Z roku na rok obserwujemy liczne sygnały, że otaczający nas świat podlega ciągłym zmianom. Obserwowany jest systematyczny wzrost globalnej temperatury i stężenia dwutlenku węgla w atmosferze. Wydłużeniu ulegają okresu suszy, a skróceniu ulegają okresy obfitujące w opady. W takiej sytuacji zarówno przed producentami rolnymi jak i naukowcami stoi wyzwanie mające na celu opracowanie odpowiednich systemów uprawy i odmian które pozwolą na kontynuowanie produkcji roślinnej w warunkach zmieniającego się klimatu.

Zdaniem Stratonowicza i Semenowa [2015] wysoka temperatura w okresie kwitnienia pszenicy i po nim może powodować spadek ilości ziarniaków w kłosie Challinor i in. [2016]. Asseng i in. [2015] oraz Lobell i in. [2012] twierdzą, że przyspieszony rozwój i proces starzenia się roślin u pszenicy może skutkować obniżeniem ich potencjału plonowania. Według Balla i in. [2011] susza może powodować spadek plonu pszenicy, dlatego też w związku ze zmianami klimatycznymi należy uprawiać odmiany tego gatunku, które wykazują większą tolerancję na tego rodzaju stres. Ten sam autor uważa także, że pszenica źle znosi stres związany z wysoką temperaturą
i powoduje on spadek plonowania o około 31%. Porównanie odmiany wrażliwej i tolerującej okresowo wysoką temperaturę

Odmiana pszenicy wrażliwa na stres wysokiej temperatury, a od prawej odmiana tolerancyjna

Odmiany kukurydzy wrażliwa i tolerancyjna [Ni 2018 zmodyfikowane, CIMMYT]

Badania Lobella i in.[2011] prowadzone w Afryce Subsaharyjskiej dowiodły, że każdy wzrost choćby o 1% ilości dni o temperaturze wyższej niż 30^OC skutkuje spadkiem plonowania roślin kukurydzy. Stres spowodowany suszą powoduje zdaniem Kamara i in. [2003] spadek plonowania roślin kukurydzy o od 63 do 87%, dlatego w nadchodzących latach sugeruje on wybór odmian, które są odporne na krótkotrwałe okresy suszy lub też nie będą one na tego rodzaju stres tak wrażliwe. Kumundini i in. [2014] uważa, że adaptacje do zmian klimatu u roślin można uzyskać łącząc fenologie z długością sezonu wzrostu, który powiązany jest z odmianami o zmiennej długości dni i reagujących na zmieniającą się temperaturę.

Dla większości roślin uprawnych geny odpowiedzialne za przystosowanie się do zmieniającej się temperatury i poziomu opadów obecne są w ich naturalnych genomach i pozwolą im przystosowywać się do zachodzących zmian w środowisku przez najbliższe 100 lat [Burkei in. 2009; Braun i in. 2010]. Zdaniem Rosenzweiga i Livermana [1992] oraz McCarthyego i in. [2001], dalsze zmiany klimaty zachodzące w środowisku przyrodniczym mogą doprowadzić do spadku produktywności roślin uprawnych, a skala tego może być zróżnicowana w zależności od regionu. Zdaniem Haverkorta [1990], ziemniak może rosnąć w wielu różnych środowiskach, ale najlepiej przystosowany jest do klimatu umiarkowanego, dlatego też dalszy wzrost temperatury globalnej może spowodować spadek jego plonowania, gdyż temperatura powyżej 17^OC osłabia jego tuberyzację [Reynolds i Ewing 1989; Stol i in. 1991]. Dlatego też koniecznością jest prowadzenie selekcji odmian tej rośliny pod kątem ograniczenia tego problemu.

Mehazery – Laghab i in. [2003] stwierdził, że rośliny słonecznika są bardzo podatne na stres wysokiej temperatury, gdyż w wyniku tego stresu poziom ich plonowania spada o 60%. Dlatego w kontekście zmieniającego się klimatu do uprawy zalecany byłyby odmiany, które charakteryzowała by niższa podatność na tego rodzaju stres.

Dlatego tak ważna jest uprawa odmian charakteryzujących się wysoką odpornością na wysokie temperatury i wynikający z tego stres niedoboru wody.

