ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH ZESZYT 577

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH ZESZYT 577 WARSZAWA 2014

ADVANCES OF AGRICULTURAL SCIENCES PROBLEM ISSUES ISSUE 577 WARSAW 2014

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH Zeszyt 577 Wydział Nauk o Żywności Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie 2014

Wydział Nauk o Żywności, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie RADA REDAKCYJNA Andrzej Lenart przewodniczący André Chwalibog (Dania) Rui Costa (Portugalia) Marco Dalla Rosa (Włochy) Frédéric Debeaufort (Francja) Jesus Frias (Irlandia) Józef Horabik Tadeusz Kudra (Kanada) Jan Łabętowicz Jan Niemiec Edward Pierzgalski KOMITET REDAKCYJNY Dorota Witrowa-Rajchert redaktor naczelna Mirosław Słowiński zastępca redaktor naczelnej Ewa Gondek sekretarz ADRES REDAKCJI Wydział Nauk o Żywności SGGW w Warszawie ul. Nowoursynowska 159c 02-776 Warszawa Opracowanie redakcyjne Agata Kropiwiec, Elżbieta Wojnarowska Czasopismo w postaci wydrukowanej jest wersją pierwotną ISSN 0084-5477 Wydawnictwo SGGW, ul. Nowoursynowska 166, 02-787 Warszawa tel. 22 593 55 20 (-22; -25 sprzedaż), fax 22 593 55 21 e-mail: wydawnictwo@sggw.pl www.wydawnictwosggw.pl Druk: POLIMAX s.c., ul. Nowoursynowska 161 L, 02-787 Warszawa

Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych nr 577, 2014, 3 12 BADANIE WŁAŚCIWOŚCI GEOMETRYCZNYCH I FIZYCZNYCH OWOCÓW WYBRANYCH ODMIAN GRUSZY NA PODSTAWIE MODELI NUMERYCZNYCH UZYSKANYCH ZA POMOCĄ SKANERA 3D Andrzej Anders, Piotr Markowski, Zdzisław Kaliniewicz Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Streszczenie. Celem pracy była ocena przydatności zbudowanych za pomocą skanera 3D modeli numerycznych owoców gruszy odmiany Bonkreta Williamsa oraz Konferencja do określania ich właściwości geometrycznych i fizycznych. Dodatkowo porównano utworzone modele owoców gruszy z aktualnie stosowanymi przybliżonymi sposobami opisu kształtu polegającymi na aproksymacji owoców do prostych brył geometrycznych. Na podstawie przeprowadzonych pomiarów i obliczeń stwierdzono, że stosując skaner 3D do skanowania obiektów przestrzennych uzyskuje się dużą dokładność pomiarów pola powierzchni i objętości owoców w porównaniu z obliczeniami pola powierzchni i objętości wykonanymi na przybliżonych wzorach matematycznych. Wartość współczynnika determinacji wymiarów owoców gruszy w funkcji ich masy zawierała się w zakresie od 0,58 do 0,95 i od 0,54 do 0,93 odpowiednio dla owoców odmiany Bonkreta Williamsa oraz Konferencja. Najniższą wartość współczynnika determinacji odnotowano dla długości owoców w funkcji ich masy dla obydwu badanych przypadków. Utworzone za pomocą skanera 3D modele owoców mogą posłużyć do przeprowadzenia dokładnych obliczeń ich właściwości geometrycznych. Słowa kluczowe: owoce, grusza, Bonkreta Williamsa, Konferencja, cechy geometryczne, skanowanie 3D WSTĘP Jednym z podstawowych celów przemysłu spożywczego jest wdrażanie nowych produktów i stosowanie nowoczesnych procesów technologicznych [Czernyszewicz 2011]. Wprowadzanie do produkcji nowych artykułów spożywczych wymaga przeprowadzania badań i doświadczeń na surowcach rolniczych [Datta i Halder 2008, Ciurzyńska i in. 2011, Adres do korespondencji Corresponding author: Andrzej Anders, Uniwersytet Warmińsko- -Mazurski w Olsztynie, Wydział Nauk Technicznych, Katedra Maszyn Roboczych i Metodologii Badań, ul. M. Oczapowskiego 11, 10-736 Olsztyn, e-mail: anders@uwm.edu.pl

4 A. Anders, P. Markowski, Z. Kaliniewicz Piotrowski i Godlewska 2011]. Koszt takich badań i doświadczeń jest duży. Dlatego też, tam gdzie jest to możliwe, należy zastępować prowadzenie badań na produktach spożywczych, badaniami wykonywanymi na modelach numerycznych [Wiktor i in. 2012]. Mając gotowy model numeryczny, można określić np. właściwości geometryczne produktu oraz przejść do etapu projektowania i optymalizacji procesów produkcyjnych. Dotychczasowe modele produktów roślinnych np. owoców, warzyw i nasion oparte były na tradycyjnych, regularnych, dobrze opisanych matematycznie kształtach (np. cylinder, kula, prostopadłościan, stożek itp.) [Frączek i Wróbel 2006]. W rzeczywistości kształt owoców nie jest dopasowany do wymienionych brył geometrycznych, w związku z tym trudne jest dokładne odwzorowanie ich kształtu, a uzyskane w ten sposób modele mają małą przydatność w procesach projektowania maszyn i urządzeń stosowanych w przemyśle rolno-spożywczym. W związku z tym trwają poszukiwania nowych metod numerycznych, wykorzystujących nowoczesne narzędzia informatyczne (komputery o dużych mocach obliczeniowych wraz z odpowiednim oprogramowaniem) do precyzyjnego odwzorowania kształtu materiałów biologicznych. Coraz częściej geometria obiektów spożywczych jest symulowana za pomocą programów do komputerowego wspomagania projektowania (CAD) lub programów przeznaczonych do numerycznej mechaniki płynów (CFD) [Verboten i in. 2004]. Do opisu kształtu produktów rolniczych stosowane są także systemy wizyjne [Jancsók i in. w 2001, Sabliov i in. 2002, Scheerlinck i in. 2004], a także metody matematycznego modelowania kształtu [Mieszkalski i in. 2008, Mieszkalski 2013]. Pomimo stosowania zaawansowanych technik komputerowych w dalszym ciągu istnieje problem uzyskania dokładnego odwzorowania kształtu z uwzględnieniem występujących anatomicznych nieprawidłowości produktu roślinnego. Uzyskanie dokładnego kształtu obiektu jest procesem żmudnym i trudnym, zwłaszcza dla produktów o nieregularnych kształtach. Niewiele jest publikacji z wynikami badań odnośnie analizy kształtu i oszacowania wymiarów dla takich produktów. Poszukując nowych metod dokładnego odwzorowania kształtu badanych obiektów, stosuje się skaner 3D [Rahmi i Ferruh 2009, Anders i in. 2012]. Urządzenie to pozwala na dokładne określenie właściwości geometrycznych np. owoców, a uzyskany model numeryczny zapisany w pamięci komputera w postaci chmury punktów wykorzystany może być w procesach projektowania i symulacji komputerowej. Od wielu lat prowadzone są badania w celu uzyskania modeli numerycznych produktów rolniczych i spożywczych, które mogłyby być wykorzystane w symulacji komputerowej wybranych procesów technologicznych. Jancsók i inni [2001] zbudowali model 3-D owoców gruszy odmiany Konferencja, a Scheerlinck [2004] przedstawił przestrzenny model owocu truskawki bez szypułki. Obydwaj autorzy użyli komputerowego systemu wizyjnego służącego do opisu kształtu. System ten składał się z CCD kamery, lampy pierścieniowej o mocy 100 W oraz obrotowego stolika, na którym można było zamocować badany owoc. Kontury badanego owocu z uzyskanych ośmiu obrazów stanowiły podstawę budowy modelu 3D. System wymagał wykonania kalibracji wymiarów konturów owoców oraz rozdzielczości i dopiero na tej podstawie możliwe było budowanie modelu geometrycznego 3-D gruszki i truskawki. Ostateczne przygotowanie modelu wymagało zastosowania metody elementów skończonych w specjalistycznym oprogramowaniu i było czasochłonne. Goni i inni [2007] opisali metodę rekonstrukcji nieregularnych produktów spożywczych, do badań wybierając owoce jabłoni oraz porcje mięsa. W trakcie rekonstrukcji kształtów próbek musieli przed akwizycją obrazów przekrojów wykonać cięcie każdej próbki na Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

