Druk: PPHU Graf-Sad S.C., Skierniewice, ul. Sobieskiego 16

Transkrypt

1

2

3 2 Zdjęcia: Aneta Chałaoska, 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 1. Wstęp 3 Intensyfikacja produkcji ogrodniczej, poza oczywistymi korzyściami, przyniosła także skutki negatywne, w tym zwiększone zagrożenie ze strony chorób odglebowych i szkodników. Przez dziesiątki lat do zwalczania agrofagów żyjących w glebie stosowano bromek metylu, jednak zakaz stosowania tego fumigantu w Unii Europejskiej 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. Od początku XX wieku do odkażania gleby była stosowana para wodna. Zabieg taki po raz pierwszy zastosowano w 1888 roku w Niemczech (Baker 1962). Od tego czasu skonstruowano wiele maszyn parowych do odkażania gleby w uprawach pod osłonami i w warunkach polowych (Grossman i Liebman 1995). Para wodna wykazuje swoje dezynfekcyjne działanie w warunkach, gdy gleba zostaje ogrzana do temperatury, w której następuje denaturacja białka i dezaktywacja enzymów (Langhansa 1990). Czas ekspozycji i osiągnięta temperatura gleby/podłoża stanowią dwa główne parametry pozwalające na uzyskanie pożądanego rezultatu. Na parametry te oddziałują różnorodne czynniki, takie jak typ i stan gleby (np. struktura, zawartośd materii organicznej, wilgotnośd itp.) czy stosowane metody techniczne (np. system dystrybucji pary wodnej). Początkowo stosowano parę o wysokiej temperaturze, jednak późniejsze badania wykazały, że temperatura C niszczy nie tylko patogeny, lecz także wiele pożytecznych organizmów glebowych (np. grzyby mikoryzowe czy bakterie wiążące azot) i jej stosowanie może prowadzid do produkcji fitotoksycznych związków szkodliwych dla roślin uprawnych. Dlatego też obecnie skuteczne działanie uzyskuje się przy ogrzewaniu gleby do temperatury minimum 70 C przez 30 minut, chociaż wyniki niektórych doświadczeo pokazały, że również niższe temperatury pary powodują zmniejszanie liczby patogenów w glebie, ponieważ generalnie są one bardziej podatne na wysoką temperaturę niż organizmy pożyteczne. Niedawno zaproponowano także metodę, w której

5 4 stosuje się temperaturę rzędu C (Van Loenen i in. 2003). Jednak w niektórych krajach europejskich powszechną praktyką jest stosowanie przegrzanej pary wodnej o temperaturze C. 2. Wady i zalety odkażania para wodną Odkażanie parą wodną może byd bardzo wydajną i ekonomicznie opłacalną technologią używaną do zwalczania patogenów glebowych, szkodników i chwastów. Jest przyjazna dla środowiska i stosunkowo łatwa do stosowania. Nie pozostawia toksycznych pozostałości i oparów. Jest nieselektywna (czyli letalna dla wszystkich szkodników), więc nie prowadzi do powstawania szczepów odpornych. Gleby odkażane parą wodną mogą byd użytkowane natychmiast po obniżeniu się ich temperatury do około 30 C, w przeciwieostwie do gleb odkażanych chemicznie, które wymagają dośd długiego czasu degazacji (odparowania fitotoksycznych gazów). Technologia ta daje się zaadaptowad w różnych sytuacjach, na przykład kotły używane do ogrzewania szklarni można dostosowad do parowania gleby i różnych sprzętów. Odkażanie parą można stosowad w połączeniu z innymi strategiami zwalczania agrofagów glebowych, tj. z zastosowaniem substancji poprawiających żyznośd gleby czy preparatów biologicznej ochrony roślin zwierających na przykład grzyby z rodzaju Trichoderma, które, jak wykazały badania, zwiększają skutecznośd ochrony i plonowanie upraw ogrodniczych. Potencjalne negatywne aspekty związane z omawianymi metodami odkażania wynikają ze stosowanej metody rozprowadzania pary wodnej i jej oddziaływaniem na glebę. Dodatkowymi czynnikami ograniczającymi szerokie stosowanie tej techniki jest długi czas trwania zabiegu oraz wysokie koszty związane z zakupem niezbędnego sprzętu. Ponieważ para wodna może przeniknąd do gleby tylko do pewnej głębokości, dezynfekcja tą metodą nie pozwala na dotarcie do głębszych warstw, a zatem nie oddziałuje na patogeny i szkodniki występujące w warstwach gleby, w których rozwijają się systemy korzeniowe głęboko korzeniących się roślin i drzew. Podobnie jak w przypadku większości fumigantów, także omawiana metoda jest mniej skuteczna, gdy gleba jest bardzo wilgotna.

