Instytut Ogrodnictwa 2012

Transkrypt

1

2

3 Zdjęcia: Aneta Chałańska, Eligio Malusa, Beata Meszka, Czesław Ślusarski Opracowanie redakcyjne: Teresa Ligocka Wszelkie prawa zastrzeżone Instytut Ogrodnictwa 2012 Druk: PPHU Graf-Sad S.C., Skierniewice, ul. Sobieskiego 16

4 3 1. Wstęp Intensyfikacja produkcji ogrodniczej, poza oczywistymi korzyściami, przyniosła także skutki negatywne, w tym zwiększone zagrożenie ze strony chorób i szkodników glebowych. Przez dziesiątki lat do zwalczania agrofagów żyjących w glebie stosowano bromek metylu, jednak zakaz stosowania tego fumigantu od 2005 roku spowodował potrzebę poszukiwania nowych metod ograniczania ich występowania i szkodliwości. Na szczególną uwagę zasługuje możliwośd stosowania metody integrowanej z wykorzystaniem różnych praktyk ukierunkowanych na zrównoważone zwalczanie szkodników i chorób odglebowych. Bardzo skuteczne w zwalczaniu nicieni i chorób odglebowych są prekursory izotiocyjanianu metylu (metam sodowy i metam potasowy) w formie preparatów płynnych oraz dazomet, w formie granulatu. Po wymieszaniu ich z glebą uwalniają się substancje toksyczne dla agrofagów. Jednakże, pomimo szerokiego spektrum działania tych biocydów, ich efektywnośd może byd niedostateczna z powodu ograniczonej dyfuzji gazów w glebie lub niewłaściwego stosowania (na przykład, przy nieodpowiedniej temperaturze lub wilgotności gleby), albo z powodu ich emisji do atmosfery (która może wynosid od 20% do 90% zastosowanego fumigantu). Aby uzyskad większą skutecznośd, zaproponowano sekwencyjne stosowanie wymienionych fumigantów w kombinacji z innymi chemicznymi substancjami (na przykład chloropikryną lub 1,3-dichloropropenem), a także użycie metod obniżających emisję. Należy tu wymienid zwłaszcza: i/ mniejszą częstotliwośd stosowania; ii/ stosowanie gazoszczelnych folii (VIF); iii/ podawanie preparatów przez systemy nawadniania kroplowego (drip application); iv/ jednoczesne stosowanie materiałów pochodzenia organicznego poprawiających jakośd gleby i innych dodatków, w tym związków chemicznych (np. tiosiarczanu amonu lub tiosiarczanu potasu). Ograniczenia, jakie pojawiły się w wyniku procesu przeglądu chemicznych substancji czynnych dopuszczonych do fumigacji gleby i trwałych produktów roślinnych, oraz narastające wątpliwości w związku z wpływem tych substancji na środowisko sprawiły, że zaistniała potrzeba opracowania alternatywnych metod zwalczania występujących w glebie szkodników i patogenów. Strategia ta obejmuje stosowanie mikroorganizmów pożytecz-