Badanie właściwości geometrycznych i fizycznych owoców wybranych odmian gruszy... 5 plastry. Jako końcowy efekt zastosowanej metody uzyskano przestrzenny model badanej próbki, jednakże metoda ta była metodą niszczącą. Nawara i Krzysztofik [2007] zbudowali stanowisko badawcze i opracowali metodykę przygotowywania prób do przeprowadzenia pomiarów metodą wideo-komputerową parametrów geometrycznych, takich jak: długość, szerokość, grubość oraz objętość bulw ziemniaka. Przeprowadzili badania na odmianie Salto, a otrzymane wyniki porównali z pomiarami wykonanymi suwmiarką i wagą hydrostatyczną. Zaproponowana przez autorów metoda pomiarów nie pozwalała jednak na obliczenie pola powierzchni. Mieszkalski i inni [2008] zaprezentowali model matematyczny owocu mandarynki, wykorzystując równania parametryczne. Zmierzono owoce rzeczywiste oraz wygenerowany komputerowo model. Z przeprowadzonej analizy statystycznej wykonanych pomiarów wynikało, że model matematyczny najlepiej odwzorowuje objętość, pole powierzchni oraz pola powierzchni rzutów owocu. Mieszkalski [2013] przedstawił model matematyczny korzeni pietruszki korzeniowej, który był reprezentowany przez powierzchnię parametryczną, krzywe przestrzenne i krzywe Béziera. W proponowanych modelach matematycznych można zmieniać wartości parametrów decydujących o podstawowych właściwościach geometrycznych (średnicę i długość korzenia) oraz o kształcie korzenia, co pozwala na wygenerowanie dowolnych (w ramach gatunku), pod względem kształtu i podstawowych wymiarów, brył, jednakże modele te nie odwzorowują dokładnie rzeczywistego ich kształtu i powierzchni. Owoce gruszy są często wykorzystywane w przetwórstwie spożywczym. Posiadają kształt, który trudniej jest aproksymować do znanych brył geometrycznych, jak to ma miejsce np. dla owoców jabłoni, śliwy czy wiśni. Utworzenie modelu numerycznego za pomocą skanera 3D oraz późniejszy pomiar parametrów geometrycznych badanego obiektu przy stale spadających cenach tych urządzeń pozwala na szybsze i dokładniejsze wykonanie badań surowców pochodzenia roślinnego w porównaniu do metod wyżej opisanych. Celem pracy było opracowanie modeli numerycznych owoców gruszy odmian Bonkreta Williamsa oraz Konferencja otrzymanych za pomocą skanera 3D i ocena ich dopasowania do rzeczywistego kształtu owoców wybranych odmian. Dla tak sformułowanego celu pracy postanowiono dodatkowo porównać wyznaczone modele numeryczne owoców gruszy z aktualnie stosowanymi sposobami przybliżonego opisu kształtu przez aproksymację do prostych brył geometrycznych. MATERIAŁ I METODY Do badań użyto owoce gruszy odmian Bonkreta Williamsa oraz Konferencja, przechowywanych w pomieszczeniu o stałej temperaturze 20 C oraz wilgotności powietrza około 60%. Owoce zakupiono w Zakładzie Produkcyjno-Doświadczalnym Pozorty w Olsztynie. Kształt obydwu odmian różni się znacząco. Owoce Konferencji mają kształt wydłużony, a owoce Bonkrety są krótsze i bardziej pękate. Skanowanie 3D owoców wykonano na laserowym skanerze firmy Nextengine w Katedrze Maszyn Roboczych i Metodologii Badań na Uniwersytecie Warmińsko-Mazurskim w Olsztynie. Gęstość skanowania wynosiła 387 punktów na cm 2 (2500 punktów cal 2 ). Skanowane owoce umieszczano na obrotowym stoliku. Do badań wybrano po 50 sztuk gruszek odmiany Bonkreta Williamsa oraz odmiany Konferencja (rys. 1). Dla każdego owocu wykonano siedem skanów bocznych oraz po nr 577, 2014

6 A. Anders, P. Markowski, Z. Kaliniewicz Rys. 1. Fig. 1. Przykładowe modele owoców gruszy uzyskane po skanowaniu 3D: a) odmiana Bonkreta Williamsa, b) odmiana Konferencja Sample models of pear fruits obtained after scanning 3D: a) Williams pear cultivar, b) Conference cultivar jednym skanie górnej i dolnej części owocu. W gotowych modelach owoców za pomocą oprogramowania Scanstudio HD PRO firmy Nextengine (NextEngine User Manual 2010) zmierzono długość, szerokość, grubość, pole powierzchni oraz objętość. Dokładność wykonanych pomiarów wymiarów liniowych wynosiła 0,127 mm. Średnicę zastępczą owoców D g [mm] oraz kulistość ϕ [%] obliczono na podstawie wzorów (1) i (2) [Mohsenin 1986]: D L W T 1/3 [mm] (1) g gdzie: L długość owocu [mm], W szerokość owocu [mm], T grubość owocu [mm]. D g 100% (2) L Do oszacowania pola powierzchni przyjęto formułę (3) [McCabe i in. 1986]: A D [cm 2 ] (3) o 2 g Objętość owoców V o [cm 3 ] obliczano ze wzoru (4): 3 V o D g [cm 3 ] (4) 6 Każdy z badanych owoców zważono na wadze elektronicznej Radwag PS 1000/C/2 z dokładnością 0,001 g. Obliczenia statystyczne wykonano z wykorzystaniem programu Statistica 10, przyjmując poziom istotności α = 0,05. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

Badanie właściwości geometrycznych i fizycznych owoców wybranych odmian gruszy... 7 WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA Uzyskane w procesie skanowania 3D modele owoców gruszy odmian Bonkreta Williamsa i Konferencja pozwoliły na wykonanie pomiarów wymiarów liniowych i określenie cech geometrycznych. Średnia długość badanych owoców Bonkrety Williamsa wynosiła 81,80 ±7,45 mm i była o około 10% mniejsza od średniej długości owoców gruszy odmiany Konferencja (tab. 1). Z kolei średnia szerokość owoców Bonkrety Williamsa wynosiła 63,68 ±4,49 mm i była o około 8% większa od szerokości owoców odmiany Konferencja. Średnia grubość owoców Bonkrety Williamsa była o około 8% większa od średniej grubości owoców Konferencji. Kulistość owoców wyrażona procentowym wskaźnikiem podobieństwa do kuli w przypadku owoców gruszy odmian Bonkrety Wiliamsa i Konferencja wynosiła odpowiednio 84,05 ±3,75 i 74,35 ±4,28%. Średnie pole powierzchni owoców pierwszej analizowanej odmiany, obliczone na podstawie skanowania 3D, było o około 7,5% większe od średniego pola powierzchni owoców Konferencji. Średnia objętość owoców Bonkrety Williamsa była o około 13% większa od średniej objętości owoców Konferencji. Pozostałe wymiary owoców gruszy oraz wyniki obliczeń na podstawie wzorów umieszczonych w pracy przedstawiono w tabeli 1. Tabela 1. Zestawienie wyników obliczeń statystycznych cech geometrycznych i fizycznych owoców gruszy odmian Bonkreta Williamsa i Konferencja Table 1. Summary of the statistical calculations results of the Williams bon chrétien pear and the Conference pear fruits geometric and physical features Odmiana Cultivar Średnia Mean Bonkreta Williamsa Williams pear Zakres Range Odchylenie standardowe Standard deviation Średnia Mean Konferencja Conference pear Zakres Range Odchylenie standardowe Standard deviation Długość L Lenght L [mm] 81,80 29,01 7,45 91,03 44,48 9,76 Szerokość W Width W [mm] 63,68 18,38 4,49 58,90 14,21 4,10 Grubość T Thickness T [mm] 62,02 18,69 4,19 57,19 14,07 3,85 Masa m Mass m [g] 142,33 113,52 29,15 123,79 106,97 24,76 Pole powierzchni A Surface area A [cm 2 ] 139,02 76,24 19,44 129,29 79,22 18,39 Objętość V Volume V [cm 3 ] 144,90 113,54 29,37 125,71 106,98 25,17 Średnica zastępcza D g Geometric mean diameter D g [mm] 68,58 17,91 4,74 67,37 18,07 4,76 Kulistość ϕ Sphericity ϕ [%] 84,05 17,55 3,75 74,35 20,01 4,28 Pole powierzchni obliczone na podstawie wzoru (3) A o The surface area calculated from the formula (3) A o [cm 2 ] 148,45 74,97 20,32 143,30 77,46 20,20 Objętość obliczona na podstawie wzoru (4) V o The volume calculated from the formula (4) V o [cm 3 ] 171,27 125,58 34,74 162,49 132,86 34,26 Gęstość Bulk Density [kg m 3 ] 981,91 22,74 5,75 984,89 47,65 8,83 nr 577, 2014

