Recenzja 1

Warszawa 31.03.2016
prof. dr hab. Beata Rutkowska
Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
Katedra Nauk o Środowisku Glebowym
Zakład Chemii Rolniczej
Recenzja
rozprawy doktorskiej mgr inż. Wojciecha Zenona Skorupki
pt. „Optymalizacja produkcji białka w uprawie lucerny siewnej (Medicago sativa L.)”
wykonanej
w Uniwersytecie Przyrodniczo-Humanistycznym w Siedlcach
Recenzję opracowano w odpowiedzi na pismo Pani prof. dr hab. Janiny Skrzyczyńskiej,
Dziekana Wydziału Przyrodniczego Uniwersytetu Przyrodniczo-Humanistycznego w Siedlcach
z dnia 03.03.2016 roku.
Przedłożona do recenzji rozprawa doktorska została wykonana w Katedrze Gleboznawstwa i
Chemii Rolniczej pod kierunkiem dr hab. inż. Barbary Symanowicz prof. UPH.
1. Ocena problematyki badawczej pracy
Rośliny bobowate drobnonasienne mają duże znaczenie w rolnictwie, jednak
powierzchnia zasiewów tych wartościowych roślin w Polsce nadal jest niewielka i obecnie
wynosi 131 tys. hektarów. W gospodarstwach rolnych rośliny te są wykorzystywane przede
wszystkim do produkcji paszy. Jednak uprawia się je również na zielony nawóz i w celu
polepszenia struktury gleby, od niedawna są także roślinami ozdobnymi wzbogacającymi
krajobraz wiejski.
Lucerna siewna jest jedną z najbardziej cenionych wieloletnich roślin pastewnych.
Przyjmuje się, że średni plon lucerny w krajowych warunkach glebowo-klimatycznych wynosi
około 50 Mg·ha-1, przy średniej zawartości suchej masy na poziomie 20%. Tak wysoka
produktywność lucerny siewnej wynika z faktu, iż zapotrzebowanie na azot jest pokrywane
dzięki symbiozie roślin z bakteriami brodawkowymi, które wiążą azot atmosferyczny.
1
Wartość paszowa lucerny związana jest z wysoką strawnością węglowodanów i pozostałych
składników suchej masy przy jednoczesnej niskiej zawartości włókna. Białko ogólne stanowi
od 17 do 22% suchej masy lucerny. Wysoka jakość białka wynika z dużej zawartości
aminokwasów egzogennych oraz ich korzystnego, wzajemnego stosunku. Z tego względu
lucerna jest głównym źródłem wysokobiałkowej paszy objętościowej w żywieniu
przeżuwaczy, natomiast susz z tej rośliny ma zastosowanie także w żywieniu drobiu (kur
niosek i brojlerów), trzody chlewnej, drobnych zwierząt futerkowych i królików.
W ostatnich latach ze względu na charakterystykę upraw polowych tak w Polsce jak i
w Europie obserwuje się deficyt białka paszowego. Uprawa lucerny wydaje się być
obiecującym rozwiązaniem tych niedoborów, gdyż roślina ta dostarcza największą ilość
białka z jednego hektara czyli około 2,3 Mg·ha-1, podczas gdy pszenica pozwala uzyskać około
1 Mg·ha-1, ziarno kukurydzy tylko 0,7 Mg·ha-1, a soja, która jest główną rośliną zapewniająca
paszę białkową w żywieniu zwierząt monogastrycznych tylko 0,8 Mg·ha-1. Ponadto produkty
uzyskiwane z lucerny (susz, wyciąg, koncentrat) stanowią cenne źródło białka, będące
alternatywą dla drogiej śruty sojowej.
W tym kontekście problematyka rozprawy doktorskiej Pana mgr inż. Wojciecha
Zenona Skorupki dotycząca oceny wpływu zróżnicowanego nawożenia mineralnego na
