Znaczenie roślin motylkowatych. Postęp biologiczny w roślinach motylkowatych. Uprawa strączkowych w Europie

Transkrypt

1 Postęp biologiczny w roślinach motylkowatych dr hab. Bogdan Kulig, prof. UR Znaczenie roślin motylkowatych Rośliny motylkowate zajmują w świecie niespełna 5% gruntów ornych i zabezpieczają potrzeby Ŝywieniowe człowieka na białko w około 33%. Szacuje się, Ŝe ogólna ilość azotu powracająca z atmosfery do gleby w wyniku biologicznego wiązania wynosi, wg róŝnych autorów od 90 do około 39 mln ton, z czego 65% jest wynikiem aktywności typowych dla motylkowatych bakterii brodawkowych. Ta unikalna zdolność roślin motylkowatych pozwala na zgromadzenie symbiotycznie związanego N w ilości od kilkunastu do kilkudziesięciu kg w tonie suchej masy i pozostawienie nawet do 00 kg w resztkach poŝniwnych na powierzchni ha, a takŝe na akumulację w nasionach 0-40% białka, a przez niektóre gatunki takŝe znacznych ilości tłuszczu (np. soja ± 0%, łubin biały ± 8%). 00 kg związanego przez roślinę motylkowatą N jest ekwiwalentem 00 kg N zastosowanych w formie nawozu mineralnego, co ma podstawowe ekologiczne i ekonomiczne znaczenia dla środowiska i dla rolnika w kaŝdym systemie rolnictwa. Znaczenie roślin strączkowych (w latach ) Światowa powierzchnia uprawy 59 mln ha W tym: 84,5 mln ha - soja 53 % 6,3 mln ha - fasola 4,6 mln ha orzech ziemny 0 mln ha - ciecierzyca 0 mln ha fasolnik (wspięga) 6, mln ha groch siewny 3,73 mln ha soczewica,58 mln ha bób i bobik 0,963 mln ha wyki 0,887 mln ha - łubiny Uprawa strączkowych w Europie Ogólna powierzchnia 3,77 mln ha (bez soi,39 mln ha) W tym: Groch siewny,098 mln ha Fasola 0,337 mln ha Bobik 0,7 mln ha Znaczenie roślin strączkowych W Polsce w 970 roku uprawiano aŝ,36 mln ha roślin strączkowych, w tym w plonie głównym na nasiona 300 tyś. ha, na zielonkę tys. ha i w poplonach tys. ha, W latach uprawy nasienne zajmowały ponad 300 tys. ha, w tym ponad 55 tys. ha grochu jadalnego. W latach ogólna powierzchnia upraw roślin strączkowych w naszym kraju ustabilizowała się na poziomie około tys. ha, z czego 84% stanowią zasiewy na nasiona, a 6% na zieloną masę. W uprawach nasiennych roślin strączkowych dominują mieszanki strączkowe i zboŝowo - strączkowe oraz groch siewny, łubiny i bobik, a w zasiewach zielonkowych mieszanki, a następnie łubin, wyka i groch siewny Udział w strukturze zasiewów W Polsce rośliny motylkowate zajmują niespełna 50 tyś. ha, co stanowi około,96% gruntów ornych, tymczasem optymalny ich udział powinien wynosić co najmniej 0 - %. Największy udział roślin motylkowatych w powierzchni gruntów ornych odnotowano w województwach świętokrzyskim i małopolskim (> 3%), Najmniejszy w zachodniopomorskim i dolnośląskim (<%).