8 A. Anders, P. Markowski, Z. Kaliniewicz Wymiary owoców gruszy w funkcji ich masy dla odmiany Bonkreta Williamsa oraz Konferencji przedstawiono na rysunkach 2 i 3. Zależność wymiarów opisano funkcją liniową. Współczynnik determinacji dla długości owoców gruszy odmiany Bonkreta Williamsa wynosił 0,5817, podczas gdy dla pozostałych wymiarów oraz obliczonej średnicy zastępczej owocu od 0,9177 do 0,9469. Dla owoców odmiany Konferencja współczynnik 100 90 y = 54,051 + 0,195*x; R 2 = 0,5817 y = 46,0205 + 0,1585*x; R 2 = 0,9469 Wymiar Dimension [mm] 80 70 60 y = 42,4291 + 0,1493*x; R 2 = 0,9367 y = 42,4248 + 0,1377*x; R 2 = 0,9177 Rys. 2. Fig. 2. 50 60 80 100 120 140 160 180 200 220 Masa Mass [g] Długość Lenght Szerokość Width Grubość Thickness D g Średnica zastępcza Geometric mean diameter Wymiary owoców gruszy w funkcji ich masy dla odmiany Bonkreta Williamsa Williams bon chrétien pear fruits dimensions as their weight function 120 110 y = 55,1572 + 0,2898*x; R 2 = 0,5396 100 Wymiar Dimension [mm] Rys. 3. Fig. 3. 90 80 70 60 50 40 80 100 120 140 160 180 200 Masa Mass [g] y = 44,4468 + 0,1852*x; R 2 = 0,9264 y = 40,0091 + 0,1526*x; R 2 = 0,8460 y = 39,5118 + 0,1428*x; R 2 = 0,8427 Długość Lenght Szerokość Width Grubość Thickness D g Średnica zastępcza Geometric mean diameter Wymiary owoców gruszy w funkcji ich masy dla odmiany Konferencja Conference pear fruits dimensions as their weight function Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

Badanie właściwości geometrycznych i fizycznych owoców wybranych odmian gruszy... 9 determinacji długości owoców wynosił 0,5396, a dla szerokości, grubości i średnicy zastępczej od 0,8427 do 0,9264. Zależność pola powierzchni w funkcji masy dla badanych owoców gruszy przedstawiono na rysunkach 4 i 5. Średnie pole powierzchni owoców gruszy odmiany Bonkreta Williamsa obliczone na podstawie wzorów jest o około 6% większe od pola powierzchni 190 Pole powierzchni Surface area [cm 2 ] 180 170 160 150 140 130 120 110 100 y = 51,786 + 0,6792*x; R 2 = 0,9495 y = 44,4959 + 0,6641*x; R 2 = 0,9916 Rys. 4. Fig. 4. 90 60 80 100 120 140 160 180 200 220 Masa Mass [g] A Skanowane Scanned A o Obliczone Calculated Pole powierzchni owoców gruszy w funkcji masy dla odmiany Bonkreta Williamsa Williams bon chrétien pear fruits area as their weight function 200 Pole powierzchni Surface area [cm 2 ] 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 y = 45,7936 + 0,7877*x; R 2 = 0,9320 y = 38,2172 + 0,7357*x; R 2 = 0,9807 Rys. 5. Fig. 5. 90 80 100 120 140 160 180 200 Masa Mass [g] A Skanowane Scanned A o Obliczone Calculated Pole powierzchni owoców gruszy w funkcji masy dla odmiany Konferencja Conference pear fruits area as their weight function nr 577, 2014

10 A. Anders, P. Markowski, Z. Kaliniewicz określonego za pomocą skanera 3D, a dla odmiany Konferencja różnica ta jest ponad dwukrotnie większa i wynosi około 14%. Objętość owoców gruszy w funkcji ich masy przedstawiono na rysunkach 6 i 7. Średnia objętość owoców gruszy odmiany Bonkreta Wiliamsa obliczona na podstawie wzorów jest o około 26% większa od średniej objętości określonej za pomocą skanera 3D, a dla odmiany Konferencja różnica ta wynosi około 36%. 240 220 y = 5,9629 + 1,1614*x; R 2 = 0,9500 200 Objętość Volume [cm 3 ] 180 160 140 120 100 y = 1,5888 + 1,0068*x; R 2 = 0,9991 80 Rys. 6. Fig. 6. 60 60 80 100 120 140 160 180 200 220 Masa Mass [g] V Skanowana Scanned V o Obliczona Calculated Objętość owoców gruszy w funkcji masy dla odmiany Bonkreta Williamsa Williams bon chrétien pear fruits volume as their weight function 260 240 220 y = 3,1345 + 1,3379*x; R 2 = 0,9347 Objętość Volume [cm 3 ] 200 180 160 140 120 100 y = 0,0241 + 1,0157*x; R 2 = 0,9980 Rys. 7. Fig. 7. 80 80 100 120 140 160 180 200 Masa Mass [g] Objętość owoców gruszy w funkcji masy dla odmiany Konferencja Conference pear fruits volume as their weight function V Skanowana Scanned V o Obliczona Calculated Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