plonowanie i skład chemiczny lucerny siewnej oraz zmiany właściwości chemicznych gleby
została trafnie dobrana, a wyniki badań mogą mieć tak wymiar naukowy jak i praktyczny w
zakresie lepszego wykorzystania potencjału produkcyjnego tej rośliny w Polsce poprzez
optymalizację nawożenia.
2. Formalna analiza rozprawy
Rozprawa doktorska Pana mgr inż. Wojciecha Zenona Skorupki została przedstawiona
na 137 stronach tekstu, łącznie z aneksem i bibliografią, która obejmuje 190 pozycji w tym
około 35% stanowią opracowania obcojęzyczne, które pod względem formalnym i
merytorycznym są cytowane w sposób właściwy. Integralną część rozprawy stanowi 65 tabel
oraz 8 wykresów, które ilustrują wyniki przeprowadzonych badań. Tytuł pracy jest czytelny,
komunikatywny i adekwatny do treści dysertacji dotyczącej wpływu stałego nawożenia
mineralnego NPK oraz zróżnicowanego nawożenia mikroelementami Fe i Mo na ilość i jakość
plonu lucerny siewnej oraz zmiany składu chemicznego gleby. Układ pracy został
opracowany w sposób logiczny, a dysertacja odpowiada wymaganiom stawianym
2
rozprawom
doktorskim.
Zasadniczą
treść
opracowania
przedstawiono
w
ośmiu
następujących rozdziałach: 1. Wstęp 2. Cel pracy, 3. Przegląd piśmiennictwa, 4. Materiał i
metody badań, 5. Omówienie wyników badań własnych i dyskusja, 6. Stwierdzenia i wnioski,
7. Piśmiennictwo, 8. Aneks. Poszczególne rozdziały ściśle się zazębiają i stanowią ciekawe
kompendium wiedzy na temat znaczenia gospodarczego oraz agrotechniki lucerny siewnej.
Praca została napisana poprawnym językiem naukowym, przejrzyście, a przedstawione w
pracy zagadnienia zostały omówione w sposób wyczerpujący, logiczny i zrozumiały.
Szczegółowy opis zakresu i metodyki badań przedstawiono w rozdziale czwartym
„Materiał i metody badań”. Doktorant przeprowadził badania w latach 2012-2014 na
poletkach doświadczalnych Uniwersytetu Przyrodniczo-Humanistycznego w Siedlcach.
Doświadczenie założono na glebie należącej do rzędu gleb antropogenicznych, typ gleby
kulturoziemne, podtyp hortisole. Doświadczenie założono w układzie całkowicie losowym, w
czterech powtórzeniach, na poletkach o powierzchni 3m 2. W badaniach uwzględniono dwa
czynniki: I czynnik – osiem obiektów nawozowych: obiekt kontrolny (0) - bez nawożenia,
NPK, NPKFe1, NPKMo1, NPKFe1Mo1, NPKFe2, NPKMo2, NPKFe2Mo2. II czynnik – cztery terminy
zbioru lucerny: 1 - 18 czerwca, 2 - 26 lipca, 3 - 30 sierpnia, 4 - 15 października.
Rośliną testową była lucerna siewna (Medicago sativa L.) odmiany Verko. Podczas siewu
lucerny w 2012 roku zastosowano szczepionkę bakteryjną „Nitragina”, zawierającą bakterie
brodawkowe Rhizobium meliloti.
Materiał badawczy stanowiły próbki z wykonanej w 2012 roku odkrywki glebowej
oraz próbki glebowe pobierane każdorazowo po zbiorze lucerny siewnej w kolejnych
terminach z każdego obiektu nawozowego, a także biomasa lucerny zbierana w każdym roku
badań w czterech terminach w fazie pąkowania ze wszystkich obiektów nawozowych.
W próbkach materiału glebowego z poszczególnych poziomów oznaczono:

skład granulometryczny - metodą areometryczną Bouyoucosa Casagrande’a w
modyfikacji Prószyńskiego,

pH w roztworze KCl o stężeniu 1 mol·dm-3 metodą potencjometryczną,

zawartość całkowitą węgla (Ct) i azotu (Nt) na autoanalizatorze CHNS/O Series II 2400
firmy Perkin Elmer z detektorem przewodności cieplnej (TCD) i acetanilidem jako
materiałem wzorcowym,

całkowitą zawartość fosforu, potasu, żelaza, molibdenu, boru, miedzi i cynku w glebie
oznaczono po mineralizacji w mieszaninie stężonych kwasów HCl i HNO3 w stosunku 3:1,
3
metodą ICP-AES na spektrofotometrze emisyjnym z indukcyjnie wzbudzona plazmą
firmy Perkin Elmer model Optima 3200 RL,

przyswajalne formy azotu N-NH4+ i N-NO3-,

przyswajalne formy fosforu i potasu metodą Engera - Riehma (DL),

przyswajalne formy magnezu metodą Schachtschabela,

aktywność nitrogenazy oznaczono metodą redukcji acetylenu do etylenu w Zakładzie
Mikrobiologii Rolniczej Instytutu Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa – Państwowy
Instytut Badawczy (IUNG-PIB) w Puławach.
W zebranym materiale roślinnym lucerny siewnej oznaczono:

plon świeżej masy rośliny testowej,

zawartość suchej masy metodą suszarkowo-wagową (w 105°C),

obliczono plon suchej masy lucerny siewnej (Medicago sativa L.),

całkowitą zawartość azotu (Nt) za pomocą autoanalizatora CHNS/O 2400 firmy Perkin
Elmer,

zawartość popiołu surowego,

zawartość P, K, Fe, Mo oznaczono po mineralizacji „na sucho” metodą ICP-AES
Uzyskane wyniki opracowano statystycznie wykorzystując analizę wariancji według
programu FR ANALWAR 5.2 dla doświadczenia dwuczynnikowego oraz programu ANOVA.
Istotne różnice (NIR) wyznaczano za pomocą testu Tukey’a przy poziomie istotności p ≤ 0,05.
Wyznaczono równania regresji prostej oraz współczynniki korelacji pomiędzy wybranymi
cechami przy wykorzystaniu programu Statistica 12 PL.
Pod względem metodycznym praca została poprawnie zrealizowana, a schemat
eksperymentu nie budzi zastrzeżeń od strony metodycznej. Przeprowadzone w
doświadczeniu pomiary plonów oraz wyniki analiz chemicznych zostały poprawnie
opracowane. Generalnie opis przeprowadzonych badań oraz postępowania analitycznego
jest przejrzysty i szczegółowy.
3. Merytoryczna ocena rozprawy
Omówienie i interpretację wyników badań Doktorant przedstawił w rozdziale 5.
„Omówienie wyników badań własnych i dyskusja”, w którym bardzo szczegółowo omówił i
4
przeanalizował wpływ ocenianego nawożenia na wielkość i jakość plonów lucerny siewnej
oraz właściwości chemiczne gleby.
Wyniki badań zaprezentowane w ocenianej pracy:

wskazują, że w warunkach doświadczenia plon lucerny wzrastał pod wpływem
zastosowanego nawożenia i pozostawał najwyższy na obiektach, na których stosowano
nawożenie mineralne (NPK) z mikroelementami.

świadczą, że stosowane w doświadczeniu nawożenie nie wpływa istotnie na zawartość
białka w roślinie ale jednocześnie jest czynnikiem, który wraz z terminem zbioru
lucerny istotnie modyfikuje plon białka. Największe plony białka uzyskiwano w
pierwszym terminie zbioru na kombinacji NPKMo2.

dowodzą, że nawożenie wpływa na aktywność biologiczną gleby. Aktywność
nitrogenazy w glebie oznaczona po 24 i 48 godzinach wskazuje na celowość nawożenia
lucerny mikroelementami, takimi jak Fe i Mo. Najwyższą aktywność tego enzymu
oznaczaną po 24h uzyskano na kombinacji NPKMo2, a oznaczaną po 48 godzinach na
kombinacji NPKFe1Mo1.

wskazują, że zastosowane nawożenie mineralne NPKFeMo wpływa korzystnie na ilość
azotu wiązanego przez bakterie symbiotyczne. Największą ilość azotu (616 kg.ha-1)
związanego w biomasie lucerny uzyskano na kombinacji NPKFe1Mo1 i była ona 5-cio
krotnie większa w porównaniu z ilością określoną dla roślin z obiektu kontrolnego.

