FOLIA UNIVERSITATIS AGRICULTURAE STETINENSIS Folia Univ. Agric. Stetin. 2007, Oeconomica 254 (47), 315 320 Stanisław SZAREK ZNACZENIE EFEKTU HORMETYCZNEGO W ZRÓWNOWAŻONYM ROZWOJU ROLNICTWA USE THE HORMETIC EFFECT IN SUSTAINABLE DEVELOPMENT OF AGRICULTURE Zakład Ekonomiki i Organizacji Rolnictwa, Akademia Podlaska ul. Bolesława Prusa 12, 08-110 Siedlce, stachoos@vp.pl Abstract. In the paper has been shown that content of trace elements in the soil of arable lands is a variable which more precisely explains the plant yielding level than soil quality or mineral fertilization. It is due to the hormetic effect. The effect is the result of natural stimulation of plant yielding by trace elements content which increases in a natural way. Słowa kluczowe: efekt hormetyczny, efektywność produkcji, plonowanie roślin. Key words: effectivity of production, hormetic effect, yield of crop. WSTĘP Rozwój zrównoważony jest nowym wyzwaniem dla człowieka u progu XXI wieku. Wzrost liczby ludności i postępująca industrializacja sprawiły, że zaczęto coraz bardziej wykorzystywać środowisko naturalne. Wynikiem takiego stanu rzeczy jest efekt cieplarniany, zanieczyszczenie wód powierzchniowych, gruntowych oraz zanieczyszczenie mórz. Z kolei te negatywne zjawiska zachwiały podstawami bytu ludzkości. W ostatnim okresie poszukuje się nowych metod, które mają zapobiec ujemnemu wpływowi człowieka na środowisko naturalne. Jednym ze sposobów jest wprowadzenie rozwoju zrównoważonego, który dąży do pogodzenia interesów człowieka z ogólnospołeczną troską o stan środowiska naturalnego. Proces ten nie ominął również rolnictwa, które jako dział gospodarki jest jednym z ważniejszych działów zanieczyszczających środowisko naturalne. To właśnie rolnictwo obarcza się winą za zamieranie życia w Morzu Bałtyckim, zanieczyszczenie jezior i rzek. Mimo ścisłych regulacji w dalszym ciągu nie widać w tym zakresie zdecydowanej poprawy. W rolnictwie dopiero zaczęto wdrażać ideę rozwoju zrównoważonego. W miarę postępu nauki metody produkcji będą doskonalone w taki sposób, by ten dział gospodarki będąc jednym z elementów środowiska miał jednocześnie jak najmniejszy wpływ na nie. Dużym problemem w rolnictwie jest stosowanie nawozów sztucznych. Z jednej strony, są one niezbędne do zapewnienia odpowiedniego plonu i co się z tym wiąże uzyskania przez producenta zadowalającego dochodu. Z drugiej strony, to właśnie one są odpowiedzialne za zanieczyszczenie środowiska, ponieważ spływają do wód powierzchniowych, powodując nadmierny wzrost glonów. Aktualnie ilość wysiewanych nawozów ustala się na podstawie zapotrzebowania roślin oraz zasobności tych składników w glebie. W świetle współczesnej wiedzy takie podejście jest zbyt uproszczone. Analiza wyników badań upoważnia do stwierdzenia, że istnieje jesz-
316 S. Szarek cze jeden czynnik niezależny od gospodarującego który ma ogromny wpływ na plonowanie roślin, a także na efektywność produkcji roślinnej w skali globalnej. Czynnikiem tym jest zawartość w glebie pierwiastków śladowych. Wyniki badań potwierdzają, że podwyższona naturalna zawartość potencjalnie niebezpiecznych pierwiastków śladowych, takich jak cynk, miedź ołów, kadm i nikiel, w naturalny sposób zwiększa plonowanie roślin uprawnych (Szarek 2005 a,b). Dane empiryczne dowodzą, że dzięki podwyższonej zawartości pierwiastków śladowych w glebie