Rośliny kukurydzy na spękanej od wysokiej temperatury i braku dostatecznej wilgoci glebie [hobbyfarms.com]

 

Wpływ techniki i technologii uprawy gleby na ilość (zawartość) wody dostępnej dla roślin

Jednym z podstawowych czynników decydujących o rozwoju i plonie roślin uprawnych jest woda w glebie, dostępna dla roślin w okresie ich wegetacji. Jej obieg w tym środowisku ilustruje rysunek 1.

Rys. 1. Straty wody opadowej poprzez transpirację, ewaporację, spływ powierzchniowy i odpływ gruntowy, zależne od infiltracji i retencji wody w glebie z roślinami [na podstawie: Kuś 2016]

Dlatego też jednym z głównych zadań, stawianych niezmiennie od lat uprawie gleby, jest tworzenie optymalnych warunków wilgotnościowych dla uprawianych roślin. Ma to szczególne znaczenie przy ekstremalnych zjawiskach pogodowych: intensywnych opadach i okresowych suszach. Oznacza to, że uprawa gleby powinna sprzyjać [Talarczyk, Łowiński, 2018]:

• infiltracji (wsiąkaniu) wody w głąb profilu glebowego;
• retencji (magazynowaniu) wody w glebie;
• odprowadzeniu nadmiaru wody;
• udostępnieniu zapasów wody glebowej roślinom.

Zadanie to realizowane jest równolegle z innymi zadaniami (często równie ważnymi) poprzez:

• odpowiedni dobór konstrukcji narzędzi oraz sposobu ich stosowania i wykorzystania, oddziaływujących na glebę w procesie jej uprawy;
• odpowiedni dobór kolejności i terminu ich stosowania (wykorzystania) w cyklu zarówno rocznym jak
  i wieloletnim.

Powyższe „odpowiednie dobory” uwarunkowane są konkretnymi warunkami przyrodniczymi i agrotechnicznymi. W związku z dużym zróżnicowaniem tych czynników w praktyce, a także „innych zadań” stawianych uprawie gleby, powstało kilka systemów uprawy gleby wykorzystujących różne konstrukcje narzędzi i technologie ich stosowania. Nie istnieje jeden uniwersalny dla różnych warunków system uprawy i zestaw narzędzi oraz sposób ich wykorzystania.

 

System uprawy gleby	Narzędzie uprawowe	Zabieg uprawowy	Działania poprawiające warunki wilgotnościowe w glebie
płużny	pług	orka siewna	- Maksymalne wyrównanie powierzchni gleby: nie powinny być widoczne kolejne przejazdy pługa ani grzbiety skib. - Na glebach zwięzłych stosowanie równocześnie z orką pierścieniowych wałów krusząco-zagęszczających.
		orka przedzimowa	Maksymalne różnice między grzbietami skib i zagłębieniami nie powinny przekraczać 5 cm.
	agregat uprawowy	uprawa przedsiewna	- Realizowana bezpośrednio po orce zapobiegając zbryleniu gleby w wyniku jej wyschnięcia,. - Wykonywana jak najpłycej, najlepiej na głębokość siewu lub niewiele większą. - Właściwy dobór elementów roboczych do warunków glebowych aby uzyskać optymalne (rys. 4) jej rozdrobnienie: nasiona w glebie o gruzełkowatej strukturze powinny leżeć na wyraźnie zagęszczonym podłożu (aby przerwać podsiąkanie kapilarne i zapobiec utracie wilgoci wskutek parowania). - Im mniej zabiegów uprawowych przed siewem i krótsza przerwa (między uprawą a siewem), tym więcej wody zostanie w glebie dla nasion i roślin (najkorzystniej połączyć uprawę przedsiewną z równoczesnym wysiewem nasion jednym agregatem uprawowo-siewnym). - Właściwy wybór w agregacie opcji wykonywania wałowania czy bronowania warstwy powierzchniowej w zależności od warunków glebowych (tj. poziomu wody gruntowej, pory roku, ilości opadów) - rys. 5.
bezpłużny: z płytką uprawą powierzchniową bezpłużny: z głęboką uprawą powierzchniową	brona talerzowa,	- mulczowanie wierzchniej warstwy gleby (tj. mieszanie materii z glebą) - mulczowanie międzyrzędzi	- Właściwy dobór elementów roboczych i ich ustawienia (regulacji), aby uzyskać równomierne wymieszanie. - Praca (agregatowanie) z odpowiednimi wałami, o właściwej powierzchni roboczej i nacisku do warunków. - Mulczowanie przedsiewne na bazie resztek pożniwnych słomy należy wykonywać, jeśli to możliwe, w warunkach jej nawilgocenia (np. wczesnorannych, po opadach) a nie pełnego wysuszenia. Korzystne jest wykorzystanie zielonych roślin międzyplonu na zielony nawóz (np. gorczycy) - rys. 6.
	kultywator ścierniskowy
	kultywator do głębokiego kultywatorowania	miejscowe rozluźnienie gleby i poprawa warunków wodno-powietrznych	Właściwy dobór elementów roboczych do warunków glebowych aby uzyskać optymalny efekt zabiegu - rys. 7.
bezpłużny pasowy (strip-till)	agregat uprawowo-siewny (siewnik, kultywator)	miejscowa uprawa, aplikacja nawozów, wysiew nasion	Właściwy dobór elementów roboczych kultywatora do warunków glebowych i produkcyjnych - rys. 8 i 9.
zerowy	siewnik do siewu bezpośredniego	wysiew nasion lub nasion z nawozem	Dokładne dociśnięcie nasion do bruzdy nasiennej. Wskazane usunięcie z otoczenia nasion słomiastych resztek pożniwnych - rys. 10.