6 5 Zbyt wysoka temperatura pary wodnej ( C) może zwiększyd agregację i zniszczyd strukturę gleby. 3. Metody odkażania gleby parą wodną Opracowano kilka metod odkażania parą wodną, które zależą przede wszystkim od rodzaju uprawy roślin (pod osłonami lub polowe). Odkażanie parą wodną gleb i podłoży pod osłonami jest szybkie i skuteczne. Podłoża uprawowe mogą byd odkażane parą wodną wydostającą się przez rury perforowane, umieszczone na dnie zagonu (tzw. parowanie wgłębne). Zwiększa to skutecznośd zabiegu, ponieważ para wodna wprowadzana od góry zagonu, słabiej wnika w odkażane podłoże. Metoda parowania powierzchniowego polegająca na przykrywaniu gleby termoodporną folią, pod którą wprowadza się parę, pozwala na odkażanie do głębokości 30 cm, przy czym na tej głębokości temperatura gleby może osiągnąd nawet 90 C. Im mniejsze jest występujące przy tym zabiegu unoszenie się folii (wybrzuszenie), tym większa jest głębokośd odkażania. Na powierzchniach do 400 m 2 zabieg parowania powierzchniowego trwa zwykle 4-5 godzin. Jeżeli szerokośd folii przekracza 4 metry, to należy ją obciążyd workami z piaskiem nie tylko na brzegach, lecz także pośrodku powłoki tak, aby tworzący się tunel foliowy nie był zbyt wysoki, a folia nie wysuwała się spod worków. Metodę odkażania gleby w szklarni parą wodną w podciśnieniu wprowadzono w 1981 roku w Holandii. Para wodna jest wprowadzana pod folię i wnika w głąb podłoża pod wpływem ujemnego ciśnienia wytworzonego przez wentylator zasysający powietrze z gleby przez zakopane w podłożu perforowane rury polipropylenowe. Czas odkażania wynosi około jednej godziny na każde 10 cm głębokości. Po zabiegu trzeba odczekad około minut, aby móc użytkowad podłoże. Przy stosowaniu metody z ujemnym ciśnieniem średnia temperatura gleby na głębokości cm wynosi średnio C, czyli o wiele więcej niż przy normalnym parowaniu pod folią (zazwyczaj poniżej 50 C na tej samej głębokości).

7 6 Aby gorąca para nie oddziaływała negatywnie na pożyteczne mikroorganizmy, zaleca się stosowanie pary schłodzonej. Pożądaną temperaturę (najlepiej 70 C) osiąga się przez zmieszanie pary wodnej ze strumieniem powietrza. Odkażanie gleby w warunkach polowych przeprowadza się maszynami samobieżnymi lub naczepianymi, wyposażonymi w napędzany olejem kocioł parowy oraz w zbiorniki oleju i wody, automatyczną pompę wodną i bezpośrednią wytwornicę pary wodnej. Maszyny te można łączyd z glebogryzarką lub rotacyjną łopatą mechaniczną, przystosowanymi do tego zabiegu, w celu spulchniania gleby do głębokości 40 cm. Jednakże stosowanie tego typu maszyn w warunkach polowych okazało się trudne z powodu czasu trwania odkażania (zazwyczaj prędkośd robocza maszyny wynosi m/godz.), przez co zabieg stawał się niewykonalny i opłacalny jedynie na małych obszarach. W ciągu ostatnich dziesięciu lat pracownicy naukowi z Wydziału Zarządzania, Agronomii i Agro-ekosystemu (DAGA) Uniwersytetu w Pizie, we Włoszech, opracowali nową technologię, w której wykorzystuje się reakcję egzotermiczną nieorganicznych substancji chemicznych z parą wodną (system Bioflash, Peruzzi i in. 2002). Ta technologia pozwala na praktyczne i opłacalne ekonomicznie zastosowanie pary wodnej do odkażania gleb i podłoży zarówno w uprawach pod osłonami, jak i uprawach polowych, co pozwala na poszerzenie zakresu stosowania tej metody i uznania jej za potencjalną alternatywę dla chemicznej fumigacji. 4. Zasady odkażania gleby aktywną parą wodną System polega na wprowadzeniu w trakcie parowania gleby substancji, która łącząc się z parą wodną, wywołuje reakcję egzotermiczną, produkując dodatkowe ilości energii cieplnej. Aby zachowad przyjazny środowisku charakter dezynfekcji parą wodną, stosowana substancja musi mied bardzo niewielki wpływ na środowisko glebowe. Dlatego w tej metodzie zaleca się używanie tlenku wapnia (CaO) albo wodorotlenku potasowego (KOH), ponieważ związki te są stosowane jako nawozy i środki poprawiające jakośd gleby. W wyniku ich reakcji z wodą produkowana jest pewna ilośd energii i ciepła, która zostaje uwolniona do gleby:

