Innowacyjne rozwiązania w testowaniu i wdrażaniu postępu odmianowego, w celu zwiększenia bioróżnorodności w rolnictwie

Transkrypt

1 VII KONFERENCJA NAUKOWA Polskiego Towarzystwa Agronomicznego Bioróżnorodność nowe wyzwania dla rolnictwa w Polsce Rzeszów, września 2017 Innowacyjne rozwiązania w testowaniu i wdrażaniu postępu odmianowego, w celu zwiększenia bioróżnorodności w rolnictwie Prof. dr hab. Edward S. Gacek Centralny Ośrodek Badania Odmian Roślin Uprawnych COBORU, Słupia Wielka,

2 Wyzwania dla współczesnego rolnictwa (1) racjonalne gospodarowanie zasobami naturalnymi zmniejszenie uzależnienia produkcji rolniczej od syntetycznych środków produkcji adaptacja upraw do coraz bardziej zmiennych warunków środowiskowych i pogodowych

3 Wyzwania dla współczesnego rolnictwa (2) rozszerzenie zrównoważonych i ekologicznych systemów gospodarowania w rolnictwie zachowanie i pełniejsze wykorzystanie bioróżnorodności w warunkach produkcyjnych wytwarzanie większej ilości żywności i produktów rolniczych przy kurczących się zasobach ziemi

4 Znaczenie postępu odmianowego w rolnictwie przez ostatnie kilkadziesiąt lat produkcja rolnicza w Europie, wzrastała średnio o 1-2% rocznie udział postępu odmianowego w przyroście plonów, obecnie sięga 80-85% (w połowie ub. wieku ok. 50%) relatywnie spada rola syntetycznych środków produkcji (nawozy, pestycydy i in.) oraz postępu technicznego i agrotechnicznego w najbliższych latach postęp odmianowy będzie głównym czynnikiem wzrostu produkcji rolniczej

5 Motto doświadczalnictwa odmianowego Dobór odmian dostosowanych do lokalnych warunków uprawy, gwarancją wysokiego i stabilnego ich plonowania

6 Liczebność odmian w urzędowych rejestrach KR/KO w Polsce ( ): liczba odmian zarejestrowanych w (KR) 2546 odmian, w tym połowa to odmiany rodzimej hodowli roślin liczba odmian chronionych krajowym wyłącznym prawem w (KO) 1177 odmian CCA/CCV w Unii Europejskiej ( ): odmiany wpisane do wspólnego katalogu odmian roślin rolniczych i warzywnych (CCA i CCV) łącznie odmian Wspólnotowa ochrona prawna (CPVR) ( ) odmiany chronione wspólnotowym wyłącznym prawem do odmiany (CPVR) łącznie odmian

7 Ogniwa w łańcuchu doświadczalnictwa odmianowego

8 Najważniejsze cele i kierunki badań i doświadczeń odmianowych selekcja odmian konwencjonalnych, wewnątrz.- i międzygatunkowych odmianowych zasiewów mieszanych oraz złożonych populacji krzyżówkowych (ZPK), do różnych kierunków gospodarowania w rolnictwie: - intensywne rolnictwo konwencjonalne - niskonakładowe i ekologiczne systemy gospodarowania selekcja odmian odpornych i/lub tolerancyjnych na stresy biotyczne i abiotyczne oraz tolerancyjnych na negatywne skutki zmian klimatu

9 Zakres badań postępu odmianowego w Polsce, przed wdrożeniem do praktyki Corocznie prowadzi się badania odmianowe na zestawie ponad 1500 krajowych i zagranicznych odmian roślin uprawnych: badania rejestrowe ok. 800 nowych odmian zgłoszonych do rejestracji badania porejestrowe ok. 700 odmian, w celu ich rekomendacji do praktyki

10 Rola COBORU we wdrażaniu postępu odmianowego do praktyki (1) Do najważniejszych zadań ustawowych jednostki należy: - badania odmianowe roślin uprawnych (ok odmian konwencjonalnych, w ponad 3000 doświadczeń rocznie) - innowacyjne modyfikacje działalności doświadczalnej dla pełniejszego wykorzystania postępu odmianowego - administrowanie krajowym systemem ochrony prawnej odmian - przyznawanie hodowcom wyłącznego prawa do odmian