 

Rys. 2. [www.vaderstad.com]

 

Rys. 3

 

 

Rys. 4. Wpływ wielkości gruzełków na przesuszanie gleby, dostęp do wilgoci i składników pokarmowych [www.vaderstad.com i agrofakt.pl]

 

Rys. 5. Ilustracja wpływu wałowania (a) i bronowania (b) wierzchniej warstwy gleby na kształtowanie stosunków wodnych w zależności od poziomu wody gruntowej.

Rys. 6

Rys. 7. [www.vaderstad.com]

Rys. 8. [www.vaderstad.com]

Rys. 9. Szczeliny powstające po zębach kultywatora drenują glebę odprowadzając nadmiar wody opadowej a także powodują, że rośliny lepiej ją wykorzystują z otoczenia korzeni [www.vaderstad.com]

Rys. 10. Efekt siewu bezpośredniego w ściernisko zależy od konstrukcji siewnika [www.vaderstad.com].

 

Wykorzystana literatura

• Asseng S., Ewert F.P., Martre R.P., Rotter D.B., Lobell D., Cammarano B.A., Kimball M.J., Ottman G.W., Wall J.W., White M.P., Reynolds P.D., Alderman P.V.V., Prasad P.K., Aggarwal J., Anothai B., Basso C., Biernath A.J. Challinor G., De Sanctis J., Doltra E., Fereres M., Garcia-Vila S., Gayler G., Hoogenboom L.A., Hunt R.C., Izaurralde M., Jabloun C.D., Jones, K.C. Kersebaum, A.K. Koehler, C. Muller, S. Naresh Kumar, C. Nendel, G. O'Leary, J.E. Olesen, T. Palosuo E., Priesack E., EyshiRezae, A.C., Ruane M.A., Semenov I., Shcherbak C., Stockle P., Stratonovitch T., Streck I., Supit F., Tao P.J., Thorburn K., Waha E., Wang D., Wallach J., Wolf Z., Zhao Y., Zhu., 2015: Rising temperatures reduce global wheat production. Clim. Change, 5.
• Balla K., Rakszegi M., Li Z., Bekes F., Bencze S., Veisz O., 2011: Quality of winter wheat in relation to heat and drought shock after anthesis. Czech J. Food Sci. 29.
• Braun H.J., Atlin G., Payne T., 2010: Multi-location testing as a tool to identify plant response to global climate change. M.P. Reynolds (Ed.), Climate Change and Crop Production. CABI Climate Change Series I, CAB International, Wallingford, UK.
• Burke M.B., Lobell D.B., Guarino , 2009: Shifts in African crop climates, and the implications for crop improvement and genetic resource conservation. Glob. Environ. Change.
• Challinor A.J., A Koehler.-K., Ramirez-Villegas J., Whitfield S., Das B., 2016: Current warming will reduce yields unless maize breeding and seed systems adapt immediately. Clim. Change.
• Haverkort A.J. 1990: Ecology of potato cropping systems in relation to latitude and altitude. AgrSyst 32.
• Kamara A.Y., Menkir A., Badu-Apraku B., Ibikunle O., 2003: The influence of drought stress on growth, yield and yield components of selected maize genotypes. J. Agric. Sci. 141.
• Kumundini FH., Andrate KJ., Boote GA., Brown KA., Dzotsi GO., Edmades T., Gocken M., Goodwin AL., Halter GL., Hammer JL., Hatfield JW., Jones AR., Kemanian SH., Kim J., Kinry JI., Lizaso C., Nendel RL., Nielsen B., Parent CO., Stöckle, F. Tardieu, P.R. Thomison, D.J. Timlin, T.J. Vyn, D. Wallach, H.S. Yang, M., 2014: Predicting maize phenology: intercomparison of functions for developmental response to temperature. Agron. J., 106:2087-2097
• Lobell D., Bänziger M., Magorokosho C., Vivek B., 2011: Nature Climate Change.
• Lobell D.B., Sibley A., Ortiz-Monasterio J.I., 2012: Extreme heat effects on wheat senescence in India. Clim. Change, 2.