Badanie właściwości geometrycznych i fizycznych owoców wybranych odmian gruszy... 11 WNIOSKI 1. Na podstawie przeprowadzonych pomiarów i obliczeń wynika, że stosując skaner 3D uzyskuje się dużą dokładność pomiarów pola powierzchni i objętości owoców w porównaniu z obliczeniami pola powierzchni i objętości wykonanymi na wzorach. 2. Najniższą wartość współczynnika determinacji R 2 (0,54 i 0,58 odpowiednio dla owoców gruszy odmiany Konferencja i Bonkreta Williamsa) odnotowano dla długości owoców gruszy w funkcji ich masy w przypadku obydwu badanych odmian. 3. Uzyskane za pomocą skanera 3D modele owoców mogą posłużyć do przeprowadzenia dokładniejszych obliczeń ich właściwości geometrycznych, uniezależniając proces badania od czasu. Model owocu nie ulega wpływom zewnętrznych czynników powodujących jego deformację i uszkodzenie. LITERATURA Anders A., Kaliniewicz Z., Markowski P., 2012. Zastosowanie skanera 3D do pomiarów cech geometrycznych produktów spożywczych na przykładzie pieczywa typu kajzerka i minikajzerka. Postępy Techniki Przetwórstwa Spożywczego 2, 22 26. Ciurzyńska A., Janowicz M., Piotrowski D., Pomarańska-Łazuka W., Sitkiewicz I., Lenart A., 2011. Właściwości rekonstrukcyjne suszonych próżniowo truskawek. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych 569, 21 34. Czernyszewicz E., 2011. Znaczenie wybranych obszarów zarządzania w produkcji owoców. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych 569, 51 60. Datta A.K., Halder A., 2008. Status of food process modeling and where do we go from here (synthesis of the outcome from brainstorming). Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety 7, 117 120. Frączek J., Wróbel M., 2006. Metodyczne aspekty oceny kształtu nasion. Inżynieria Rolnicza 12 (87), 155 163. Goni S.M., Purlis E., Salvadori V.O., 2007. Three-dimensional reconstruction of irregular foodstuffs. Journal of Food Engineering 82, 536 547. Jancsoḱ P., Clijmans L., Nicolai B.M., De Baerdemaeker J., 2001. Investigation of the effect of shape on the acoustic response of Conference pears by finite element modelling. Postharvest Biology and Technology 23, 1 12. Mieszkalski L., 2013. Matematyczne modelowanie kształtu korzenia pietruszki. Postępy Techniki Przetwórstwa Spożywczego 1, 45 52. Mieszkalski L., Anders A., Sołoducha H.K., 2008. Modelowanie brył owoców na przykładzie owoców mandarynki. Postępy Techniki Przetwórstwa Spożywczego 2, 20 25. McCabe W.L., Smith J.C., Harriot P., 1986. Unit Operations of Chemical Engineering. McGraw- Hill Book Company, New York. Mohsenin N.N., 1986. Physical properties of plant and animal materials. Gordon and Breach Science Public, New York. Nawara P., Krzysztofik B., 2007. Pomiar metodą wideo-komputerową parametrów geometrycznych bulw ziemniaka. Acta Agrophysica 9 (2), 443 448. NextEngine User Manual, 2010. http://www.nextengine.com (data dostępu: 10.05.2014). Piotrowski D., Godlewska A., 2011. Wpływ metody suszenia próżniowego na proces rehydracji wysuszonych truskawek. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych 569, 251 263. nr 577, 2014

12 A. Anders, P. Markowski, Z. Kaliniewicz Rahmi U., Ferruh E., 2009. Potential use of 3-dimensional scanners for food process modeling. Journal of Food Engineering 93, 337 343. Sabliov C.M., Bolder D., Keener K.M., Farkas B.E., 2002. Image processing method to determine surface area and volume of axi-symmetric agricultural products. International Journal of Food Properties 5, 641 653. Scheerlinck N., Marquenie D., Jancsok P.T., Verboven P., Moles C.G., Banga J.R., Nicolai B.M., 2004. A model-based approach to develop periodic thermal treatments for surface decontamination of strawberries. Postharvest Biology and Technology 34, 39 52. Verboven P., De Baerdemaeker J., Nicolai B.M., 2004. Using computational fluid dynamics to optimize thermal processes. In: Richardson P. (ed.), Improving the Thermal Processing of Foods. CRC Press, Boca Raton, FL, 82 102. Wiktor A., Łuczywek K., Witrowa-Rajchert D., 2012. Modelowanie matematyczne kinetyki suszenia mikrofalowo-konwekcyjnego liści bazylii. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych 570, 127 141. EVALUATION OF GEOMETRIC AND PHYSICAL PROPERTIES OF CHOSEN PEAR CULTIVARS BASED ON NUMERICAL MODELS OBTAINED BY A 3D SCANNER Summary. The objective of this study was to assess the usefulness of numerical models of the Williams bon chrétien pear and the Conference pear cultivars fruits obtained by the application of a 3D scanner in determining their geometric attributes and physical properties. Additionally, the obtained pear fruits models were compared with the presently employed ways of shape description involving the approximation of the fruit shape to simple geometric units. Based on the taken measurements and conducted calculations, it was concluded that the application of a 3D scanner for scanning spatial objects allows for a higher accuracy of the surface area and volume measurements of the fruits, as compared to the calculations of the surface area and volume based on approximate mathematical formulas. The value of the coefficient of determination for the pear fruit dimensions as functions of their mass ranged from 0.58 to 0.95 and from 0.54 to 0.93 for the Williams bon chrétien pear and the Conference pear cultivars fruits, respectively. The lowest value of the coefficient of determination was noted for the fruit lengths as functions of their mass in both investigated cultivars. Fruit models developed with a 3D scanner can serve to obtain more accurate calculations of their geometric attributes. Key words: fruits, Williams pear, Conference pear, geometric features, 3D scanning Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych nr 577, 2014, 13 22 BIORÓŻNORODNOŚĆ FLORY SEGETALNEJ W PSZENŻYCIE OZIMYM UPRAWIANYM W WARUNKACH RÓŻNYCH METOD ODCHWASZCZANIA I NAWOŻENIA AZOTEM Irena Brzozowska, Jan Brzozowski Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Streszczenie. Celem badań była ocena bioróżnorodności flory segetalnej w uprawie pszenżyta ozimego, przeprowadzona na podstawie składu gatunkowego, liczby i suchej masy chwastów, w zależności od różnych metod odchwaszczania: bez pielęgnacji, bronowanie, herbicyd, bronowanie + herbicyd i nawożenia azotem (120 kg N ha 1 ): 0, 60 + 60, 60 + 25 + 35, 60 + 25 dolistnie + 35. Eksperyment polowy z pszenżytem odmiany Woltario prowadzono w latach 2004 2006 na glebie płowej typowej kompleksu żytniego dobrego. Wraz z intensyfikacją odchwaszczania zmniejszała się różnorodność gatunkowa chwastów, a zwiększała dominacja kilku z nich. Wskaźnik różnorodności Shannona-Wienera w pszenżycie odchwaszczanym metodą chemiczną lub mechaniczno-chemiczną był 2,2 2,4 razy mniejszy, a indeks dominacji Simpsona 3,9 4,0 razy większy, w porównaniu z pszenżytem nieodchwaszczanym. Nawożenie azotem, niezależnie od sposobu aplikacji, wpłynęło na zwiększenie wskaźnika bioróżnorodności Shannona-Wienera (z 1,90 do 2,00) oraz na zmniejszenie wskaźnika dominacji Simpsona (średnio z 0,30 do 0,22). Słowa kluczowe: pszenżyto ozime, chwasty, bioróżnorodność, bronowanie, herbicyd, nawożenie azotem WSTĘP W Polsce od kilku lat powierzchnia zasiewów zbóż kształtuje się na poziomie około 71 75,5% ogólnej struktury zasiewów [GUS 2013]. Skutkuje to zbyt częstą uprawą zbóż po sobie oraz dochodzi do kompensacji chwastów. Objawia się ona zubożeniem różnorodności gatunkowej flory segetalnej i dominacją gatunków szczególnie Adres do korespondencji Corresponding author: Irena Brzozowska, Uniwersytet Warmińsko- -Mazurski, Wydział Kształtowania Środowiska i Rolnictwa, Katedra Systemów Rolniczych, pl. Łódzki 3, 10-718 Olsztyn, e-mail: brzozi@uwm.edu.pl