5 4 nych, takich jak czynniki ochrony biologicznej (PGPR i PGPF odpowiednio bakterie i grzyby wspomagające wzrost i rozwój roślin) oraz solaryzacja (wykorzystanie nasłonecznienia) połączone ze stosowaniem płodozmianu czy też roślin okrywowych. Takie podejście wspiera także europejskie prawodawstwo, co znalazło wyraz w dyrektywie 2009/128, ustalającej ramy działao Wspólnoty na rzecz zrównoważonego stosowania pestycydów. O ile stosowanie pestycydów oraz wysoko wydajnych i odpornych odmian, w celu eliminacji lub ograniczenia szkodliwości chorób roślin i nicieni, jest metodą znaną i wdrożoną, to prowadzenie integrowanej ochrony roślin jest bardziej skomplikowane, także z agrotechnicznego punktu widzenia. W tym kontekście bardzo ważna jest szeroka wiedza dotycząca możliwości stosowania różnych metod oraz doświadczenie praktyczne. Nierzadko także producent staje przed koniecznością zastosowania nowych, wcześniej nieznanych mu zabiegów. Metody niechemiczne i alternatywne fumiganty powinny byd uznawane za ważny element integrowanej ochrony roślin, pozwalający na poszerzenie spektrum zwalczanych agrofagów, zmniejszenie ilości stosowanych konwencjonalnych fumigantów oraz zminimalizowanie emisji fumigantów do atmosfery. 2. Pożyteczne mikroorganizmy Pożyteczne mikroorganizmy obejmują głównie bakterie i grzyby, które dzięki różnym mechanizmom działania poprawiają wzrost roślin i zwiększają ich tolerancję/odpornośd na atak ze strony organizmów szkodliwych Jakie mikroorganizmy uznawane są za pożyteczne? B a k t e r i e Bakterie wspomagające wzrost i rozwój roślin (PGPR) to heterogeniczna grupa nieszkodliwych bakterii kolonizujących korzenie i ryzosferę, wpływających korzystnie na wzrost i/lub zdrowotnośd roślin. Bakterie PGPR należą do różnych grup taksonomicznych: Gram-dodatnie (Frankia, Streptomyces, Bacillus i Paenibacillus) oraz Gram-ujemne (Rhizobium, Bradyrhizobium, Burkholderia i Pseudomonas). Niektóre PGPR formują struktury symbiotyczne z roślinami, np. brodawki rizobiowe, inne żyją samodzielnie w ryzosferze bądź na powierzchni, czy wewnątrz korzenia.

6 5 G r z y b y Grzyby wspomagające wzrost i rozwój roślin (PGPF) to niesymbiotyczne, saprotroficzne organizmy, które żyją samodzielnie w ryzosferze lub na powierzchni korzeni. PGPF obejmują przede wszystkim workowce (Ascomycetes: Penicillium, Trichoderma, Fusarium, Phoma, Gliocladium) i lęgniowce (Oomycetes: Pythium, Phytophthora). Należy zwrócid uwagę, że niektóre PGPF są to niepatogeniczne albo słabo wirulentne (hipowirulentne) szczepy grzybów patogenicznych. 2.2 Na czym polega wpływ organizmów pożytecznych na roślinę? Pożyteczne organizmy wchodzą w interakcję z rośliną gospodarzem na różne sposoby, przy czym większośd z nich posiada i może uruchamiad więcej niż jeden mechanizm działania równocześnie albo też w różnych okresach czasu, w zależności od warunków środowiskowych. Jednak bakteria, która wspomaga wzrost jednej rośliny, może nie mied wpływu na wzrost innych roślin albo działa na rozwój tej samej rośliny w zależności od różnych czynników występujących w biotopie. Na powyższe mechanizmy wpływają ponadto fizyczne, chemiczne i biochemiczne właściwości gleby, jej struktura, skład, temperatura i ph, wilgotnośd roślin i środowiska glebowego oraz występowanie kompleksów innych mikroorganizmów glebowych. Kompleksy mikroorganizmów w ryzosferze mogą się różnid w zależności od stosowanych praktyk rolniczych, np. płodozmianu, użycia organicznych substancji poprawiających jakośd gleby, nawadniania i nawożenia. Pierwotniaki odżywiające się bakteriami i grzybami żyjącymi w ryzosferze mogą istotnie wpływad na wielkośd i rozmieszczenie populacji mikroorganizmów ją zasiedlających. PGPR i PGPF mogą wywoład produkcję enzymów o właściwościach antybakteryjnych, antybiotyków, mogą też wpływad na rozwój organizmów drapieżnych i grzybów pasożytniczych (nadpasożytnictwo) oraz wywoływad indukcję systemicznej odporności u roślin. Efekty działania PGPR i PGPF na reakcje obronne roślin uprawianych w kulturze mogą więc podlegad zmianom w zależności od szerokiej gamy czynników agrotechnicznych, które potencjalnie wpływają na interakcje między PGPR i PGPF a ich roślinami-gospodarzami. Jednak możliwe jest takie manipulowanie różnymi kombinacjami kompleksów mikroorganizmów glebowych, aby