8

9

10

11

12 CaO + H 2 O Ca(OH) 2 (ΔH r = 63,7 kj/mol CaO) KOH K + + OH - (ΔH r = 57,6 kj/mol KOH) 7 Dodatkowe ciepło uzyskane z reakcji egzotermicznej daje pewne efekty techniczne niemożliwe do osiągnięcia w przypadku stosowana jedynie pary wodnej: maksymalna temperatura uzyskana w glebie po zabiegu jest wyższa niż po zastosowaniu samej pary wodnej; utrzymywanie się podwyższonej temperatury gleby jest przedłużone; temperatura pary wodnej może byd niższa, co pozwala na oszczędnośd energii i obniża koszt zabiegu. Biorąc pod uwagę, że skutecznośd zabiegu jest bezpośrednio funkcją czasu i temperatury, staje się oczywiste, że skutecznośd zwalczania agrofagów glebowych jest wyższa niż w przypadku działania samej pary wodnej. 5. Technika stosowania aktywnej pary wodnej Metoda, w której stosuje się aktywną parę wodną, obejmuje następujące etapy (rys. 1): a) substancja do reakcji egzotermicznej jest rozprowadzana na glebie; dystrybutor może regulowad dawkę w zależności od potrzeb, które zależą od rodzaju gleby i uprawy; b) wprowadzenie substancji do uprzednio uprawionej gleby, która ma byd poddana odkażaniu (na głębokośd od 5-7 cm do cm) przez mechaniczne wymieszanie glebogryzarką wyposażoną w specjalne noże; c) wtryskiwanie pary wodnej za pomocą inżektora, której wypływ jest odpowiednio regulowany w zależności od typu planowanego zabiegu; inżektor może byd w specjalnej osłonie w przypadku płytkiego zabiegu lub zagłębiony w glebie na jedną lub dwie głębokości, w przypadku wykonywania zabiegu na średnią lub dużą głębokośd; d) jednoczesne przykrywanie parowanej gleby materiałem z folii termoodpornej. Układ wtryskiwania jest najważniejszą częścią maszyny, bowiem od niego zależy właściwy efekt odkażania gleby. Dzięki temu, że belki wtryskiwacza

13 8 mogą byd wyposażone w zmienną liczbę inżektorów, z różnym rozmieszczeniem wzdłuż belki i zagłębieniem w glebie, układ można bez trudu dostosowad do różnych warunków i zabiegów. Wtryskiwanie z jednej belki pozwala na osiągnięcie wysokiej temperatury w warstwie gleby na głębokości cm. Podwójna belka pozwala na przeprowadzenie zabiegu parowania w warstwie gleby na głębokości cm, natomiast w przypadku bardzo płytkiego zabiegu 5-7 cm, wtryskiwacz jest umieszczony w osłonie systemu wtryskiwania maszyny i z niej rozpyla pary w powietrzu nad podłożem. Obydwa rodzaje wtryskiwaczy (pojedyncza belka i inżektor w osłonie) mogą byd stosowane przemiennie lub jednocześnie, jeżeli potrzebne jest wykonanie zabiegu mieszanego. System do parowania może byd zamontowany jako wyposażenie dodatkowe maszyny naczepianej lub też może byd stosowany jako maszyna samobieżna na gąsienicach, co dzięki niewielkim rozmiarom i łatwości manewrowania umożliwia jej stosowanie w tunelach i szklarniach. 6. Ekonomiczne i techniczne parametry maszyny Maszyna Ecostar SC600 jest umieszczona na ciągniku z własnym napędem, jej podstawowe parametry techniczne i operacyjne przedstawiono w tabeli 1. Tabela 1. Parametry techniczne i operacyjne maszyny do odkażania aktywną parą wodną Ecostar SC600 Dane techniczne Jednostka Wartości parametrów Prędkośd robocza m/godz. 150 Szerokośd robocza m 1,6 Wydajnośd liczba h/ha 52,5 Wydajnośd na h m 2 /godz. 190 Zużycie paliwa maszyna kg/ha 450 Zużycia paliwa kocioł kg/ha 1838 Całkowite zużycie paliwa kg/ha 2288