14 I. Brzozowska, J. Brzozowski uciążliwych, głównie tych, których rytm biologiczny jest podobny do cyklu rozwojowego rośliny uprawnej [Skrzypczak i Pudełko 2003, Brzozowska i in. 2005]. Rozpatrując szkodliwość zbiorowiska chwastów, trzeba mieć na uwadze fakt, iż jeden gatunek chwastu, występujący masowo w łanie, stanowi większe zagrożenie konkurencyjne dla zbóż, niż kilka gatunków o podobnej łącznie liczebności [Walter i in. 2002]. Oerke [2006] szacuje straty potencjalnych plonów powodowanych przez chwasty na 34%, to jest tyle, ile łącznie wycenia je dla szkodników i chorób (odpowiednio 18 i 16%). Na ogół przyjmuje się, że najbardziej skuteczną metodą ograniczania zachwaszczenia roślin uprawnych jest metoda chemiczna [Brzozowska i in. 2005, Egan i in. 2011, Behdarvand 2012, Harker i O Donovan 2013]. W ramach ekologizacji rolnictwa coraz częściej powraca się do niechemicznych metod regulacji zachwaszczenia, w tym mechanicznych, spośród których w łanach zwartych największe znaczenie ma bronowanie [Rasmussen i in. 2009]. W badaniach przyjęto hipotezę, że stan i stopień zachwaszczenia w roślinach uprawnych ma charakter dynamiczny, zależny od warunków przyrodniczych i stosowanych zabiegów agrotechnicznych. Celem badań była ocena bioróżnorodności flory segetalnej w pszenżycie ozimym, przeprowadzona na podstawie składu gatunkowego, liczby i suchej masy chwastów, w zależności od różnych metod odchwaszczania i nawożenia azotem. METODYKA BADAŃ W latach 2004 2006 w Zakładzie Dydaktyczno-Doświadczalnym w Tomaszkowie koło Olsztyna (53 42 N; 20 26 E), należącym do UWM w Olsztynie, prowadzono doświadczenie polowe z uprawą pszenżyta ozimego odmiany Woltario. Doświadczenie 2-czynnikowe realizowano metodą podbloków losowanych, w 4 powtórzeniach, na glebie płowej typowej, kompleksu żytniego dobrego. Pszenżyto corocznie uprawiano po pszenżycie ozimym, w trzecim roku po sobie. Uprawę roli i siew nasion prowadzono zgodnie z odpowiednimi zaleceniami. Czynnik pierwszy doświadczenia stanowiły metody odchwaszczania: K obiekt kontrolny bez pielęgnacji, B bronowanie w fazie krzewienia (23 24 w skali BBCH), H herbicyd Mustang 306 SE (27 28), B + H bronowanie + Mustang 306 SE (odpowiednio 23 24 i 27 28). Czynnikiem drugim był sposób nawożenia azotem (120 kg N ha 1 ): a) obiekt kontrolny 0 kg N, b) 60 kg N ha 1 po wznowieniu wegetacji (23 24) saletra amonowa, 60 kg N ha 1 w pełni fazy strzelania w źdźbło (35 36) mocznik granulowany, c) 60 kg N ha 1 po wznowieniu wegetacji (23 24) saletra amonowa, 25 kg N ha 1 na początku fazy strzelania w źdźbło (31 32) oraz 35 kg N ha 1 w końcu fazy strzelania w źdźbło (43 45) mocznik granulowany, d) jak na obiekcie c, ale drugą część azotu (25 kg N) stosowano dolistnie o stężeniu mocznika 18,1% (8,33% N). Powierzchnia pojedynczego poletka wynosiła 16 m 2 (8 m 2 m). Herbicyd Mustang 306 SE (florasulam 3,13 g ha 1 + 2,4-D 213 g ha 1 ) stosowano w dawce 0,5 dm 3 ha 1. Zabiegi opryskiwania wykonywano opryskiwaczem plecakowym w zalecanych warunkach pogodowych, stosując 300 dm 3 cieczy roboczej Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

Bioróżnorodność flory segetalnej w pszenżycie ozimym uprawianym... 15 na 1 ha. Pszenżyto nawożono ponadto przedsiewnie fosforem (30,5 kg P ha 1 ) i potasem (83 kg K ha 1 ). Zakres badań obejmował ocenę stopnia i struktury zachwaszczenia pszenżyta ozimego. Analizy wykonywano w 2 terminach: bezpośrednio przed zabiegami pielęgnacyjnymi, w fazie krzewienia pszenżyta (BBCH 23 24) oraz w fazie dojrzałości mlecznej pszenżyta ozimego (BBCH 77 79). Badania obejmowały określenie składu gatunkowego zbiorowiska chwastów, liczebności poszczególnych gatunków, a w przypadku drugiej analizy także oznaczenia powietrznie suchej masy każdej populacji chwastów. W związku z trudnościami w oddzielaniu poszczególnych osobników chwastu Stellaria media, w drugiej analizie, jego występowanie ilościowe zaznaczono w tabeli 3 literą w. Analizy wykonywano na powierzchni 0,5 m 2 każdego poletka. Na podstawie wyników drugiej analizy oceniano strukturę zbiorowisk chwastów za pomocą dwóch wskaźników biologicznych [Heip i in. 1998]: indeksu różnorodności Shannona-Wienera (H = Σ pi ln pi; gdzie: pi = stosunek liczby osobników i-tego gatunku do całkowitej liczebności wszystkich osobników) oraz indeksu dominacji Simpsona, opisanego wzorem: Si = Σ (pi) 2. Metody statystyczne Uzyskane wyniki badań, dotyczące liczby oraz powietrznie suchej masy chwastów na 1 m 2, opracowano statystycznie, stosując analizę wariancji. Istotność różnic sprawdzano za pomocą testu Duncana, przy prawdopodobieństwie błędu p = 0,05. Obliczenia wykonano, wykorzystując pakiet statystyczny Statistica. Okres badawczy 2004 2006 charakteryzował się dużą zmiennością warunków pogodowych (tab. 1). W 2006 roku średnia temperatura za okres wiosenno-letni była wyższa o 0,7 C, szczególnie upalny był lipiec. Z kolei opadów było więcej w 2004 i 2006 roku, odpowiednio o 34 i 26%, a mniej o 29% w 2005 roku, w porównaniu do średniej z wielolecia. Tabela 1. Średnia miesięczna temperatura powietrza i suma opadów w okresie wiosennej wegetacji pszenżyta ozimego w latach 2004 2006, według Stacji Meteorologicznej w Tomaszkowie Table 2. Monthly average of air temperature and rainfall sum in the spring vegetation period of winter triticale in years 2004 2006, according to Meteorological Station in Tomaszkowo Miesiąc Temperatura Temperature [ C] Opady Rainfall [mm] Month 1961 2000 2004 2005 2006 1961 2000 2004 2005 2006 IV 6,9 6,4 7,5 7,3 36,1 46,5 10,9 25,6 V 12,7 12,4 11,6 12,5 51,9 79,3 33,7 89,2 VI 15,9 15,1 13,9 16,0 79,3 111,6 47,6 79,2 VII 17,7 16,9 19,7 20,9 73,8 76,1 93,6 29,3 VIII 17,2 19,8 16,3 17,2 67,1 99,1 33,1 165,0 Średnia Mean 14,1 13,8 14,8 Suma Sum 412,6 218,9 388,3 nr 577, 2014