7 6 stymulowad odpowiedź obronną roślin i korzystnie wpływad na ich wzrost i zdrowotnośd Które z pożytecznych mikroorganizmów mogą byd stosowane w zwalczaniu patogenów glebowych? W Unii Europejskiej zarejestrowano dotychczas biopreparaty na bazie 4 szczepów bakterii i 11 szczepów grzybów, przeznaczone do ochrony roślin przed chorobami, zarówno liści, jak i korzeni. Dla porównania w USA zarejestrowano preparaty na bazie 14 szczepów bakterii i 12 szczepów grzybów. Jednakże spośród wyselekcjonowanych mikroorganizmów tylko preparaty zawierające gatunki należące do rodzaju Trichoderma są skuteczne w zwalczaniu wielu chorób odglebowych. Potencjał różnych gatunków grzybów z rodzaju Trichoderma, jako biologicznych czynników ochrony roślin przed chorobami odglebowymi, został po raz pierwszy rozpoznany na początku lat 30. ubiegłego wieku. Obecnie wykorzystuje się do tego celu następujące gatunki: T. harzianum (dwa szczepy), T. asperellum (dwa szczepy), T. gamsii i T. polysporum (po jednym szczepie). W Europie zarejestrowano kilka preparatów zawierających różne szczepy wymienionych gatunków Trichoderma jako środki ochrony roślin. 3. Zalety łącznego stosowania dazometu (prekursora MITC) i pożytecznych mikroorganizmów Zachęcanie do integracji metody biologicznej z fumigacją chemiczną wynika z możliwości osiągnięcia większej skuteczności zabiegów z jednoczesnym ograniczeniem ich oddziaływania na środowisko. Takie podejście oznacza także możliwośd zmniejszenia dawek substancji chemicznych i stosowania pożytecznych mikroorganizmów chroniących roślinę przed szkodliwymi organizmami, które przeżyły po zabiegu fumigacji. Praktyki zintegrowane są także korzystne z biologicznego punktu widzenia: fumigacja zredukowanymi dawkami nie tworzy w glebie biologicznej próżni, a dodanie mikroorganizmów do środowiska ze zmniejszoną po fumigacji liczebnością agrofagów zwiększa efekt ich działania, przy jednoczesnym zachowaniu naturalnie występujących pożytecznych mikroorganizmów.

8

9

10

11

12 7 Z praktycznego punktu widzenia, pozytywne działanie dazometu i metamu sodowego wynika z łatwości ich stosowania, mimo że w pewnych sytuacjach zabiegi mogą byd wykonywane jedynie przez specjalistyczne jednostki, a do dystrybucji używa się maszyn, które precyzyjnie wprowadzają produkt do gleby. W celu zmniejszenia straty produktu z powodu jego emisji stosuje się przykrywanie odkażanej gleby folią gazoszczelną (VIF) i wałowanie gleby. Emisję zmniejsza także jednoczesne stosowanie organicznych dodatków poprawiających jakośd gleby. Charakterystyczną, potencjalnie negatywną cechą substancji generującej MITC jest względnie długi czas zalegania substancji czynnej w glebie w koncentracji, która jest toksyczna dla roślin. Czas, jaki upływa od momentu zastosowania produktu do momentu sadzenia roślin lub wysiewu nasion, zależy głównie od temperatury gleby. Im niższa temperatura, tym dłuższy czas zalegania (tab. 1), jednak jeżeli zastosuje się mniejsze dawki substancji, okres ten może byd krótszy. Zabiegi fumigacyjne wspomagają pozytywny efekt uzyskany po użyciu samych pożytecznych bakterii czy grzybów. Gatunki mikroorganizmów żyjących w glebie stanowią bogate i złożone zbiorowiska. Mikroorganizmy lub ich konsorcja wprowadzone do gleby mają zwykle ograniczoną zdolnośd przeżycia w dłuższym okresie czasu po zetknięciu się z mikroorganizmami zasiedlającymi daną glebę. Dotyczy to zwłaszcza bakterii stanowiących składniki biopreparatów. Zabieg należy powtarzad kilkakrotnie podczas sezonu wegetacyjnego, czyli przez cały okres wzrostu i rozwoju roślin. Zmniejszenie w wyniku fumigacji konkurencji mikroorganizmów żyjących w glebie wpływa korzystnie na rozwój wprowadzonych mikroorganizmów, zwiększając tym samym efekty ich działania. Tabela 1: Czas zalegania dazometu i metamu sodowego w glebie w stężeniu toksycznym dla roślin Temperatura gleby na głębokości 10 cm Dazomet Metam sodowy liczba dni Ponad 18 C C C C Ponizej 8 C