wzrasta odporność roślin uprawnych, co wpływa na zmniejszenie ich zachorowalności, przy czym w konsekwencji wzrasta plonowanie tych roślin (Calabrese 1997). Efektem tego jest wzrost wartości produkcji oraz obniżenie kosztów chemicznej ochrony roślin, co w bezpośredni sposób wpływa na podwyższenie dochodowości i opłacalności produkcji. Celem pracy było wykazanie, że zawartość pierwiastków śladowych jest czynnikiem, który znacznie lepiej wyjaśnia zmienność plonowania roślin uprawnych niż jakość gleby i poziom nawożenia mineralnego. MATERIAŁ I METODY Dla realizacji celu badawczego posłużono się danymi, dotyczącymi plonowania roślin uprawnych we wszystkich województwach naszego kraju, z lat 2003 2005. Dane, dotyczące zawartości pierwiastków śladowych w glebach użytków rolnych Polski, pochodzą z badań wykonanych w latach 1992 1997 na zlecenie Ministerstwa Rolnictwa i Gospodarki Żywnościowej przez okręgowe stacje chemiczno-rolnicze. Badania objęły cały kraj i wykonane były w 48 000 punktów, co daje przeciętnie 3000 punktów na każde województwo. Zawartość pierwiastków śladowych w poszczególnych województwach przedstawiono w tab. 1. Tabela 1. Zawartość pierwiastków śladowych w glebach użytków rolnych w poszczególnych województwach w Polsce Województwo Kadm Miedź Nikiel Ołów Cynk Razem mg kg 1 Dolnośląskie 0,23 15,4 8,3 20,6 54,9 118,85 Kujawsko-pomorskie 0,19 4,7 6,1 11,7 23,3 68,29 Lubelskie 0,17 4,8 6,3 10,8 23,6 68,77 Lubuskie 0,12 6,0 4,9 9,9 31,7 81,73 Łódzkie 0,20 4,8 4,6 13,9 25,1 71,17 Małopolskie 0,57 13,4 15,3 29,1 79,2 157,73 Mazowieckie 0,15 3,7 3,1 9,3 22,4 66,85 Opolskie 0,33 9,0 9,4 20,9 43,6 100,77 Podkarpackie 0,28 9,6 13,5 17,5 40,1 95,17 Podlaskie 0,21 5,6 5,3 10,2 19,5 62,21 Pomorskie 0,22 6,7 7,2 12,2 36,7 89,73 Śląskie 0,87 11,1 12,9 39,8 90,6 175,97 Świętokrzyskie 0,28 5,9 7,2 13,8 39,1 93,57 Warmińsko-mazurskie 0,15 6,1 7,9 12,2 29,4 78,05 Wielkopolskie 0,14 4,9 3,1 10,1 25,3 71,49 Zachodniopomorskie 0,20 9,2 5,6 12,6 36,6 89,57 Źródło: Terelak i in. (2001).
Znaczenie efektu hormetycznego w zrównoważonym rozwoju rolnictwa 317 WYNIKI I DYSKUSJA Jeśli chodzi o plony podstawowych roślin uprawnych w latach 2003 2005, większe plony zbóż i roślin oleistych uzyskano w województwie śląskim. Średni plon 4 zbóż był w tym województwie o 10% większy niż w kraju i aż o 36% większy niż w województwie podlaskim. Plony roślin oleistych były większe o około 4%. Plony buraków cukrowych kształtowały się na zbliżonym do średniej krajowej poziomie i były większe o prawie 9% niż w województwie podlaskim. Natomiast plony ziemniaków były mniejsze niż w kraju, jednak przekraczały wielkość plonów w województwach podlaskim i zachodniopomorskim. Większe różnice zaobserwowano w plonowaniu warzyw. W stosunku do średniej krajowej plony ogórków w województwie śląskim były o 18% większe, buraków ćwikłowych i marchwi o ponad 11%, a kapusty aż o 25,9%. Z przedstawionych danych wynika, że jeszcze większe różnice zaobserwowano, porównując województwa śląskie i podlaskie. Plony ogórków w województwie śląskim były prawie dwukrotnie większe, buraków i marchwi o około 50%, zaś kapusty o 30%. Podobne tendencje wystąpiły przy porównaniu województw śląskiego i zachodniopomorskiego, jednak w tym wypadku różnice były mniejsze (odpowiednio 59, 14,9 i 16,7, 19,1%). Zdecydowanie największe różnice zaobserwowano w przypadku