11 Rola COBORU we wdrażaniu postępu odmianowego do praktyki (2) - koordynacja porejestrowego doświadczalnictwa odmianowego (PDO) i rekomendacji odmian w kraju - modyfikacje badań odmianowych uwzględniające bieżące wyzwania rolnictwa, m.in. zachowanie bioróżnorodności i zapobieganie skutkom zmian klimatu - stymulowanie rozszerzenia uprawy roślin białkowych i soi - transfer wiedzy o odmianach do praktyki rolniczej

12 Sieć doświadczalna COBORU 50 - Punktów doświadczalnych (PD), w tym: 16 - Stacji Doświadczalnych Oceny Odmian (SDOO) i 34 - Zakłady Doświadczalne Oceny Odmian (ZDOO)

13 Rola porejestrowego doświadczalnictwa odmianowego (PDO) i rekomendacji odmian we wdrażaniu postępu odmianowego porejestrowe doświadczalnictwo odmianowe (PDO) jest najważniejszym ogniwem w systemie badań i wdrażania postępu odmianowego w Polsce tworzenie krajowego systemu PDO rozpoczęto już w 1998 roku i prawnie usankcjonowano w ustawie o nasiennictwie w 2000 roku na podstawie wyników PDO odbywa się rekomendacja odmian do praktyki rolniczej, w formie List odmian zalecanych ( LOZ) do uprawy na obszarze województw

14

15 Charakterystyka PDO i rekomendacji odmian (1) system uwzględnia potrzeby gospodarki rynkowej i pozwala na zintegrowane wykorzystanie bazy doświadczalnej różnych jednostek w kraju ustawowo uregulowana współpraca pomiędzy COBORU, Urzędami Marszałkowskimi i Izbami Rolniczymi, w zakresie koordynacji badań porejestrowych i rekomendacji odmian pozwala na skuteczne wdrażanie i wykorzystanie innowacji odmianowych na obszarze województw

16 Charakterystyka PDO i rekomendacji odmian (2) jest systemem zdecentralizowanym, opartym na autonomicznych programach wojewódzkich duży efekt synergizmu wynikający z integracji badań rejestrowych z badaniami porejestrowymi wartości gospodarczej odmian rokrocznie, w skali kraju prowadzi się 1000 doświadczeń odmianowych w ponad 100 lokalizacjach, system otwarty na podejmowanie nowych wyzwań doświadczalnych ( zmiany klimatyczne, bioróżnorodność, różne formy gospodarowania w rolnictwie)

17 Liczba doświadczeń z roślinami rolniczymi w ramach PDO, w latach

18 Rozmieszczenie doświadczeń PDO, w sezonie 2015/2016 Razem w 103 podmiotach doświadczalnych w kraju, w tym: - Stacje Doświadczalne Oceny Odmian COBORU (16) - Zakłady Doświadczalne Oceny Odmian (34) - Jednostki hodowli roślin (21) - Ośrodki Doradztwa Rolniczego (11) - Pozostałe punkty doświadczalne (21)

19 Korzyści z realizacji PDO (1) dzięki funkcjonowaniu PDO oraz rekomendacji odmian postęp odmianowy jest efektywniej wykorzystywany w praktyce korzyści ekonomiczne w skali kraju, tylko w przypadku uprawy zbóż, wynoszą od 0.6 do 2.2 mld zł rocznie korzyści te wynikają z wprowadzania do uprawy odmian dobrze dostosowanych do lokalnych warunków gospodarowania przy tych samych kosztach produkcji

20 Korzyści z realizacji PDO (2) rolnicy i użytkownicy odmian mają dostęp do wiarygodnej i obiektywnej informacji o odmianach zachowanie porządku i jednakowych reguł gry na krajowym rynku nasiennym (dla firm krajowych i zagranicznych) rekomendacja pośrednio wpływa na poprawę konkurencyjności polskiej hodowli roślin i rodzimego sektora nasiennego dzięki PDO trudniej jest wprowadzać do uprawy odmiany niesprawdzone w Polsce