13 8 Zintegrowane podejście jest także zalecane w uprawach roślin o wysokiej wartości gospodarczej uprawianych w dużym zagęszczeniu, zwłaszcza wówczas, gdy przez długi okres są sadzone na tym samym polu, np. w szkółkach. Przy produkcji rozsad i materiału szkółkarskiego konieczne jest przygotowanie roślin wolnych od szkodliwych organizmów. W tym szczególnym sektorze produkcji rolnej wdrażanie alternatywnych metod jest o wiele trudniejsze z powodu konieczności spełnienia ściśle określonych wymagao fitosanitarnych, dotyczących zdrowotności materiału rozmnożeniowego. Stosowanie alternatywnych środków pochodzenia wyłącznie niechemicznego nie jest jednak wystarczająco skuteczne w przypadku szkółek, mateczników i rozsadników. Dlatego też metody integrowanej ochrony są możliwą do realizacji opcją efektywnego zwalczania chorób i szkodników. Wyniki przedstawione w tabeli 2. wskazują, że łączne stosowanie dazometu i T. asperellum (Vital Plus) dało pewien wzrost plonów pomidorów i selerów, ale nie kapusty. Sugeruje to, że zwiększenie plonów, jako reakcja na jednoczesne stosowanie dazometu i czynnika biologicznego, może zależed od rodzaju uprawy. Pozytywny efekt fumigacji gleby z użyciem metamu sodowego w połączeniu z T. asperellum lub P. fluorescens został także zaobserwowany w uprawie sadzonek truskawek. Zastosowanie metamu sodowego w połączeniu z T. asperellum wpłynęło na wzrost produktywności roślin matecznych truskawek o 27%, a w połączeniu z P. fluorescens o 23%, w stosunku do poziomu przy użyciu samego fumigantu. Tabela 2. Wpływ zabiegów z zastosowaniem samego dazometu i w kombinacji dazometu z Trichoderma asperellum na plon warzyw z upraw polowych Zabieg Dazomet 400 kg/ha Dazomet 300 kg/ha + Trichoderma asperellum Trichoderma asperellum Kontrola (bez zabiegu) Kapusta Pomidory Seler t/ha % kontroli t/ha % kontroli t/ha % kontroli 85,6 a 119,2 114,8 ab 109,0 33,4 ab 131,5 83,0 a 115,7 120,2 a 114,2 35,0 a 137,8 68,7 b 95,7 104,8 b 99,5 28,3 bc 111,4 71,8 b ,3 b ,4 c 100