plonowania owoców. Plony gruszek i czereśni były w województwie śląskim większe o ponad 30%, wiśni i orzechów o ponad 25%, truskawek o 12%. Plony malin były zbliżone do średniej krajowej. Ogromne różnice można zauważyć, porównując plonowanie owoców w województwach śląskim i podlaskim. Plony orzechów były w województwie śląskim o ponad 400% większe, malin prawie o 300%, gruszek i czereśni o ponad 130%, truskawek o ponad 40%. W celu określenia, które czynniki miały wpływ na plonowanie roślin uprawnych w Polsce, przeprowadzono rachunek korelacji. Zmienną zależną był plon roślin w latach 2003 2005 zaś zmiennymi niezależnymi były: zawartość w glebie pierwiastków śladowych, wysokość nawożenia mineralnego w poszczególnych województwach oraz wskaźnik wykorzystania rolniczej przestrzeni produkcyjnej w poszczególnych województwach Polski (Krasowicz i Igras 2003). Wyniki przedstawione w tab. 2 4 potwierdzają istnienie związku pomiędzy plonowaniem roślin a zawartością pierwiastków śladowych w glebach naszego kraju. Zaobserwowano istotny związek pomiędzy plonowaniem zbóż a zawartością miedzi (p<0,01) oraz ołowiu (p<0,05). Stwierdzono również związek pomiędzy plonami ziemniaków a zawartością miedzi i cynku oraz związek plonowania buraka cukrowego z zawartością niklu. Nie zaobserwowano natomiast związku pomiędzy nawożeniem mineralnym a plonami roślin uprawnych w Polsce. W plonowaniu warzyw zaobserwowano związki pomiędzy plonowaniem kapusty i ogórka a zawartością pierwiastków śladowych. Ujemne wartości współczynników korelacji pomiędzy plonowaniem marchwi i pomidorów a zawartością w glebach pierwiastków śladowych wskazują, że rośliny te powinny być uprawiane na glebach o niskiej zawartości tych pierwiastków. Niskie współczynniki korelacji pomiędzy nawożeniem mineralnym a plonowaniem warzyw wykazują, że jest to czynnik, który nie wyjaśnia choć powinien zmienności plonowania tych roślin. Jeszcze niższe współczynniki korelacji zaobserwowano po-
318 S. Szarek między wartością syntetycznego miernika wykorzystania potencjału produkcyjnego a plonami roślin. Oznacza to brak przydatności tego typu wskaźników do wyjaśniania zmienności plonowania roślin. Tabela 2. Wartości współczynników korelacji pomiędzy plonami roślin uprawnych a zawartością pierwiastków śladowych w glebach, nawożeniem mineralnym i jakością rolniczej przestrzeni produkcyjnej w Polsce w latach 2003 2005 Wyszczególnienie Zboża Ziemniaki Burak cukrowy Oleiste Kadm 0,308 0,373 0,347 0,329 Miedź 0,631** 0,573* 0,280 0,431 Nikiel 0,383 0,369 0,567* 0,219 Ołów 0,482* 0,467 0,376 0,372 Cynk 0,454 0,510* 0,384 0,385 Nawożenie NPK 0,454 0,394 0,030 0,457 Wskaźnik waloryzacji 0,392 0,514* 0,111 0,338 Tabela 3. Wartości współczynników korelacji pomiędzy plonami warzyw a zawartością pierwiastków śladowych w glebach, nawożeniem mineralnym i jakością rolniczej przestrzeni produkcyjnej w Polsce w latach 2003 2005 Wyszczególnienie Kapusta Cebula Marchew Buraki ćwikłowe Ogórki Pomidory Kadm 0,806** 0,167 0,102 0,193 0,514 0,121 Miedź 0,170 0,022 0,385 0,272 0,356 0,464 Nikiel 0,536* 0,245 0,194 0,147 0,525* 0,222 Ołów 0,649** 0,078 0,024 0,113 0,600** 0,144 Cynk 0,654** 0,077 0,034 0,074 0,587* 0,278 Nawożenie NPK 0,156 0,293 0,326 0,193 0,055 0,230 Wskaźnik waloryzacji 0,255 0,214 0,232 0,109 0,079 0,007 Tabela 4. Estymacja funkcji plonowania roślin uprawnych w