14 9 Koniecznośd wykonania dokładnego i wydajnego zabiegu odkażania gleby spowodowała, że skonstruowano maszynę o niewielkiej prędkości (około 150 m/godz.), przy czym prędkośd ta jest niemal dziesięd razy większa niż innych podobnych maszyn do odkażania parą wodną. Wprowadzenie dalszych technicznych zmian w celu optymalizacji przebiegu zabiegu, pozwoliłoby jednak na jeszcze większe skrócenie całkowitego czasu jego wykonania. Badania oceniające wydajnośd zabiegu wykazały, że stosowanie pary wodnej w kombinacji z CaO pozwala osiągnąd maksymalną temperaturę gleby w zakresie C. Temperatura na poziomie C może byd utrzymana przez ponad 2 godziny po zabiegu, a C przez godzinę. Czas utrzymania się określonej temperatury zależy od rodzaju i liczby inżektorów, co oznacza, że od ustawienia układu wtryskiwania zależy łączna ilośd wytworzonego ciepła, a w konsekwencji efektywnośd zabiegu. Według szacunków przeprowadzonych przez grupę projektantów maszyny koszt zabiegu jest porównywalny z kosztem chemicznej fumigacji (Peruzzi i in. 2007). Na podstawie wyliczeo wykonanych przy zastosowaniu klasycznych metod wyceny kosztów pracy z zastosowaniem danych dla warunków włoskich z 2007 roku stwierdzono, że koszt zabiegu z zastosowaniem aktywnej pary wodnej wynosił około /ha. Jest to koszt porównywalny z kosztami fumigacji przy użyciu 1,3 dichloropropenu + chloropikryny ( ) albo metamu sodowego ( ). Należy jednak zwrócid uwagę, że fumiganty chemiczne wykazują pewną selektywnośd wobec niektórych grup agrofagów, a po ich zastosowaniu wymagana jest znaczna przerwa między zabiegiem a sadzeniem, którą trudno wliczyd w analizę kosztów. Wszystkie wymienione czynniki mają wpływ na całośd działao podejmowanych w celu zapewnienia bezpiecznego i produktywnego systemu uprawy, a tym samym znajdują odzwierciedlenie w jej kosztach.

15 10 Bibliografia B a k e r K.F Principles of heat treatment of soil and planting material. J. Austral. Inst. Agric. Sci. 28: G r o s s m a n J., L i e b m a n J Alternatives to methyl bromide: steam and solarization in nursery crops. The IPM Practitioner 17: L a n g h a n s R.W Greenhouse Management, 3rd ed. Halcyon Press, Ithaca, NY. P e r u z z i A., R a f f a e l l i M., G i n a n n i M., M a i n a r d i M Development of innovative machines for soil disinfection by means of steam and substances in exothermic reaction. Proc. 5th EWRS wrkshop on Physical and Cultural Weed Control, Pisa : P e r u z z i A., R a f f a e l l i M., G i n a n n i M Vapore e esotermia: il sistema bioflash. Terra e Vita 48: P e r u z z i A., R a f f a e l l i M., G i n a n n i M., L u l l i L., F o n t a n e l l i M., F r a s c o n i C Una operatrice semovente innovativa per la disinfezione del terreno con vapore e sostanze a reazione esotermica. Proceedings of Congress Vapore d Acqua e sostanze a reazione esotermica per la geodisinfezione a basso impatto ambientale Pisa : T r i o l o E., M a t e r a z z i A., L u v i s i A Exothermic reaction and steam for the management of soil-born pathogens: five years of research. Adv. Hort. Sci. 2: Van L o e n e n M.C.A., T u r b e t t Y., M u l l i n s C.E., F e i l d e n N.E.H Low temperature short duration steaming of soil kills soil-born pathogens, nematode, pests and weeds. Europ. J. Plant Pathol. 109:

16 11 SPIS TREŚCI 1. Wstęp Wady i zalety odkażania para wodną Metody odkażania gleby parą wodną Zasady odkażania gleby aktywną parą wodną Technika stosowania aktywnej pary wodnej Ekonomiczne i techniczne parametry maszyny Bibliografia

17