14 9 4. Technologia fumigacji i stosowanie pożytecznych mikroorganizmów Zintegrowane stosowanie chemicznych fumigantów i pożytecznych mikroorganizmów nie wymaga szczególnych technologii. Obydwa zabiegi wykonuje się w różnym czasie i wymagają one stosowania odpowiednich procedur. Zazwyczaj fumigacja chemiczna jest przeprowadzana jesienią albo wczesną wiosną, natomiast mikroorganizmy są stosowane w okresie sadzenia i wzrostu roślin. Metoda stosowania preparatów zawierających prekursory MITC zależy od rodzaju substancji czynnej i formulacji preparatu. Preparaty oparte na dazomecie mają formulację stałą i są rozprowadzane w glebie zwykłym rozsiewaczem do nawozów lub mikrogranulatów. Produkt powinien byd wymieszany z glebą w ciągu 30 minut od wysiewu. Najlepsze efekty równomiernego rozprowadzenia preparatu w glebie uzyskuje się przy użyciu specjalnej maszyny z układem dozowania umieszczonego na rotacyjnej łopacie mechanicznej i dodatkowo wyposażonej w bronę obrotową, która zapewnia całkowite wymieszanie preparatu z glebą, oraz gładki wał do ugniatania powierzchni gleby. Preparaty oparte na metamie sodowym mają formulację płynną. Są wtryskiwane specjalnym inżektorem, składającym się z noży wyposażonych w dysze do rozprowadzania fumigantu w formie stężonej. Alternatywą jest wprowadzanie preparatu do gleby przez system nawadniania kroplowego (drip irrigation), po rozcieoczeniu w wodzie. Przed zastosowaniem fumigantów glebę należy odpowiednio przygotowad, aby zapewnid właściwą dyfuzję gazów podczas zabiegu. Przed wprowadzeniem preparatu gleba powinna byd uwodniona do pełnej pojemności wodnej i do głębokości, która ma byd poddana zabiegowi (około 25 cm). Takie postępowanie jest potrzebne, aby aktywowad fizjologiczne procesy mikroorganizmów żyjących w glebie, aby ułatwid przemieszczania się nicieni do wyższych warstw gleby i stymulowad kiełkowanie nasion chwastów. W przypadku metamu sodowego nawadnianie jest sprawą zasadniczą, ze względu na płynną formę preparatu. Najlepsze wyniki fumigacji uzyskuje się wówczas, gdy preparaty są wprowadzane do gleby w warunkach 50-80% polowej pojemności wodnej, a temperatura gleby w górnej warstwie (10 cm) wynosi C. Aby określid odpowiednią dawkę preparatu, należy wziąd pod uwagę warunki glebowe, metodę i czas stosowania oraz czynniki mające wpływ na częstotli-

15 10 wośd stosowania (ph, temperaturę i wilgotnośd gleby). Stosowanie preparatów w połączeniu z pożytecznymi mikroorganizmami pozwala na użycie dawki dazometu zmniejszonej do g/m 2, a metamu sodowego do ml/m 2. W przypadku stosowania pożytecznych mikroorganizmów najczęściej stosowaną formą jest wodna zawiesina. W wielu systemach produkcyjnych materiałem nasadzeniowym jest rozsada doniczkowana lub rwana, a do nawadniania pól są stosowane deszczownie kroplowe. Taki sposób produkcji umożliwia łatwe stosowanie biologicznych środków ochrony, gdyż rozsada przed sadzeniem na miejsce stałej uprawy może byd zaszczepiona pożytecznymi mikroorganizmami, przez wprowadzenie ich do gleby na rozsadniku lub do doniczek, bądź biopreparat można zastosowad przez deszczownię kroplową już po posadzeniu roślin w polu. Dzięki tego typu nawadnianiu mikroorganizmy pożyteczne mogą byd w sposób ciągły dostarczane roślinom, a także inokula mogą byd modyfikowane w cyklu produkcyjnym, w zależności od sytuacji i potrzeb. Stosowanie chemicznej fumigacji i modyfikowanie składu inokulów może zmieniad stan zbiorowisk mikroorganizmów żyjących w glebie, co z kolei może dad lepsze efekty działania wprowadzonych do gleby pożytecznych mikroorganizmów. 5. Ekonomiczne aspekty stosowania integrowanej ochrony roślin Przy ocenie relacji koszty efektywnośd fumigacji gleby należy uwzględniad, w jaki sposób wpływa ona ogólnie na czynności prowadzone w gospodarstwie rolnym. Analiza taka powinna uwzględnid stan począwszy od wymaganych przerw po zabiegu fumigacji, które mogą skrócid cykl produkcyjny, oraz to, w jaki sposób zabiegi wpływają na cykl produkcji roślin pod kątem marketingu produktów. Kwestie wynikające z przepisów należy także uwzględniad w przypadku certyfikowanej produkcji rolnej (np. Global GAP), szczególnie, gdy wymogi dotyczące stref buforowych (co przewiduje prowadzenie upraw metodą integrowaną) mogą ograniczad obszar, na którym może byd stosowany fumigant chemiczny, lub jeśli można stosowad jedynie dawki fumigantu ustalone dla danego terenu. Podejście zintegrowane obejmuje również kwestie z punktu widzenia organizacji produkcji: rozprowadzanie inokulów nie wymaga zmiany maszyn i urządzeo używanych zwykle w gospodarstwach rolnych. Na przykład przy