latach 2003 2005, w zależności od zawartości pierwiastków śladowych w glebie, wraz z oszacowaniem parametrów statystycznych Zboża Y(Cu) = 23,6 + 0,96(Cu) (2,61) (0,32) R 2 = 0,397 SS = 161,44 t = 3,04 F = 9,25** Ziemniaki Y(Pb) = 9,66 + 0,13(Pb) (6,33) (0,77) R 2 = 0,328 SS = 701,9 t = 2,62 F =6,84* Buraki Y(Ni) = 377,2 + 5,003(Ni) (16,17) (1,94) R 2 = 0,321 SS = 4912,95 t = 2,57 F = 6,61* Estymacja funkcji plonowania roślin uprawnych w latach 2003 2005, przedstawiona w tab. 4, wykazała, że za pomocą zawartości wybranych pierwiastków śladowych (miedzi, ołowiu i niklu) można wyjaśnić zmienność plonowania zbóż, ziemniaków i buraków cukro-
Znaczenie efektu hormetycznego w zrównoważonym rozwoju rolnictwa 319 wych. Wartość współczynnika determinacji jest na poziomie średnim. Nie estymowano funkcji plonowania roślin uprawnych względem nawożenia mineralnego, ponieważ zmienne te okazały się nieistotne w korelacji. PODSUMOWANIE Przedstawione dane nie pozostają wątpliwości co do tego, że na plonowanie roślin uprawnych ma wpływ zawartość w glebie pierwiastków śladowych. Z jednej strony wpływają one stymulująco na plon roślin uprawnych, ale z drugiej strony mają wpływ na obniżenie kosztów produkcji dzięki obniżeniu kosztów chemicznej ochrony roślin oraz nakładów na nawożenie mineralne. W przypadku podstawowych roślin uprawnych wzrost plonowania wynosi około 10%, a warzyw o około 20%. Nieznane są oszczędności związane ze zmniejszonymi nakładami na chemiczną ochronę roślin i nawożenie mineralne, jeśli jednak przyjąć, że oszczędności wyniosą około 30%, to całkowite koszty produkcji zmniejszą się o około 10%. W tej sytuacji efektywność produkcji roślin uprawnych na glebach ze zwiększoną zawartością pierwiastków śladowych będzie wyższa o około 20% niż na glebach, które tych pierwiastków mają mniej. W warunkach naszego kraju przy zastosowaniu tych samych nakładów i środków produkcji, w województwach, w których w glebach występuje więcej pierwiastków śladowych (w województwach śląskim, opolskim, małopolskim), efektywność produkcji będzie wyższa niż w województwach, gdzie gleby mają niższą zawartość tych pierwiastków (w województwach podlaskim, mazowieckim, podkarpackim). Poza tym niektóre rośliny nie powinny być uprawiane na glebach o podwyższonej zawartości pierwiastków śladowych, ponieważ plonują tam gorzej, w związku z czym efektywność ich produkcji jest niższa. W tej sytuacji konieczna będzie w niedalekiej przyszłości nowa zasada regionalizacji produkcji roślin uprawnych, oparta na zawartości w glebach pierwiastków śladowych. PIŚMIENNICTWO Calabrese E. J. Baldwin L. A. 1997. The Dose determines the Stimulation (and Poison): Development of a Chemical Hormesis Database. Int. J. Toxic. 16, 545 559. Krasowicz S., Igras J. 2003. Regionalne zróżnicowanie wykorzystania potencjału rolnictwa w Polsce. [b. w.]. Szarek S. 2005 a. Deficiencies in the law of diminishing returns. Part I. Electron J. Pol. Agric. Univ., Ser. Economics 8 (3), www.ejpau.media.pl. Szarek S. 2005 b. Use of concept of hormesis phenomenon to explain the law of diminishing returns. Part II. Electron. J. Pol. Agric. Univ., Ser. Economics 8 (4), www.ejpau.media.pl. Terelak H., Motowicka-Terelak T., Stuczyński T. Pietruch C. 2000. Pierwiastki śladowe (Cd, Cu, Ni, Pb, Zn) w glebach użytków rolnych Polski. Biblioteka Monitoringu Środowiska, Warszawa.