16 I. Brzozowska, J. Brzozowski WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA Doświadczenie polowe realizowano w warunkach średniego stopnia zachwaszczenia pszenżyta ozimego w pierwszym i drugim roku badań (średnio odpowiednio 171,2 i 155,2 szt. m 2 ) oraz dużego w trzecim roku (średnio 238,0 szt. m 2 ) tabela 2. Przed wykonaniem wiosennych zabiegów odchwaszczających, w fazie krzewienia pszenżyta w kolejnych latach występowały odpowiednio: 20, 23 i 24 gatunki chwastów. Wśród nich dominowały: Viola arvensis, Veronica arvensis, Capsella bursa-pastoris, Matricaria maritima subsp. inodora, Stellaria media, Myosotis arvensis, Galium aparine, które w kolejnych latach stanowiły odpowiednio 91,5; 87,2 i 95,3% ogólnej liczby chwastów. Zbiorowisko chwastów segetalnych, występujących w zasiewach pszenżyta ozimego nieodchwaszczanego, było najbogatsze i w fazie dojrzałości mlecznej ziarna zidentyfikowano w nim 30 gatunków (tab. 3). Wraz ze zwiększeniem intensywności odchwaszczania liczba gatunków systematycznie się zmniejszała. Na obiekcie bronowanym oznaczono 25 gatunków. Najmniej gatunków występowało w pszenżycie bronowanym i chronionym herbicydem (20), a następnie w chronionym wyłącznie chemicznie (21). Zbiorowiska chwastów na wszystkich obiektach były nadal zdominowane przez osobniki gatunków, które w największym stopniu występowały wiosną przed zabiegami. Zagęszczenie chwastów na 1 m 2 w fazie dojrzałości mlecznej było istotnie modyfikowane przez metodę odchwaszczania łanu. Najmniej zachwaszczone było pszenżyto bronowane i odchwaszczane herbicydem (średnio 52,9 szt. m 2 ), co w porównaniu z pszenżytem pozbawionym pielęgnacji oznaczało obniżkę liczby chwastów o 63,4%. W przypadku bronowania liczba chwastów na 1 m 2 zmniejszyła się średnio o 32,8%. Biorąc pod uwagę sposób nawożenia azotem, najwięcej chwastów na 1 m 2 występowało na obiekcie bez nawożenia (101,5 szt. m 2 ). Nawożenie azotem, niezależnie od sposobu aplikacji, istotnie obniżało ich liczebność (średnio o 14,5%), ale jednocześnie wpłynęło na zwiększenie biomasy chwastów (średnio o 22,4%) w porównaniu do pszenżyta nienawożonego azotem. Sposób nawożenia azotem nie różnicował istotnie liczby i masy chwastów. Szkodliwość chwastów w łanie rośliny uprawnej, oprócz ich zagęszczenia, wynika z wielkości wytworzonej przez nie biomasy, która świadczy o ich konkurencyjności o czynniki ekologiczne. Stosowane metody odchwaszczania wpłynęły istotnie na ograniczenie powietrznie suchej masy chwastów (tab. 3). Najmniejszą masę wytworzyły one po zastosowaniu mechaniczno-chemicznej metody pielęgnacji (16,4 g m 2 ). W literaturze coraz częściej pojawiają się opinie, iż najskuteczniejsze ograniczanie zachwaszczenia zapewnia integrowane zarządzanie chwastami (integrated weed management IWM), wykorzystujące różne metody odchwaszczania, które utrzymuje poziom zachwaszczenia upraw na rozsądnym poziomie [Skrzypczak i Pudełko 2003, Starczewski i Żądełek 2003, Oerke 2006, Fernandez-Quintanilla i in. 2008, Egan i in. 2011, Behdarvand 2012, Harker i O Donovan 2013]. Zdaniem Dachler i innych [2002], rezygnacja z mechanicznych zabiegów odchwaszczania i stosowanie tylko herbicydów wydaje się na dłuższe lata możliwa, jednakże po tym czasie następuje zwiększenie zachwaszczenia. Beres i inni [2010] zwracają uwagę na duże zdolności zbóż ozimych do zagłuszania chwastów i ograniczenia konkurencyjności z ich strony. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

Bioróżnorodność flory segetalnej w pszenżycie ozimym uprawianym... 17 Tabela 2. Skład gatunkowy i liczba chwastów na 1 m 2 w łanie pszenżyta ozimego w fazie krzewienia (BBCH 23 24), średnio w doświadczeniu Table 2. Species composition and number of weeds per 1 m 2 in winter triticale stand at tillering stage (BBCH 23 24), average for experiment Gatunki chwastów Species composition Lata Years 2004 2005 2006 Veronica arvensis L. 35,7 19,6 56,2 Viola arvensis MURRAY 35,7 49,5 55,1 Capsella bursa-pastoris (L.) MEDIK. 32,6 42,6 52,8 Matricaria maritima L. subsp. inodora (L.) DOSTAL 19,7 4,0 19,9 Stellaria media (L.) VILL. 12,2 7,1 17,6 Myosotis arvensis (L.) HILL 7,3 9,5 6,5 Galium aparine L. 6,5 10,6 Geranium pusillum BURM. f. ex L. 1,9 0,4 7,1 Fallopia convolvulus (L.) Á. LÖVE 5,1 2,7 1,1 Cirsium arvense (L.) SCOP. 0,8 0,2 Thlaspi arvense L. 2,6 0,4 0,3 Spergula arvensis L. 1,1 Sonchus arvensis L. subsp. arvensis 0,6 Polygonum aviculare L. 1,0 1,8 0,5 Vicia hirsuta (L.) S.F. Gray 0,8 2,5 1,2 Aphanes arvensis L. 3,4 Cerastium holosteoides FR. em. HYL. 1,1 Erodium cicutarium (L.) L Hér. 0,9 1,6 0,9 Galeopsis tetrahit L. 0,6 2,4 Erophila verna (L.) CHEVALL. 1,6 0,2 Chenopodium album L. 5,9 0,4 Chamomilla suaveolens (Pursh) Rydb. 1,9 Conyza canadensis (L.) Cronquist 0,9 Equisetum arvense L. 0,6 1,3 Anchusa arvensis (L.) M. Bieb. 0,7 1,1 Trifolium arvense L. 1,0 Scleranthus annuus L. 0,6 Crepis tectorum L. 0,7 Centaurea cyanus L. 0,6 Lapsana communis L. S. S. 0,4 0,7 Papaver rhoeas L. 0,6 Lithospermum arvense L. 0,4 Lamium amplexicaule L. 0,5 Juncus bufonius L. 0,6 Myosurus minimus L. 0,9 Razem [szt. m 2 ] Total [plants m 2 ] 171,2 155,2 238,0 nr 577, 2014

Tabela 3. Skład gatunkowy, liczba oraz powietrznie sucha masa chwastów w fazie dojrzałości mlecznej (BBCH 77 79) pszenżyta ozimego (średnio z lat 2004 2006) Table 3. Species composition, number and air dry mass of weeds at milk stage (BBCH 77 79) of winter triticale (mean for years 2004 2006) Gatunek chwastu Species composition Metoda odchwaszczania* Method of weed control Sposób nawożenia azotem* Nitrogen application method K B H B+H a b c d Veronica arvensis L. 27,0 20,1 17,6 12,4 24,8 18,3 16,4 17,6 Viola arvensis MURRAY 40,4 27,7 31,7 25,8 34,6 28,7 32,4 30,0 Capsella bursa-pastoris (L.) MEDIK. 25,3 17,2 3,8 1,8 12,0 11,2 12,1 12,5 Matricaria maritima L. subsp. inodora (L.) DOSTAL 11,2 4,3 0,2 0,3 3,0 4,1 4,6 4,3 Myosotis arvensis (L.) HILL 8,7 5,3 1,8 0,5 4,2 4,9 3,8 3,4 Stellaria media (L.) VILL. w** w w w w w w w Galium aparine L. 4,3 4,1 0,8 0,9 2,3 2,4 2,7 2,7 Geranium pusillum BURM. f. ex L. 6,1 4,1 2,9 2,3 3,0 3,8 4,0 4,4 Thlaspi arvense L. 0,2 0,5 0,4 0,6 0,4 0,7 0,6 Vicia hirsuta (L.) S.F. Gray 2,3 0,9 0,5 0,2 0,9 1,8 0,7 0,5 Galeopsis tetrahit L. 1,1 0,2 0,8 0,5 0,1 0,6 0,5 1,3 Fallopia convolvulus (L.) Á. LÖVE 1,2 0,5 0,5 0,4 0,6 1,1 0,2 Myosurus minimus L. 0,1 0,1 Cerastium holosteoides Fr. em. Hyl. 0,3 0,3 Equisetum arvense L. 1,5 0,7 1,6 0,7 2,2 0,7 0,9 0,7 Aphanes arvensis L. 0,4 0,3 0,1 0,3 0,2 0,3 Juncus bufonius L. 0,2 0,1 0,2 0,1 Sonchus arvensis L. subsp. arvensis 0,1 0,1 Erodium cicutarium (L.) L Hér. 1,0 0,7 0,4 0,1 0,4 0,4 0,4 0,8 Lamium amplexicaule L. 0,1 0,1 Lapsana communis L. S. S. 0,2 0,1 0,1 0,1 0,3 Cirsium arvense (L.) SCOP. 0,1 0,1 0,1 0,1 Euphorbia helioscopia L. 0,1 0,1 Anchusa arvensis (L.) M. Bieb. 0,7 0,5 1,9 1,2 0,6 0,6 0,8 Chenopodium album L. 2,2 2,6 0,2 2,6 0,8 1,2 Polygonum aviculare L. 0,2 0,2 0,1 0,2 0,2 0,1 Chamomilla suaveolens (Pursh) Rydb. 0,8 0,3 0,1 0,3 0,2 0,7 Conyza canadensis (L.) Cronquist 0,4 0,5 0,4 0,2 0,1 0,3 Trifolium arvense L. 0,2 0,2 Achillea millefolium L. 0,1 0,1 0,2 Scleranthus annuus L. 0,1 0,3 0,1 0,1 0,3 Centaurea cyanus L. 0,1 1,0 0,1 0,1 1,1 0,3 Crepis tectorum L. 0,2 0,1 0,1 Veronica persica Poir. 8,3 6,0 2,4 3,9 9,8 4,8 3,2 2,8 Papaver rhoeas L. 0,3 0,3 Razem [szt. m 2 ] Total [plants m 2 ] 144,7 97,2 66,9 52,9 101,5 87,5 86,8 86,0 NIR (0,05) LSD (0.05) 5,1 2,8 Powietrznie sucha masa chwastów Air dry mass of weeds [g m 2 ] 49,5 29,4 21,2 16,4 25,0 30,7 30,6 30,4 NIR (0,05) LSD (0.05) 1,8 r.n. ** K bez odchwaszczania (obiekt kontrolny)/without weed control (control object); B bronowanie/harrowing; H herbicyd/herbicide, B + H bronowanie + herbicyd/harrowing + herbicide; a 0 kg N ha 1 ; b 60 + 60; c 60 + 25 + 35; d 60 + 25 dolistnie + 35. **Jak w metodyce badań/as in Methods.