21 Modyfikacje krajowego doświadczalnictwa odmianowego w kontekście zwiększania bioróżnorodności upraw (1) innowacyjne modyfikacje doświadczalne z odmianami konwencjonalnymi: - selekcja odmian do rolnictwa intensywnego - selekcja odmian do zrównoważonych niskonakładowych i ekologicznych kierunków gospodarowania (ok % w rolnictwie ekologicznym to odmiany konwencjonalne) - selekcja odmian do integrowanej ochrony roślin

22 Mieszanki wewnątrzgatunkowe jęczmienia ozimego

23 JĘCZMIEŃ OZIMY (mieszanki wewnątrzgatunkowe). Plon ziarna (dt z ha) Wyszczególnienie Liczba badanych obiektów Plon wzorca 5 72,8 91,2 Plon mieszanek 2-komponentowych 10 76,2 90,9 Plon mieszanek 3-komponentowych 10 74,9 91,7 Przyrost/spadek plonu mieszanek 2-komponentowych Przyrost plonu Plon mieszanek 3-komponentowych Liczba mieszanek 2-komponentowych z przyrostem plonu Liczba mieszanek 3-komponentowych z przyrostem plonu Liczba mieszanek 2-komponentowych ze spadkiem plonu Liczba mieszanek 3-komponentowych ze spadkiem plonu 10 3,4-0,3 10 2,1 0, Liczba doświadczeń 2 3 Wzorzec: Antonella, Holmes, KWS Meridian, SU Melania, Zenek Przyrost plonu mieszanek = różnica między plonem rzeczywistym a teoretycznym Plon teoretyczny = średnia z komponentów mieszanki w siewie czystym Lokalizacja doświadczeń: Radostowo, Słupia Wielka, Przecław 2016 dyskwalifikacja 1 doświadczenia po zimie (Radostowo)

24 Modyfikacje krajowego doświadczalnictwa odmianowego w kontekście zwiększania bioróżnorodności upraw (2) pogłębiona ocena odmian konwencjonalnych pod względem ich różnorodności genetycznej modyfikacje doświadczalnictwa odmianowego roślin bobowatych grubonasiennych (strączkowych) i soi, w celu zwiększenia areału ich uprawy ocena przydatności zasiewów mieszanych (wewnątrzi międzygatunkowych ocena i promocja złożonych populacji krzyżówkowych (ZPK)

25 Międzygatunkowe mieszanki zbożowe jare (jęczmień + owies zwyczajny)

26 MIESZANKI ZBOŻOWE JARE (jęczmień + owies zwyczajny) Plon ziarna (dt z ha) Wyszczególnienie Liczba badanych obiektów Plon wzorca 6 73,8 73,3 77,9 Plon mieszanek 2-komponentowych 9 75,5 76,2 77,7 Przyrost/spadek plonu mieszanek 2-komponentowych Liczba mieszanek 2-komponentowych z przyrostem plonu Liczba mieszanek 2-komponentowych ze spadkiem plonu 9 1,7 2,9-0, Liczba doświadczeń Wzorzec: 2016: JEZJ Ella, Radek, KWS Atrika, OWZJ Harnaś, Komfort, Nawigator 2015, 2014: JEZJ Hajduczek, Kucyk, Oberek, OWZJ Bingo, Komfort, Arden Przyrost plonu mieszanek = różnica między plonem rzeczywistym a teoretycznym Plon teoretyczny = średnia z komponentów mieszanki w siewie czystym Lokalizacja doświadczeń: Krzyżewo, Kościelna Wieś, Lućmierz, Słupia, Nowy Lubliniec

27 Wielogatunkowe mieszanki zbożowe jare (jęczmień + owies + pszenica)

28 Modyfikacje krajowego doświadczalnictwa odmianowego w kontekście zwiększenia bioróżnorodności upraw (3) badania zasiewów mieszanych, w celu zwiększenia bioróżnorodności: - wewnątrzgatunkowe mieszanki odmianowe - międzygatunkowe mieszanki zbożowe - mieszanki zbożowo-strączkowe

29 Modyfikacje krajowego doświadczalnictwa odmianowego w kontekście zwiększenia bioróżnorodności upraw (3) badania zasiewów mieszanych w celu zwiększenia bioróżnorodności: - wewnątrzgatunkowe mieszanki odmianowe - międzygatunkowe mieszanki zbożowe - mieszanki zbożowo-strączkowe