2 Komponenty białkowe do produkcji pasz Europa od lat boryka się z niedoborem surowców do produkcji pasz treściwych; jego wysokość oceniana jest na 75%, przy wykorzystaniu w zaledwie 0% potencjalnych moŝliwości produkcji nasion roślin strączkowych i zaledwie w 5% zawartego w nich białka do produkcji pasz; roczne zuŝycie stanowi nie więcej jak 60% średniej światowej. W Polsce średniorocznie zuŝywa się około,5 mln ton surowców wysokobiałkowych, jednak aŝ 68-70% krajowego zapotrzebowania pochodzi z importu (53% - śruta sojowa i 34% róŝnego rodzaju mączki), a tylko 3% uzyskiwanych jest w kraju - 0,5% to śruta rzepakowa i tylko,5% - nasiona pastewnych roślin strączkowych). Liczba odmian roślin strączkowych w krajowym rejestrze odmian w latach [COBORU ] Gatunek - Species Rok - Year Groch siewny - Fieldpea (7SL) 36 (SSL) 43 (4SL) Bobik - Faba bean 4 5 (3SK) 9(4SK, 3NT) Łubin Ŝółty - Yellow lupin 9 (SK) 7 (SK) Łubin wąskolistny - Blue lupin 6(G) 7 (SK, G) 0 (3SK, G) Łubin biały - White lupin 3 4(G) 3 (SK) Wyka siewna - Common vetch 3 3 8(SK) Wyka kosmata - Hairy vetch 3 Soja Soybean 4 - Razem - Total SK - odmiana samokończąca - self-completing cultivar; NT - odmiana o niskiej zawartości tanin w nasionach - low-seed tannins content cultivar; SL - odmiana wąsolistna - semileafless cultivar; G - odmiana gorzka - high alcaloide content cultivar Wykorzystanie potencjału biologicznego odmian Ilościowy postęp hodowlany roślin strączkowych w latach (lista COBORU) Plony nasion uzyskiwane w doświadczeniach COBORU wynoszą obecnie od,5 t/h (łubin Ŝółty) do ponad 5 t/ha (groch siewny jadalny i bobik), a w praktyce rolniczej odpowiednio od,45 t/ha (łubin Ŝółty) do,6 t/ha (bobik), co oznacza, Ŝe wykorzystanie przez rolników postępu biologicznego, jaki wnoszą nowe odmiany niewiele przekracza 56%. Plony zielonki są bardziej wyrównane dla gatunków i wynoszą średnio około 7,5 t/ha. Wysokie i wierne plony tej grupy roślin moŝliwe są do uzyskania tylko w warunkach szczególnej troski o zatrzymanie wody w glebie, a takŝe zakupu zdrowego materiału siewnego nowych odmian oraz poprawnej agrotechniki, w tym głównie w dotrzymaniu odpowiedniego terminu siewu i zachowaniu właściwej obsady, a takŝe walki z chwastami i chorobami. Bobik Wpływ głębokości siewu na plonowanie bobiku Bobik Nadwiślański, jedna z najstarszych odmian w polskim rejestrze roślin rolniczych wskazuje na duŝe trudności w postępie biologicznym w tym gatunku.

3 Plony nasion bobiku w zaleŝności od terminu siewu Postęp hodowlany w roślinach strączkowych moŝna rozpatrywać w aspekcie poprawienia wskaźników jakości plonu zwiększenia zawartości białka, polepszenia jego składu aminokwasowego, zmniejszenia zawartości lub eliminacji substancji antyŝywieniowych itp., poprawienia strukturalnych elementów plonu, skrócenia okresu wegetacji, ograniczenia podatności roślin na wyleganie oraz roślin i nasion na choroby i szkodniki. Finalnym celem, do którego zmierza hodowla roślin strączkowych, jest zwiększenie plonu nasion, a w szczególności plonu białka. Łubin Liczba odmian łubinu w krajowym rejestrze w zaleŝności od długości cyklu ich Ŝycia w latach Do szczególnych osiągnięć hodowlanych ostatnich 36 lat w łubinie naleŝy wymiana odmian podatnych na fuzaryjne więdnięcie na odporne w początku lat 70. ubiegłego wieku, a następnie stworzenie form termoneutralnych w łubinie wąskolistnym (pierwsze odmiany Mirela i Emir zarejestrowane w 98 roku) i Ŝółtym (Juno, 989) oraz form samokończących. Te ostatnie uzyskano niemal równocześnie w łubinie Ŝótym. Pierwsze samokończące odmiany łubinu Ŝółtego Manru zarejestrowano w 990 roku, łubinu wąskolistnego Bar w 99 roku, a łubinu białego Katon w 999 roku. Postęp w plonowaniu łubinu Ŝółtego i wąskolistnego w latach do , a łubinu białego do Zmiany w długości okresu wegetacji łubinu Ŝółtego i wąskolistnego w latach () do (), a łubinu białego do (9) 3

