Recenzja Optymalizacja produkcji białka w uprawie lucerny siewnej (Medicago sativa L.)

Transkrypt

1 Warszawa 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 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

2 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

3 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 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, NPKFe 1, NPKMo 1, NPKFe 1 Mo 1, NPKFe 2, NPKMo 2, NPKFe 2 Mo 2. 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 HNO 3 w stosunku 3:1, 3

4 metodą ICP-AES na spektrofotometrze emisyjnym z indukcyjnie wzbudzona plazmą firmy Perkin Elmer model Optima 3200 RL, przyswajalne formy azotu N-NH + 4 i N-NO - 3, 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

5 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 NPKMo 2. 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 NPKMo 2, a oznaczaną po 48 godzinach na kombinacji NPKFe 1 Mo 1. 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 NPKFe 1 Mo 1 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 NPKFe 1 Mo 1 w dawce N-20, P- 22, 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

6 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 Agrotechnika i nawożenie lucerny siewnej pierwszy akapit dotyczy wymagań glebowych lucerny siewnej i powinien być zamieszczony w rozdziale Wymagania glebowe i klimatyczne lucerny siewnej; - str. 27. rozdział 3.4. Aktywność nitrogenazy jako wskaźnik biologicznej redukcji N 2. 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 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

7 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 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

8 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 czy to są dwa różne artykuły czy ten sam wpisany dwa razy? - poz. 104 Marcinek i in 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 9