pozwalają stwierdzić, że w warunkach środkowo-wschodniej Polski zaleca się w
uprawie lucerny siewnej stosować nawożenie mineralne NPKFe1Mo1 w dawce N-20, P22, K-124,5, Fe-0,5 i Mo-0,5 kg·ha-1.
Rozdział ten jest dobrze napisany i w sposób logiczny ilustruje wszechstronną
znajomość tematu i stanowi wnikliwą ocenę wyników badań własnych na tle
dotychczasowego stanu wiedzy. Świadczy to pozytywnie o umiejętnościach opracowania i
przedstawiania wyników jakie Autor posiada. Wyniki badań zawarte w rozdziale 5 od strony
formalnej są poprawnie omówione. Autor zestawiając dane eksperymentalne dokonał ich
właściwej interpretacji. Praca zawiera bardzo duży materiał doświadczalny, wyniki zostały
wszechstronnie opracowane i nie budzą zastrzeżeń ani od strony merytorycznej ani pod
względem metodyki wykonanych badań.
5
Praca kończy się 10 wnioskami, które jednocześnie stanowią podsumowanie wyników
badań.
Pomimo wielu zalet ocenianej rozprawy doktorskiej – po jej dokładnym
przestudiowaniu – nasuwają się pewne sugestie i uwagi krytyczne, często natury dyskusyjnej,
takie jak:
Rozdział: Przegląd piśmiennictwa
- str. 17. rozdział 3.1.2. Agrotechnika i nawożenie lucerny siewnej – pierwszy akapit dotyczy
wymagań glebowych lucerny siewnej i powinien być zamieszczony w rozdziale 3.1.1.
Wymagania glebowe i klimatyczne lucerny siewnej;
- str. 27. rozdział 3.4. Aktywność nitrogenazy jako wskaźnik biologicznej redukcji N2.
Proponuję zmianę tytułu tego rozdziału gdyż obejmuje on 5 stron i dotyczy zagadnień
biologicznego wiązania azotu, a aktywność nitrogenazy opisana jest tylko w 15 wierszach
na stronie 28;
- str. 29. rysunek 1 – należy podać źródło, z którego pochodzi rysunek.
Rozdział: Materiał i metody badań
- za zbędny uważam akapit zamieszczony na stronie 33 dotyczący powstawania brodawek
korzeniowych oraz zamieszczony na stronach 34-35 rozdział 4.2. Charakterystyka rośliny
testowej. Zagadnienia te zostały w sposób szczegółowy omówione w przeglądzie
piśmiennictwa;
- dlaczego w glebie oznaczono jedynie ogólne formy Fe i Mo, których zawartość w glebie
tylko w niewielkim stopniu świadczy o dostępności danego składnika dla roślin, a nie
oznaczono form przyswajalnych – ekstrahowanych w HCl o stężeniu 1 mol·dm-3, który jest
roztworem ekstrakcyjnym wykorzystywanym przez Stacje Chemiczno-Rolnicze do
oznaczania przyswajalnych form mikroelementów w glebach?
- w jakim celu stosowano w doświadczeniu nawożenie fosforem na glebie o bardzo
wysokiej klasie zasobności w ten pierwiastek (jak wynika z tab. 3 zawartość fosforu
przyswajalnego w glebie w poziomie Ap wynosiła aż 240 mg P·kg-1)?
Rozdział: Omówienie wyników badań własnych i dyskusja
- w tabelach nr 5 i 7 przedstawiono bardzo silne zależności pomiędzy wybranymi
właściwościami gleby, a formami ogólnymi makro- i mikroelementów. Wartości
współczynników korelacji przekraczające często 0,97 są w niektórych przypadkach dosyć
dyskusyjne, np. w tabeli 5 wartość współczynnika korelacji pomiędzy całkowitą
6
zawartością azotu i siarki w glebie, a zawartością frakcji <0,002 mm wynoszą odpowiednio
0,98 i 0,99. Powszechnie wiadomo, że zawartość tych pierwiastków w glebie uzależniona
jest przede wszystkim od zawartości materii organicznej, a nie od składu
granulometrycznego gleby. Niestety w opisie wyników nie znaleziono wytłumaczenia dla
uzyskanych zależności;
- wątpliwość również budzi brak istotności dla zamieszczonych w tabeli 5 i 7
współczynników korelacji, których wartość zawiera się w granicach od 0,50 do 0,94;
- wyrażając procentowe zmniejszenie wartości badanych parametrów roślinnych i
glebowych Doktorant popełnił błędy obliczeniowe, np. na stronie 44 Doktorant pisze, że
„Kolejne terminy zbioru lucerny siewnej wpłynęły istotnie na zmniejszanie plonu świeżej