16 11 stosowaniu metamu sodowego z wykorzystaniem systemu nawadniania kroplowego, te same urządzenia po oczyszczeniu mogą byd używane do rozprowadzania inokulów mikroorganizmów. Z czysto finansowego punktu widzenia koszty fumigacji z użyciem metamu sodowego i dazometu są ogólnie niższe w porównaniu z kosztami ponoszonymi przy stosowaniu bromku metylu. Także zmniejszenie dawek obniża całkowity koszt zabiegu. Koszt preparatów bakteryjnych jest zazwyczaj porównywalny z kosztami preparatów chemicznych, a więc system zintegrowany nie ma większego wpływu na całkowity koszt zastosowanych zabiegów. Na przykład, analiza ekonomiczna uprawy papryki z sześciu doświadczeo demonstracyjnych, prowadzonych przez trzy kolejne lata w dwóch gospodarstwach uprawiających paprykę w tunelach foliowych, wykazała, że średni zysk po zastosowaniu dazometu w połączeniu z T. asperellum był wyższy niż po użyciu samego dazometu (tab. 3). Można się spodziewad, że całkowity koszt takiego systemu, obejmujący także koszty środowiskowe, mimo iż trudny do skalkulowania, jest niższy niż w przypadku stosowania chemicznej fumigacji. Tabela 3. Analiza ekonomiczna (euro/m 2 ) zabiegów z zastosowaniem samego dazometu oraz dazometu w połączeniu z T. asperellum w tunelowej uprawie papryki w dwóch gospodarstwach (średnia z 3 lat) Zabieg wartośd produkcji uratowanej a Gospodarstwo A koszt zabiegu zysk netto b wartośd produkcji uratowanej Gospodarstwo B koszt zabiegu zysk netto Dazomet 50 g/m 2 1,50 0,55 0,95 1,16 0,55 0,61 Dazomet 50 g/m 2 + T. asperellum a 1,72 0,66 1,05 1,29 0,66 0,63 a Wartośd produkcji uratowanej jest to różnica między wartością plonu po wykonaniu zabiegu a wartością plonu uzyskanego z uprawy bez stosowania zabiegu, wyliczona na podstawie średniej ceny zbytu w danym roku b Zysk netto = wartośd produkcji uratowanej koszt zabiegu

17 12 Bibliografia M a r t i n F.N Development of alternative strategies for management of soilborne pathogens currently controlled with methyl bromide. Ann. Rev. Phytopathol. 41: Y a t e s S.R., G a n J., P a p i e r n i k S.K., D u n g a n R., W a n g D Reducing fumigant emissions after soil application. Phytopathology 92: S c h n e i d e r S.M., H a n s o n B.D Effects of fumigant alternatives to methyl bromide on pest control in a deciduous fruit and nut plant nursery. HortTechnology 19: European Mediterranean Plant Protection Organization Certification scheme for strawberry. EPPO Bull. 38: Ś l u s a r s k i C Wdrażanie zamienników bromku metylu (Cz. II). Ochrona Roślin 9: Ś l u s a r s k i C., Pie tr S.J Combined application of dazomet and Trichoderma asperellum as an efficient alternative to methyl bromide in controlling the soil-borne disease complex of bell pepper. Crop Prot. 28: Y a t e s S.R., G a n J., P a p i e r n i k S.K., D u n g a n R., W a n g D Reducing fumigant emissions after soil application. Phytopathology 92: SPIS TREŚCI 1. Wstęp Pożyteczne mikroorganizmy Jakie mikroorganizmy uznawane są za pożyteczne? Na czym polega wpływ organizmów pożytecznych na roślinę? Które z pożytecznych mikroorganizmów mogą byd stosowane w zwalczaniu patogenów glebowych? Zalety łącznego stosowania dazometu (prekursora MITC) i pożytecznych mikroorganizmów Technologia fumigacji i stosowanie pożytecznych mikroorganizmów Ekonomiczne aspekty stosowania integrowanej ochrony roślin Bibliografia

18