4 Inne cechy: Na przestrzeni analizowanego 36-lecia stwierdzono skrócenie okresu wegetacji u wszystkich badanych gatunków łubinu (rys) oraz nieistotne zmiany w zawartości alkaloidow (podawanych przez COBORU od 98 roku), w masie 000 nasion i w wysokości roślin. Do najsłodszych odmian łubinu Ŝółtego naleŝą Mister i Dukat, wąskolistnego Graf i Baron, a białego Wat. Niepokojące są istotne tendencje do zmniejszania zawartości białka w nasionach łubinu Ŝółtego i nieistotne u pozostałych dwóch gatunków Długość Ŝycia odmian łubinu Ŝółtego w rejestrze (+ odmiany w rejestrze w 005 roku) Źródło: Prusiński, 007 Aktywność rejestracyjna odmian łubinu w latach Długość Ŝycia odmian łubinu wąskolistnego w rejestrze (+ odmiany w rejestrze w 005 roku) Źródło: Prusiński, 007 Postęp ilościowy Potencjalny postęp ilościowy obliczony na podstawie plonów wzorca w doświadczeniach COBORU [ ] na przestrzeni analizowanego 36-lecia (od 970 do 005 roku) wynosił rocznie ponad 8 kg w łubinie Ŝółtym do prawie 45 kg/ha w łubinie wąskolistnym, przy wysokich współczynnikach regresji (rys.). Dopasowanie krzywej regresji dla plonów nasion łubinu białego było nieistotne i znacznie słabsze, a wyliczony przybliŝony postęp moŝna oszacować na niespełna 5 kg nasion na ha rocznie Wykorzystanie postępu biologicznego w praktyce rolniczej Z dostępnych danych [GUS ] wynika, Ŝe średni plon nasion łubinu słodkiego w latach wynosił,45 t ha -, tj. 48,5% potencjalnych plonów tego rodzaju (bez łubinu białego). W stosunku do postępu biologicznego w zboŝach, rezultaty hodowli nowych odmian łubinow są raczej skromne największe w łubinie wąskolistnym, a najmniejsze w Ŝółtym. W doświadczeniach porejestrowych [COBORU ] plony nasion zarówno łubinu Ŝółtego, jak i wąskolistnego są wyŝsze niŝ w doświadczeniach rejestrowych, z tym, Ŝe w obu przypadkach łubin wąskolistny plonuje o ponad 50% wyŝej od łubinu Ŝółtego. 4

5 Postęp w łubinie Ŝółtym W latach trzydziestych XX stulecia odkryto geny kontrolujące niską zawartość alakaloidów, Wprowadzenie odmian termoneutralnych np. Juno (zmniejszenie wymagań jarowizacyjnych istotne przy opóźnionym siewie pozwalające uzyskać roślinom pozorną odporność na wirusa mozaiki bobu, wczesne i równomierne dojrzewanie), Wprowadzenie odmian samokończących brak rozgałęzień bocznych (np. Manru, Radames), zapewniające wczesne i równomierne dojrzewanie Postęp w hodowli łubinu wąskolistnego Wyhodowano niezbyt plenną, ale wcześnie dojrzewającą odmianę Ignis, a następnie bardzo plenne odmiany Emir (niskoalkaloidowa) i Mirela (wysokoalkaloidowa). Potencjalne plony tych dwu odmian były wyŝsze o ponad 5 % (tab.). W praktyce czynnikiem limitującym zbiór było pęka-nie strąków i osypywanie nasion. Plon nasion odmian łubinu wąskolistnego w t z ha (wg COBORU) Postęp biologiczny w soi w latach w USA Lata badań Years of trial Średni dla zrejonizowanych odmian Mean for registered cultivars,8,5 Nowa odmiana New cultivar,9 (Mirela),0 (Emir),59 (Polonez) Postęp w % Progress in % kg/ha /rok Postęp w hodowli grochu Plon nasion grochu zarejestrowanych w latach w doświadczeniu polowym przeprowadzonym w 996 r. (Święcicki i in. 994) RóŜnica w plonowaniu pomiędzy zarejestrowaną w 995 r. odmianą Wiktoria Łagiewnicki a odmianą Piast (zarejestrowaną w 995 r.) wynosiła 67% 5

6 Postęp w hodowli grochu w ostatnich 5 latach XX w. i na początku XXI w. 73,% 9% 57,3% Odmiany o staśmionej łodydze (gen fas) Odmiany wąsolistne (gen af) Zwiększenie plonowania grochopeluszek Zmniejszenie wysokości roślin (odmiany Gomik i Pego były pierwszymi odmianami pastewnymi o krótkiej łodydze), Dostosowanie odmian do warunków glebowych, sposobów uŝytkowanie (PN, NZ, jadalne i ogólnouŝytkowe oraz polepszenie jakości nasion (walory kulinarne). Dynamika postępu hodowlanego w grochu była tak duŝa, Ŝe przekroczono poziom plenności bobiku. Źródło: Prusiński i Kotecki (006) Do głównych problemów producentów roślin motylkowatych w naszym kraju naleŝą: zmienne i niskie ceny na nasiona rodzimych gatunków - niekiedy są one niŝsze niŝ na importowane nasiona soi lub grochu np. z Czech lub Rumunii, ciągle mało stabilne i dość silnie uzaleŝnione od przebiegu pogody plony nasion i zielonki wynikające najczęściej z niskiego poziom intensywności uprawy, niedocenianie i niewłaściwa ocena wartości ekonomicznej wpływu następczego roślin motylkowatych, zwłaszcza w rolnictwie integrowanym i ekologicznym, niskie wykorzystanie potencjału biologicznego w produkcji nasion i zielonej masy. Producenci pasz treściwych narzekaj ą na: zbyt małe partie nasion i ich nieregularne dostawy, konieczność oznaczania kaŝdorazowo najwaŝniejszych cech decydujących o przydatności partii do sporządzenia paszy treściwej (czystość i zawartość białka), zmienną w latach zawartość związków antyŝywieniowych w nasionach wynikającą z przekrzyŝowania lub zamieszania partii i/lub odmian oraz warunków pogodowych; nie wszyscy jednak pamiętają, Ŝe śruta sojowa nie zawiera wprawdzie substancji antyŝywieniowych, ale teŝ jest bardzo uboga w tłuszcz - a nasiona rodzimych gatunków, zwłaszcza łubinów zawierają go od 4-9%. Groch Liczba odmian z podziałem na grupy w 009 r. Największy ilościowy postęp biologiczny na przestrzeni ostatnich 30 lat dokonał się w grochu siewnym i łubinie wąskolistnym. W latach 80-tych ubiegłego wieku rodzime odmiany grochu siewnego (Elektron) przewyŝszyły plennością odmiany zagraniczne. Pierwsze wąsolistne odmiany grochu wpisano do rejestru w 979 roku (Wąsata i Sum). Obecnie tego typu odmiany dominują w rejestrze i reprodukcji nasiennej i często przewyŝszaj ą plennością odmiany tradycyjne, a ich największą zaletą są niŝsze nakłady na zbiór kombajnowy. Gatunek Bobik Groch siewny Wyka kosmata Wyka siewna Łubin biały Łubin Ŝółty Liczba odmian Grupy odmian 4 SK, 7 NTNK, 5 NK 0 KK, 6 BK, 8 SL, 8 LPP 5 NK, SK/CY NK, SK 6 NK, SK Łubin wąskolistny NK/G, 7 NK/S, 3 SK SK samiokończąca, NT-niskotaninowa, NK-niesamokończąca, KK-kolorowo kwitnąca, BK biało kwitnąca, SL-wąsolistna, LPP-liście parzystopierzaste; CY-wysoka zawartość glikozydów, G-gorzka, S- słodka 6