masy (2 termin – zmniejszenie o 32,5%, 3 termin – zmniejszenie o 12,7%, 4 termin –
zmniejszenie o 123,5%)” - plon nie mógł się zmniejszyć bardziej niż o 100%. Podobne
błędy popełniono w przypadku pozostałych badanych parametrów;
- w pracy przedstawia te same wyniki badań przedstawiane są w formie wykresów oraz
tabelarycznej. W pracy powinien być wybrany jeden sposób prezentacji wyników.
Ponadto na wykresie 2 dane nie zgadzają się z tekstem i tabelą nr 6 z aneksu;
- w tabelach 24-27 wartości NIR są bardzo małe i stanowią poniżej 0,01 wartości średnich.
Pomimo dużego wyrównania wyników tak małe wartości NIR budzą wątpliwość. Podobnie
małe wartości NIR znajdują się w tabelach 31 i 32 oraz 50 i 51;
- dlaczego omawiając wyniki badań Doktorant odnosi się w przypadku fosforu i potasu
jedynie do form całkowitych w glebie a nie form przyswajalnych, których ilość w glebie
decyduje o zaspokajaniu potrzeb pokarmowych roślin?
- omawiając wpływ badanych czynników na zmiany właściwości gleby niejednokrotnie
wykazywany jest wpływ nawożenia, terminu zbioru lucerny oraz lat badań na zmiany
zawartości ogólnych form makro- i mikroelementów w glebie. Powszechnie wiadomo, że
o ogólnej zawartości pierwiastków, takich jak P, K, Fe i Mo w glebie decyduje przede
wszystkim skała macierzysta, z której gleba została wytworzona, a zmiany zawartości tej
formy zachodzą bardzo powoli. Czym Doktorant tłumaczy stwierdzone w badaniach
własnych zależności?
- w jakim celu dokonano analizy korelacji pomiędzy zawartością ogólnych form Fe i Mo w
glebie dla wybranych terminów w poszczególnych latach – tabela 61? Wykazywanie
istotnego związku np. pomiędzy zawartością molibdenu w glebie po trzecim terminie
7
zbioru lucerny w roku 2012, a zawartością tego pierwiastka w glebie po czwartym
terminie zbioru w roku 2012 oraz pierwszym terminie zbioru w roku 2013 i drugim
terminie zbioru w roku 2014 jest w opinii oceniającego nieuzasadnione i wymaga
szerszego wytłumaczenia ze strony Autora;
- dlaczego aktywność nitrogenazy w glebie jest przedstawiona tylko dla wybranych
terminów (pierwszy termin zbioru w roku 2013, trzeci i czwarty termin w roku 2012 oraz
drugi termin w roku 2014)? Na jakiej podstawie właśnie te terminy zostały wytypowane.
Informacja taka powinna znaleźć się już w rozdziale 4 – Materiał i Metody Badań;
Rozdział: Stwierdzenia i Wnioski
- zgodnie z przyjętymi standardami rozdział ten powinien być zatytułowany jako Wnioski;
jednocześnie uważam, że zamieszczone w tym rozdziale wnioski są niejednokrotnie zbyt
szczegółowe i mają charakter stwierdzeń dlatego powinny zostać przeredagowane;
Rozdział: Piśmiennictwo
- poz. 21 – Cieśla i Koper 1990 – nie odnaleziono w tekście pracy; w tekście natomiast
znajduje się pozycja Cieśla i in. 1977;
- poz. 48 i 49 Głowniak i in. 2007 – czy to są dwa różne artykuły czy ten sam wpisany dwa
razy?
- poz. 104 – Marcinek i in. 2011 – brak cytowania w tekście;
- poz. 144 – Sawicka 1998 – brak w tekście pracy; prawidłowe cytowanie znajduje się chyba
pod nr 143 – Sawicka 1997;
Pozostałe drobne błędy natury głównie redakcyjnej zaznaczono w tekście pracy.
Jeszcze raz chciałabym podkreślić, że zamieszczone uwagi są niejednokrotnie
dyskusyjne i mają charakter porządkujący, nie dotyczą strony merytorycznej oraz w żaden
sposób nie umniejszają wartości ocenianej rozprawy.
4. Wniosek końcowy
Pan mgr inż. Wojciech Zenon Skorupka zrealizował zarówno poznawczy jak i
praktyczny cel dysertacji wnosząc nowe elementy do wiedzy na temat wpływu nawożenia na
plonowanie lucerny siewnej. Rozprawa ma charakter oryginalny i jest dobrze zaplanowana i
wykonana. Doktorant wykazał się dociekliwością w interpretacji wyników jak również dużą
umiejętnością w zakresie prac laboratoryjnych i techniki analitycznej.
8
9