30 Modyfikacje krajowego doświadczalnictwa odmianowego w kontekście zwiększenia bioróżnorodności upraw (4) badania zasiewów mieszanych w celu zwiększenia bioróżnorodności: - międzygatunkowe mieszanki roślin motylkowatych - międzygatunkowe mieszanki traw - mieszanki traw z roślinami motylkowatymi - wielogatunkowe mieszanki specjalistyczne

31 Modyfikacje krajowego doświadczalnictwa odmianowego w kontekście zwiększenia bioróżnorodności upraw (5) wielogatunkowe mieszanki specjalistyczne: - mieszanki gatunków motylkowatych do uprawy na obszarach pro-ekologicznych - mieszanki zapobiegające wymywaniu składników pokarmowych w głąb profilu glebowego - mieszanki redukujące nicienie w uprawie buraków cukrowych i ziemniaka

32 Modyfikacje krajowego doświadczalnictwa odmianowego w kontekście zwiększenia bioróżnorodności upraw (6) wielogatunkowe mieszanki specjalistyczne: - mieszanki na intensywne płodozmiany buraczane - mieszanki na intensywne płodozmiany rzepakowe - mieszanki na intensywne płodozmiany ziemniaczane - mieszanki intensywne płodozmiany kukurydziane

33 Innowacyjne modyfikacje zakresu doświadczeń odmianowych (1) zwiększenie skuteczności oceny wartości gospodarczej odmian z jednoczesną oceną przydatności środowisk do ich testowania: - środowiska do prowadzenia doświadczeń odmianowych powinny odznaczać się dużą zmiennością czynników glebowo-klimatycznych - testowanie odmian w zróżnicowanych poziomach intensywności uprawy - testowane odmiany powinny reprezentować jak najszersze spektrum właściwości genetycznych - ocena wartości gospodarczej i użytkowej odmian oraz ich uzdolnień adaptacyjnych w jak największej liczbie środowisk (miejscowości)

34 Innowacyjne modyfikacje zakresu doświadczeń odmianowych (2) selekcja odmian konwencjonalnych przydatnych do poszczególnych kierunków gospodarowania, w tym rolnictwa ekologicznego (doświadczenia w tzw. środowiskach intensywnych, środowiskach niskonakładowych i w warunkach ekologicznej uprawy testowanie wartości gospodarczej heterogenicznych materiałów odmianowych (mieszanki, populacje): mieszanki wewnątrz i międzygatunkowe złożone populacje krzyżówkowe (ZPK) prowadzenie doświadczeń z odmianami konwencjonalnymi i materiałami heterogenicznymi w warunkach ekologicznego gospodarowania

35

36 Innowacyjne modyfikacje metodyk badań i doświadczeń odmianowych (1) harmonizacja metodyk badań i analiz wyników doświadczeń hodowlanych, rejestrowych i porejestrowych ocena i ewaluacja odporności i/lub tolerancji odmian na stresy biotyczne i abiotyczne w referencyjnych środowiskach występowania stresów określenie zdolności buforowych i regeneracyjnych odmian (ang. resilience), po wystąpieniu stresu abiotycznego

37 Innowacyjne modyfikacje metodyk badań i doświadczeń odmianowych (2) określanie tzw. referencyjnych środowisk glebowoklimatycznych w kraju do badania odmian: - pozwalających na określanie potencjału i stabilności plonowania odmian - umożliwiających skuteczną ocenę odporności i/lub tolerancji odmian na choroby i inne stresy biotyczne i abiotyczne wyznaczanie referencyjnych środowisk do testowania tolerancji odmian na stresy abiotyczne (susza, zimotrwałość i in.)