7 Plonowanie bobiku i łubinu białego w zaleŝności od nawadniania i nawoŝenia mineralnego [Podsiadło i Karczmarczyk 00] Objekt-Object Plon nasion - Seedyield (tha~ ) Bobik Faba bean Łubin biały White lupin Deszczowanie O 3, b 3,09 b Sprinkling irrigation W 4,36 a 3,69 a NawoŜenie mineralne ONPK,65 D,35 C Miner al fertilization 0N+40P+60K 3,60 C 3, B 40N+80P+0K 4,34 B 3,95 A 60N+0P+80K 4,55 A 4,05 A Średnie oznaczone tymi samymi literami dla obiektów deszczowania i duŝymi dla obiektów nawoŝenia nie róŝniły się istotnie przy a = 0,05 - Means followed by the same smali letters for irrigation objects and capital ones for fertilization objects did not differ significantly at a= 0.05 Strączkowe: Znaczący postęp biologiczny, jaki wystąpił w ostatnich latach w hodowli łubinów, bobiku i wyk dotyczy form samokończących, charakteryzujących się wysokim potencjałem fotosyntetycznej produktywności oraz wyŝszym, w porównaniu z formami tradycyjnymi, współczynnikiem plonowania rolniczego. Pomimo wprowadzenia do uprawy odmian samokończących, w praktyce ciągle dominują odmiany o niezdeterminowanym typie wzrostu, u których w czasie intensywnego wzrostu pędu pojawiają się kwiatostany i zawiązki strąków. Właśnie w tym okresie organy generatywne otrzymują mniej niŝ 0% asymilatów, podczas gdy pozostałe 90% trafia do wierzchołkowej części rosnącego pędu. Drobnonasienne W miarę zakwitania kwiatów na wyŝszych okółkach/piętrach, coraz wyraźniej zaznacza się konkurencja o asymilaty pomiędzy poszczególnymi organami generatywnymi, przy czym dominują kwiatostany dolne i strąki powstałe z kwiatów proksymalnych. W trakcie rozwoju strąków ich potrzeby azotowe stają się tak duŝe, Ŝe roślina nie jest w stanie dostarczyć odpowiednich jego ilości przez system korzeniowy, co moŝe być przyczyną opadania strąków, przede wszystkim w pozycjach dystalnych kwiatostanów, które moŝe sięgać nawet ponad 90% wszystkich kwiatów. Średnie plony świeŝej masy koniczyny czerwonej uzyskiwane w doświadczeniach COBORU [Broniarz 004] w pierwszym roku uŝytkowania wynoszą: od 75,9 t/ha odmian diploidalnych do 9,4 t/ha odmian tetraploidalnych, a lucerny 8,5 t/ha. Z kolei wg GUS [Anonim ] plony zielonki koniczyny wynoszą około 6 a lucerny 8 t/ha. Wykorzystanie potencjału biologicznego Wykorzystanie potencjału biologicznego motylkowych drobnonasiennych jest bardzo niskie i nie przekracza 3,% u koniczyny i 34,6% u lucerny. Przyczyny tak niskiego plonowania naleŝy szukać w błędach popełnianych przez rolników zarówno w roku siewu jak i w latach pełnego uŝytkowania. Do najwaŝniejszych czynników ograniczających plonowanie drobnonasiennych naleŝy zaliczyć takŝe nadmierne zachwaszczenie wynikające z braku herbicydowej ochrony roślin, brak lub niewłaściwe nawoŝenie P i K oraz zbyt niski odczyn gleby Liczba odmian wpisanych do rejestru Rok Esparceta - Sainfoin Koniczyna biała - White clover Koniczyna czerwona - Red clover 6(3D) (6D) 7 (0D, 6Z) Koniczyna inkarnatka - Crimson clover Koniczyna perska - Persian clover - (IZ) Koniczyna szwedzka - Alsike clover (ID) (ID) (Z) Komonica zwyczajna - Lotus - Lucerna chmielowa - Yellow trefoil - Lucerna mieszańcowa - Hybrid alfalfa 6 (IZ) 4 3 Lucerna siewna -Alfalfa (Z) (Z) 0 (0Z) Nostrzyk biały - White sweet clover - Seradela - Serradella Razem -Total D - odmiany diploidalne - diploid cultivars; Z - odmiany zagraniczne -foregin cultivars 7

8 Motylkowe drobnonasienne Do głównych kierunków hodowli tej grupy roślin naleŝy kreacja odmian wytrzymałych na częste koszenie i ugniatanie cięŝkim sprzętem do zbioru oraz odpornych na wertycyliozę. Postęp ilościowy w plonach zielonej masy wynosił od 9% u koniczyny diploidalnej i lucerny do 35% u koniczyny tetraploidalnej Rola roślin motylkowatych w rolnictwie ekologicznym i zrównowaŝonym W rolnictwie integrowanym i ekologicznym rośliny motylkowate nabierają szczególnego znaczenia ze względów środowiskowych [Duer 999], w tym zwłaszcza wzbogacania gleby w materię organiczną i pozostawiania znacznych ilości nie tylko N dla roślin następczych, ale takŝe wapnia, fosforu i magnezu przenoszonych z głębi profilu do warstwy korzeniowej roślin następczych. Obfitość pozostawianej biomasy przyczynia się do wzbogacania gleby w materię organiczną, a co za tym idzie w poprawę właściwości termicznych, fizyko-wodnych i sorpcyjnych gleby. W obu systemach duŝego znaczenia nabrały w polskim rolnictwie mieszanki roślin strączkowych ze zboŝami i drobnonasiennych z trawami. Motylkowate drobnonasienne Motylkowe drobnonasienne odgrywają takŝe coraz mniejszą rolę w polowej produkcji pasz. Powierzchnia uprawy wzrastała od od 443 tys. 950 roku ha do 303 tys. ha w 990 roku, po czym nastąpiło gwałtowne zmniejszenie do 30 tys. ha w latach W strukturze zasiewów drobnonasiennych na zielonkę udział koniczyny i lucerny wynosi prawie 8%, seradeli 3,5%, a esparceta i inne pastewne mają niewielkie znaczenie regionalne Ilość odmian i udział hodowli krajowej w roślinach m. drobnonasiennych (009 r.) Gatunek Liczba odmian PL Inne Lucerna mieszańcowa Lucerna siewna Koniczyna czerwona Koniczyna biała Komonica (Z) T-3, D-3 4 (Z) Koniczyna inkarnatka Koniczyna szwedzka Koniczyna perska (IT) Esparceta 8