Bioróżnorodność flory segetalnej w pszenżycie ozimym uprawianym... 19 Różnice w zbiorowiskach chwastów segetalnych w pszenżycie ozimym, w zależności od badanych czynników, znalazły potwierdzenie w wartościach wskaźnika różnorodności Shannona-Wienera i dominacji Simpsona (rys. 1 i 2). 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Rys. 1. Fig. 1. 2,20 2,15 1,69 1,67 0,16 0,17 0,30 0,30 K B H B + H 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 2,20 2,20 0,15 0,13 1,00 0,90 0,58 K B H B + H H Si H Si Wskaźnik różnorodności Shannona-Wienera (H) i dominacji Simpsona (Si) dla: a liczby chwastów, b masy chwastów w zależności od metody odchwaszczania (objaśnienia jak w tab. 3) Index diversity of Shannon-Wiener (H) and Simpson dominance (Si) for: a number of weeds, b mass of weeds depending on the method of weed control (explanations as in tab. 3) 0,60 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Rys. 2. Fig. 2. 1,99 2,15 2,07 2,08 0,20 0,18 0,20 0,19 a b c d H Si 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0,30 1,70 2,00 1,90 1,90 0,21 0,22 0,22 a b c d H Si Wskaźnik różnorodności Shannona-Wienera (H) i dominacji Simpsona (Si) dla: a liczby chwastów, b masy chwastów w zależności od sposobu nawożenia azotem (objaśnienia jak w tab. 3) Index diversity of Shannon-Wiener (H) and Simpson dominance (Si) for: a number of weeds, b mass of weeds depending on the method of nitrogen fertilization (explanations as in tab. 3) Stwierdzono, że wskaźnik bioróżnorodności flory segetalnej w pszenżycie zwiększał się wraz z liczbą gatunków w zbiorowisku. Największy był w pszenżycie bez odchwaszczania (2,20) oraz na obiekcie bronowanym (2,15). Zdecydowanie mniejsze wskaźniki określono dla pszenżyta chronionego herbicydem (1,69) oraz bronowanego i chronionego herbicydem (1,67). Odwrotnie dla tych obiektów układał się wskaźnik dominacji Simpsona, wynoszący 0,30 dla obiektu chronionego tylko chemicznie oraz bronowanego i chronionego chemicznie. Były one prawie o połowę mniejsze dla obiektu bez odchwaszczania i bronowanego (odpowiednio 0,16 i 0,17). Stwierdzono, iż w miarę intensyfikacji odchwaszczania zmniejszała się różnorodność gatunkowa chwastów, a zwiększała nr 577, 2014

20 I. Brzozowska, J. Brzozowski dominacja kilku z nich. Ponadto można zauważyć jeszcze wyraźniejszą powyższą tendencję, analizując badane wskaźniki obliczone dla powietrznie suchej masy chwastów. Badania innych autorów potwierdzają mniejszą różnorodność zbiorowisk chwastów oraz większą dominację kilku gatunków w łanach zbóż, w których stosowano herbicydy [Brzozowska i in. 2005, Oerke 2006, Fernandez-Quintanilla i in. 2008, Egan i in. 2011, Behdarvand 2012, Harker i O Donovan 2013]. Analizując wskaźnik bioróżnorodności Shannona-Wienera, zarówno dla liczby chwastów, jak i ich powietrznie suchej masy wynika, iż wystąpiły podobne tendencje, aczkolwiek wyraźniejsze dla biomasy. Nawożenie azotem wpłynęło na zwiększenie wskaźnika bioróżnorodności (z 1,90 do 2,00) w porównaniu do pszenżyta bez azotu (1,70). Odwrotne relacje wystąpiły dla wskaźnika dominacji Simpsona. Wyraźnie większy uzyskano dla obiektu bez nawożenia (0,30), w porównaniu z obiektami nawożonymi (średnio 0,22). W literaturze nie ma jednolitej opinii odnośnie wpływu nawożenia azotem na zachwaszczenie łanów zbóż. Zdaniem Pawlonki i Skrzyczyńskiej [2004], zwiększone nawożenie azotem wpływa na zmniejszenie liczebności, ale jednocześnie na zmiany w składzie florystycznym chwastów, w kierunku dominacji gatunków nitrofilnych, które rozrastają się bujniej. Są też teorie, według których zwiększone nawożenie azotem w uprawie zbóż skutkuje zmniejszeniem liczby i masy chwastów, ponieważ poprawia zdolność konkurencyjną zbóż w stosunku do roślinności niepożądanej [Delden i in. 2002, Blackshaw 2004]. W badaniach Santín-Montanyá i innych [2013] nawożenie azotem nie miało wpływu na zachwaszczenie i różnorodność gatunkową chwastów w pszenicy. Z kolei Evans i inni [2003] uważają, że nawożenie azotem powinno być zoptymalizowane, w wyniku czego zmniejsza się presję chwastów. W niniejszym doświadczeniu, podobnie jak w wieloletnich badaniach nad zachwaszczeniem pszenicy ozimej, nawożenie azotem ograniczało zagęszczenie chwastów na 1 m 2, ale jednocześnie zwiększało ich biomasę [Borówczak i in. 2012]. WNIOSKI 1. Badane metody odchwaszczania pszenżyta ozimego wpływały na ograniczenie liczby i redukcję powietrznie suchej masy chwastów. Najmniejszą masę chwasty wytworzyły po zastosowaniu mechaniczno-chemicznej metody pielęgnacji (16,4 g m 2 ). Bronowanie jako zabieg odchwaszczający pszenżyto ozime uprawiane po sobie było mało skuteczne. 2. W miarę intensyfikacji odchwaszczania zmniejszała się różnorodność gatunkowa chwastów, a zwiększała dominacja kilku z nich. Wskaźnik różnorodności Shannona-Wienera w pszenżycie odchwaszczanym metodą chemiczną lub mechaniczno-chemiczną był 2,2 2,4 razy mniejszy, a indeks dominacji Simpsona 3,9 4,0 razy większy w porównaniu z pszenżytem nieodchwaszczanym. 3. Nawożenie azotem pszenżyta ozimego ograniczało zagęszczenie chwastów na 1 m 2 (średnio o 14,5%), ale jednocześnie zwiększało ich biomasę o 22,4%. 4. Nawożenie azotem, niezależnie od sposobu aplikacji, wpłynęło na zwiększenie różnorodności zbiorowisk chwastów w łanie pszenżyta, wyrażone wskaźnikiem Shannona-Wienera dla masy chwastów (1,90 2,00), w porównaniu do zbiorowiska chwa- Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