• Mazahery-Laghab H., Nouri F., Abianeh H.Z., 2003: Effects of the reduction of drought stress using supplementary irrigation for sunflower (Helianthus annuus) in dry farming conditions. Pajouheshva Sazandegi Agron. Hortic. 59.
• Mc Carthy J.J., Canziani O.F., Leary N.A., Dokken D.J., White K.S., 2001: Climate Change 2001. Impacts, Adaptation, and Vulnerability. Contribution of Working Group I1 to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Cambridge University Press, Cambridge, UK.
• Reynolds M.P., Ewing E.E., 1989: Effects of high air and soil temperature stress on growth and tuberization in Solanum tuberosum. Ann Bot 64(3).
• Rosenzeig C., Liverman D., 1992: Predicted effects of climatechange on agriculture: A comparison of temperate and tropical regions. W: SKMajumdar (ed.), Global Climate Change: Implications, Challenges, and Mitigation Measures. The Pennsylvania Academy of Sciences, Philadelphia.
• Stol W., de Koning G.H.J., Haverkort A.J., Kooman P.L., van Keulen H., Penning de Vries F.W.T., 1991: Agroecological characterization for potato production. A simulation study at the request of the International Potato Center (CIP), Lima, Peru. CABO-DLO, Report 155.
• Stratonovitch P., Semenov M.A., 2015: Heat tolerance around flowering in wheat identified as a key trait for increased yield potential in Europe under climate changeJ. Exp. Bot.
• Zhongfu N., Hongjian Li., Yue Z., Huiru P., Zhaorong H., Mingming X., Qixin S., 2018: Genetic improvement of heat tolerance in wheat: Recent progress in understanding the underlying molecular mechanisms. The Crop Journal 6(1).

Opracował:

dr hab. Zbigniew Kogut prof. ITP - Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.

Instytut Technologiczno-Przyrodniczy - www.itp.edu.pl

Racjonalne i bezpieczne nawożenie azotem
Obieg azotu w ekosystemie

Azot jest pierwiastkiem niezwykle rozpowszechnionym w przyrodzie. Krąży on nieustannie, dzięki czemu następuje jego ciągła wymiana pomiędzy atmosferą, glebą a organizmami żywymi. Niezastąpioną rolę w tym procesie odgrywają bakterie. To właśnie one redukują azot atmosferyczny do azotu amonowego, przyswajalnego dla roślin. Proces ten przeprowadzają tzw. bakterie brodawkowe, żyjące w symbiozie z roślinami bobowatymi, oraz obecne w glebie bakterie wolnożyjące, głównie z rodziny Azotobacter. Jest to szczególnie ważny proces, gdyż nie ma innej drogi włączenia azotu w obieg materii żywej. Żadne inne organizmy nie posiadają enzymu nitrogenazy i nie potrafią przeprowadzać asymilacji azotu cząsteczkowego.

Rośliny zielone i bakterie żyjące w środowisku glebowym przyswajają azot w większości z obecnych w glebie związków azotowych (jony azotanowe i amonowe). Związki azotu obecne w glebie pochodzą z mineralizacji/rozkładu materii organicznej i z nawozów azotowych, do których zaliczymy m.in. nawozy amonowe, saletrzane, saletrzano-amonowe oraz nawozy amidowe (mocznik). Azot wbudowywany jest następnie w tkanki roślinne i dopiero w tej formie może być wykorzystany przez organizmy heterotroficzne – cudzożywne, dla których substancje odżywcze stanowią inne organizmy roślinne lub zwierzęce żywe lub martwe).

czytaj całość...