Prof. dr hab. Witold Grzebisz, Katedra Chemii Rolnej i Biogeochemii Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu

Hierarchia czynników produkcji - kategorie plonów

Plony roślin uprawnych w Polsce na tle krajów Europy Zachodniej są ogólnie niskie, a do tego wykazują duże wa­hania sezonowe. Wskazanie przyczyny tego stanu wymaga określenia plonotwórczej roli wielu czynników, zarówno natu­ralnych, jak i agrotechnicznych, czy też ekonomicznych. W produkcji roślinnej podstawą działania rolnika jest ustale­nie kolejności czynników, odpowiedzialnych za tempo wzro­stu uprawianej rośliny, wykształcenie elementów struktury plonu, fizyczną wielkość plonu i jego technologiczną jakość. Czynniki produkcyjne w cyklu życiowym uprawianej rośliny, dzielą się na trzy grupy:

Określające plon:

• roślinne: odmiana, fenologia, struktura łanu (plantacji),
• środowiskowe: promieniowanie słoneczne, C0₂, temperatura.

Ograniczające plon:

• woda,
• azot,
• składniki warunkujące wykorzystanie wody i azotu (pH, fosfor, potas, magnez, siarka, mikroelementy).

Redukujące plon:

• choroby, szkodniki,
• zanieczyszczenie powietrza, wody, gleby.

Na podstawie przyjętej hierarchii czynników ustala się po­ziom plonów możliwych do uzyskania w danym siedlisku, na podstawie których opracowuje się technologię uprawy, obejmującą zabiegi podstawowe, nawożenia i ochronę łanu (plan­tacji) wykres 1. Najwyższą, rozważaną kategorią plonów jest tzw. absolutny potencjał plonowania, czyli plon teoretyczny, który oblicza się dla danego gatunku, uwzględniając jego współczynnik konwersji energii słonecznej w danej szeroko­ści geograficznej w plon użytkowy. Drugą w kolejności wagi kategorię prezentuje tzw. plon hodowlany, czyli maksymal­ny plon odmiany uprawianego gatunku. Różnica między obu tymi kategoriami, określana jako rezerwa plonu (wirtualnie utracony plon) jest domeną hodowców. Trzecia kategoria plo­nów, czyli plon maksymalny reprezentuje rzeczywisty po­tencjał plonowania uprawianego gatunku w danym siedlisku. Podstawowymi wyznacznikami tej kategorii plonów są opady i warunki termiczne. Przykładowo, dla pszenicy, jako głównej rośliny uprawnej, plony maksymalne w Polsce oszacowano na poziomie 6,5 t/ha. Drugim, współrzędnym, lecz warunko­wanym opadami, wyznacznikiem tej kategorii plonu jest azot. Plony maksymalne pszenicy oszacowane w Polsce na pod­stawie tego kryterium kształtują się w zakresie 5,8-6,2 t/ha. Czwarta kategoria plonów, tzw. plony rzeczywiste odzwier­ciedlają aktualne warunki produkcji na danym polu. W pierw­szej kolejności warunkowane są efektywnością stosowanego azotu, wynikającą z odczynu gleby, jej zasobności w składni­ki pokarmowe, takie jak potas, magnez, fosfor, siarka i mikro­składniki. Zasobność gleb uprawnych w Polsce w te składniki jest ogólnie niska, a do tego w ostatnich 20 latach rolnicy z przyczyn ekonomicznych drastycznie zredukowali zużycie potasu i fosforu, nieświadomie prowadząc do zmniejszenia produktywności azotu, uzależniając tym samym wielkość uzy­skiwanych plonów od przebiegu warunków pogodowych.

W tej samej kategorii czynników rozpatruje się plonotwórczą rolę ochrony roślin. Jak przedstawiono na wykresie 2, optymalny poziom ochrony fungicydowej łanu pszenicy ozimej, zwiększa efektywność stosowanego azotu, lecz po­przez utrzymanie liści w dłuższym okresie w stanie aktywno­ści fotosyntetycznej.

Rola składników pokarmowych w ochronie rośliny przed patogenami

Rola pierwiastków, zwanych składnikami pokarmowymi, w tworzeniu mechanizmów obronnych rośliny w reakcji na atak patogena wynika z ich wpływu, zarówno na ogólny stan procesów życiowych, jak i na uruchomienie specyficznych mechanizmów obronnych, warunkowanych stanem odżywie­nia danym składnikiem pokarmowym (mineralnym). Ujawnie­nie się choroby na uprawianej roślinie wynika ze współdziała­nia trzech czynników, tworzących tzw. trójkąt chorobowy: roślina, patogen, środowisko życia rośliny i patogena.

Dostępność wody, azotu oraz pozostałych składników mi­neralnych, warunkowana przebiegiem pogody (opady, tem­peratura) kształtuje, zarówno środowisko wzrostu rośliny, jak i patogena.

Rola poszczególnych składników mineralnych w tworze­niu i aktywowaniu mechanizmów obronnych rośliny ujawnia się w kolejnych fazach patogenezy. Pierwszy obejmuje kiełkowanie spory na powierzchni tkanki roślinnej. Okazuje się, że proces ten pobudzany jest przez specyficzne związki, zwane „atraktantami", wydzielanymi przez komórki tkanek okrywowych rośliny do ryzosfery (powierzchnia gleby przyle­gająca bezpośrednio do korzenia) lub do fyllosfery (strefa at­mosfery przylegająca do tkanek nadziemnych, liście łodygi, owoce). Związkami tymi są głównie cukry i niskocząsteczkowe związki azotu. Intensywność ich wydzielania wzrasta w warunkach luksusowego odżywienia roślin azotem. Kiełku­jąca spora, aby dotrzeć do składników odżywczych (cukry, białka, składniki mineralne), zapewniające jej wzrost musi wpierw pokonać bariery biofizyczne rośliny, które tworzą kutikula i blaszka środkowa, a także błona komórkowa.

Sprawność tej linii obronnej rośliny warunkują:

• grubość kutikuli komórek skórki,

• zawartość ligniny w ścianie komórkowej (warunkowane od­żywieniem rośliny K, S, Fe, Cu),

• zawartość wapnia i boru w blaszce środkowej (lepiszcze łą­czące komórki ze sobą,

• duże ciśnienie osmotyczne w komórce (jony potasu i chloru).

Na atak patogena w większym stopniu narażone są tkan­ki młodsze rośliny o małej zawartości ligniny. W zbożach ważną funkcję obronną pełni także krzem, który akumuluje się w ścianach komórek epidermy liści, korzeni, a także w wiązkach naczyniowych. W produkcji roślinnej, opartej o in­tensywne nawożenie azotem, przebieg procesów życiowych prowadzi do wzrostu udziału tkanek młodych, podatnych na atak patogenów i szkodników. W dodatku duże zagęszczenie roślin i duża wilgotność powietrza w łanie (plantacji), a także łatwy dostęp patogena do dostępnych zasobów azotu w rośli­nie sprzyja jego dynamicznemu mnożeniu się.

Infekcja rośliny zachodzi jednak dopiero w momencie, gdy strzępki patogena pokonają barierę, jaką jest błona ko­mórkowa pojedynczej komórki. W tym miejscu ujawnia się ro­la poziomu odżywienia uprawianej rośliny potasem i chlorem. Zaobserwowano, że im większe ciśnienie osmotyczne w ko­mórce, tym wolniejsza penetracja strzępek grzyba. Na tym etapie patogenezy rola składników pokarmowych ujawnia się w dwojaki sposób. Szybkość i stopień reakcji rośliny na atak patogena zależy od szybkości i intensywności przesłania sy­gnału hormonalnego, którego intensywność warunkuje stan odżywienia rośliny potasem. Naruszenie błony komórkowej powoduje bowiem wyciek jonów K⁺ z cytoplazmy do apopla- stu, w połączeniu z jednoczesnym dopływem do zainfekowa­nej komórki jonów Ca²⁺ i H⁺. Tylko rośliny dobrze odżywione potasem są w stanie wygenerować silny sygnał, który uruchamia całą kaskadę mechanizmów obronnych rośliny. Uby­tek potasu wyzwala aktywność oksydazy NADPH (zredu­kowana forma fosforanu dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego), która generuje pojawienie się wolnych rodników tle­nowych (skutek nekrozy blaszki liściowej). Natomiast wzra­stająca koncentracja jonów wapnia w cytoplazmie pobudza procesy, wywołujące wtórną reakcję obronną. W przesyłaniu sygnału o zagrożeniu istotną rolę odgrywają hormony roślin­ne: kwas salicylowy (SA), kwas jasmowy (JA) oraz etylen (ETY), których synteza w znacznym stopniu zależy od stanu odżywienia rośliny siarką. W drugim etapie reakcji rośliny na stres biotyczny, wywołany sygnałem hormonalnym, urucha­miają się mechanizmy obronne, prowadzące do syntezy związków strukturalnych w strefie infekcji. Deponowane tam związki, takie jak kaloza, suberyna, lignina, białka struktural­ne prowadzą do fizycznego oddzielenia tkanek zdrowych od zaatakowanych przez patogena. W syntezie kalozy niezbędne są: miedź, potas, żelazo, siarka. Rośliny produkują także sze­reg związków specyficznych, takich jak fitoaleksyny, których synteza związana jest ze stanem odżywienia cynkiem.

Równowaga żywieniowa rośliny - ochrona przed patogenami

Roślina uprawna w całym okresie wegetacji, rzadko kiedy osiąga stan tzw. równowagi żywieniowej. Przez większość cyklu życiowego znajduje się ona w stanie niezbilansowania.

Tabela 1. Wpływ składników pokarmowych na podatność pszenicy na atak patogenów

Datnoff i in., (2007)

Aktualny Program Ochrony Roślin Rolniczych do kupienia w naszym sklepie internetowym www.hortpress.com