Bioróżnorodność flory segetalnej w pszenżycie ozimym uprawianym... 21 stów w pszenżycie bez azotu (1,70) oraz na zmniejszenie dominacji wyrażonej wskaźnikiem Simpsona (średnio z 0,30 do 0,22). LITERATURA Behdarvand P., Chinchanikar G.S., Dhumal K.N., 2012. Influences of different nitrogen levels on competition between spring wheat (Triticum aestivum L.) and Wild Mustard (Sinapis arvensis L.). J. Agric. Sci. 4 (12), 134 139. Blackshaw R.E., 2004. Application method of nitrogen fertilizer affects weed growth and competition with winter wheat. Weed Biol. and Manag. 4, 103 113. Borówczak F., Rębarz K., Grześ S., 2012. Zachwaszczenie pszenicy ozimej w zależności od deszczowania, technologii uprawy i nawożenia azotem w czwartej rotacji czteropolowego płodozmianu. J. Res. Appl. Agric. Engng. 57 (3), 22 25. Brzozowska I., Brzozowski J., Witkowski B., 2005. Wpływ herbicydów i mieszanin herbicydowych na zachwaszczenie i plonowanie pszenicy ozimej. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 507 (1), 55 61. Beres B.L., Harker K.N., Clayton G.W., Bremer E., Blackshaw R.E., Graf R.J., 2010. Weed-competitive ability of spring and winter cereals in the Northern Great Plains. Weed Technol. 24 (2), 108 116. Dachler M., Kernmayer I., Spiegel H., Mazorek M., 2002. Ergebnisse von Extensivierungsversuchen im Ackerbau. Die Bodenkultur 53 (2), 115 120. Delden A., Lotz L.A.P., Bastiaans L., Franke A.C., Smid H.G., Groeneveld R.M.W., Kropff M.J., 2002. The influence of nitrogen supply on the ability of wheat and potato to suppress Stellaria media growth and reproduction. Weed Res. 42, 429 445. Egan J.F., Maxwell B.D., Mortensen D.A., Ryan M.R., Smith R.G., 2011. 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) resistant Q:1 crops and the potential for evolution of 2, 4-D resistant weeds. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108 E37; published ahead of print March 3, 2011, DOI: 10.1073/pnas.1017414108. Evans S.P., Knezevic E.A., Lindquist J.L., Shapiro C.A., 2003. Influence of nitrogen and duration of weed interference on corn growth and development. Weed Sci. 51, 546 556. Fernandez-Quintanilla C., Quadranti M., Kudsk P., Barberi P., 2008. Which future for weed science? Weed Res. 48, 297 301. GUS 2013. Rocznik Statystyczny Rzeczpospolitej Polskiej. Powierzchnia zasiewów, 477. Heip C.H.R, Herman P.M.J., Soetaert K., 1998. Indices of diversity and evenness. Océanis 24, 61 87. Harker N.K.N, O Donovan J.T., 2013. Recent weed control, weed management, and integrated weed management. Weed Technol. 27, 1 11. Oerke E.C., 2006. Crop losses to pests. J. Agric. Sci. 44, 31 43. Pawlonka Z., Skrzyczyńska J., 2004. Wpływ wybranych elementów agrotechniki i warunków meteorologicznych na zachwaszczenie pszenżyta ozimego. Ann. UMCS, Agricult. 59 (3), 1037 1047. Rasmussen J., Gundersen H., Nielsen H.H., 2009. Tolerance and selectivity of cereal species and cultivars to postemergence weed harrowing. Weed Sci. 57, 338 345. Santín-Montanyá M.I., Martín-Lammerding D., Walter I., Zambrana E., Tenorio J.L., 2013. Effects of tillage, crop systems and fertilization on weed abundance and diversity in 4-year dry land winter wheat. Europ. J. Agron. 48, 43 49. Skrzypczak G., Pudełko J., 2003. Chwasty i ich zwalczanie aspekt integrowanej ochrony i zrównoważonego rolnictwa. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 490, 227 233. nr 577, 2014

22 I. Brzozowska, J. Brzozowski Starczewski J., Żądełek J., 2003. Regulacja zachwaszczenia przez zagęszczenie rośliny uprawnej i stosowanie herbicydów na przykładzie pszenżyta. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 490, 235 240. Walter A.M., Christensen S., Simmelsgaard S.E., 2002. Spatial correlation between weed species densities and soil properties. Weed Res. 42, 26 38. BIODIVERSITY OF WEED FLORA IN WINTER TRITICALE CULTIVATED UNDER DIFFERENT METHODS OF WEED CONTROL AND NITROGEN APPLICATION Summary. The aim of the study was to assess the biodiversity of flora segetal in the cultivation of winter triticale, carried out on the basis of species composition, number and dry weight of weeds, depending on the method of weed control: without care, harrowing, herbicide, harrowing + herbicide and method of nitrogen fertilization (120 kg N ha 1 ): 0, 60 + 60, 60 + 25 + 35, 60 + 35 + 25 foliar. Herbicide Mustang 306 SE (florasulam 3.13 g ha 1 + 2,4D 213 g ha 1 ) was used at a dose of 0.5 dm 3 ha 1. A field experiment with triticale cultivar Woltario, conducted in 2004 2006 in the Department of Experimental Teaching in Tomaszkowo (53 42 N; 20 26 E), belonging to University of Warmia and Mazury in Olsztyn, on typical fawn soil classified as good rye complex. Triticale annually grown after winter triticale. The scope of the research included an assessment of the extent and structure of weed infestation of winter triticale. The analyses made in two periods: in winter triticale tillering phase, immediately before application of cultivation treatments (BBCH 23 24) and in the milk stage of winter triticale (BBCH 77 79). Based on the results of the second analysis evaluated the structure of weeds also using two indicators of biological diversity: index Shannon-Wiener and Simpson s dominance index. At the milk stage triticale dominated species of weeds were: Viola arvensis, Veronica arvensis, Capsella bursa-pastoris, Matricaria maritima subsp. inodora, Stellaria media, Myosotis arvensis, Galium aparine, which in the succesive years accounted for 91.5, 87.2 and 95.3% of the total number of weeds. The tested methods of weed control in triticale effected on reduction the number and dry mass of weeds. The smallest mass of weeds produced after the application of mechanical-chemical method of care (16.4 g m 2 ). Harrowing, as treatment weed control triticale, grown after itself, was ineffective. Nitrogen application limited the density of weeds per 1 m 2 (average 14.5%), but at the same time enlarged their biomass by 22.4%. The intensification of weed control decreased weed species diversity and increased dominance some of them. Shannon-Wiener diversity index of weeds in triticale weeded by chemical or mechanicalchemical method, was 2.2 2.4 times smaller and Simpson dominance index 3.9 4.0 times larger compared with triticale without weed control. Nitrogen application, regardless of application method increased biodiversity index (from 1.90 to 2.00) and decrease dominance Simpson index (an average of 0.30 to 0.22). Key words: winter triticale, weeds, biodiversity, harrowing, herbicide, nitrogen application Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych