 4): 369-374. Wojciechowicz-Żytko E., 2004. Predators occurring in Myzocallis coryli Goetze (Homoptera, Aphidodea) colonies on hazel (Corylus L.). J. Plant Protection Res., 44 (3): 181-188. 473 Edyta Wilk, Elżbieta Wojciechowicz-Żytko Adres do korespondencji: dr hab. Elżbieta Wojciechowicz-Żytko Katedra Ochrony Roślin Uniwersytet Rolniczy w Krakowie al.29 Listopada 54, 31-425 Kraków e-mail: [email protected] mgr inż. Edyta Wilk Katedra Ochrony Roślin Uniwersytet Rolniczy w Krakowie al. 29 Listopada 54, 32-425 Kraków e-mail: [email protected] Opiekun naukowy: dr hab. Elżbieta Wojciechowicz-Żytko 474