38 Innowacyjne modyfikacje metodyk badań i doświadczeń odmianowych (3) ocena odmian z zastosowaniem innowacyjnych, nie destrukcyjnych dla roślin, metod pomiarowych i analiz cech i właściwości morfologiczno-wzrostowych roślin: - ocena dynamiki indeksu powierzchni liści - fotografia cyfrowa - temperatura łanu - odbicie łanu (canopy reflection) stosowanie dronów i innych nowatorskich metod i technik badania roślin w sezonie wegetacji

39 Innowacyjne modyfikacje metodyk badań i doświadczeń odmianowych (4) liniowe modele mieszane i uogólnione liniowe modele mieszane modele AMMI (AMMI, EM-AMMI, Robust AMMI), GEE połączenie modeli AMMI z metodami analizy wielozmiennej np.: - analiza skupień - analiza składowych głównych regresja liniowa i krzywoliniowa sztuczne sieci neuronowe

40 Właściwości morfologiczno-wzrostowe i użytkowe roślin analizowane w doświadczalnictwie odmianowym wysokość i stabilność plonowania odmian właściwości jakościowe i żywieniowe odmian odporność i/lub tolerancja odmian na stresy biotyczne i abiotyczne cechy morfologiczno-wzrostowe roślin (typ krzewienia, wysokość roślin, wyleganie, dojrzewanie i in.) cechy fizjologiczne roślin (wigor we wczesnych fazach wzrostu, konkurencyjność do chwastów, architektura łanu, zdolność do kompensacji, komplementacji i in.)

41 Differences between organic and conventional VCU protocols for spring wheat Trial site Organic Protocol manager organically, in accordance with EU regulation 2092/91 for at east Tyree years Conventional Protocol application of mineral fertilizers and herbicides; no growth regulators are applied and part of the trial is conducted without fungicides Seed not chemically treated chemically treated Additional plant traits that are recovery from mechanical not observed not obserwed in conventional spring wheat VCU harrowing speed of closing the crop not observed canopy canopy density distance of ear-flag leaf not observed compactness of the ear not observed resistance against sprouting not observed black molds in the ear not observed not observed Evaluation of baking quality evaluation on whole meal bread without artificial bread improvers evaluation on white bread with addition of ascorbic acid

42 Mieszanka Gorzowska / Trójgatunkowa mieszanka poplonowa na paszę, poprawiająca strukturę gleby

43 Złożone populacje krzyżówkowe (ZPK) zbóż (1) wykonanie krzyżowań (w pół-diallelu) zestawu 7-10 najplenniejszych odmian komercyjnych danego gatunku (w określonym typie użytkowym) rozmnażanie uzyskanych populacji (F1 do F9), w różnych warunkach glebowo-klimatycznych oraz w unikatowych środowiskach stresowych (bez prac selekcyjnych)

44 Złożone populacje krzyżówkowe (ZPK) zbóż (2) na rozmnażane populacje krzyżówkowe (15-20 tys. roślin) oddziałuje naturalna selekcja, w różnych warunkach środowiskowych i presji czynników stresowych ZPK są porównywane z odmianami wyjściowymi, pod względem plonowania, odporności na stresy oraz innych właściwości agronomicznych w późniejszych generacjach F 8 -F 9 rozpoczyna się prace selekcyjno-hodowlane

45 ZPK pszenicy ozimej

46 Korzyści z bioróżnorodności w uprawie roślin (1) na polach obsianych monokulturami pojedynczych odmian, prawie nie funkcjonują naturalne mechanizmy samoregulacji, tj.: potencjał środowiskowy i adaptacyjny upraw, wynikający ze zmienności genetycznej i fenotypowej roślin zjawiska komplementacji, kompensacji i zdolności buforujące roślin w łanie, podczas ich wzrostu i rozwoju w zróżnicowanym genetycznie łanie 1

47 Korzyści z bioróżnorodności w uprawie roślin (2) zwiększenie spektrum genetycznej odporności upraw na choroby i inne stresy zapobieganie występowaniu silnych epidemii chorób poprzez uruchomienie naturalnych mechanizmów ich ograniczania ograniczenie potrzeby stosowania środków ochrony roślin i innych syntetycznych środków produkcji 1

48 Korzyści z bioróżnorodności w uprawie roślin (3) zrównoważone gospodarowanie zasobami naturalnymi (gleba, woda, postęp odmianowy,) i ochrona środowiska naturalnego różnorodność genetyczna łanu buforuje niekorzystne warunki uprawy roślin, ograniczanie skutków stresów biotycznych i abiotycznych, w tym gwałtownych zmian warunków pogodowych ograniczanie rozprzestrzeniania się chorób roślin, szkodników i chwastów zwiększenie wierności i stabilności plonowania upraw

49 Dziękujemy za zainteresowanie