ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 530: 117-125 PLONOWANIE ROŚLIN ZIEMNIAKA PO UPRZEDNIEJ EKSPOZYCJI SADZENIAKÓW W POLU MIKROFALOWYM Tomasz Jakubowski Katedra Techniki Rolno-SpoŜywczej, Uniwersytet Rolniczy im. H. Kołłątaja w Krakowie Wstęp Podkiełkowywanie sadzeniaków ziemniaka, moŝe dawać zwyŝkę plonu w stosunku do kombinacji bez podkiełkowywania nawet do około 200% (w przypadku zbioru po 60 dniach). Proces podkiełkowywania sadzeniaków powoduje m. in.: przyspieszenie wschodów, lepszy rozwój systemu korzeniowego, zwiększenie plonów i odporności na zakaŝenie chorobami wirusowymi oraz mniejsze poraŝenie ryzoktoniozą, zmniejszenie uszkodzeń mechanicznych i lepszą przechowywalność [Metodyka 2005]. Przy czym wg SOWY-NIEDZIAŁKOWSKIEJ [2005] zbyt intensywne i wczesne rozpoczęcie procesu kiełkowania prowadzi do zwiększenia ubytków naturalnych bulw ziemniaka gdyŝ woda silniej wydalana jest przez kiełki niŝ przez perydermę - w przypadku bulw przeznaczonych na materiał sadzeniakowy moŝna jeszcze zauwaŝyć osłabienie i łamliwość kiełków. Wielu badaczy [PIEŃKOWSKA, GRABOWSKI 2005; PODLEŚNY, PIETRUSZEWSKI 2006; SZUMIAŁO, RACHOŃ 2006] wskazuje pozytywne działanie niektórych metod fizycznych na materiał siewny, m.in. stwierdzono pozytywny wpływ pola elektromagnetycznego na wzrost, rozwój i dynamikę gromadzenia masy łubinu białego, plon ziarna jęczmienia oraz kiełkowanie i wzrost rzeŝuchy. MARKS i in. [2005], MARKS i JAKUBOWSKI [2006] oraz JAKUBOWSKI [2007a, 2007b] badając wpływ pola mikrofalowego na przebieg ontogenzy roślin ziemniaka wykazali stymulujące działanie promieniowania mikrofalowego na niektóre procesy Ŝyciowe tej rośliny. RównieŜ badania WÓJCIKA i in. [2004] wskazują na pozytywny wpływ przedsiewnej stymulacji mikrofalowej nasion na plony i jakość technologiczną korzeni buraka cukrowego. Przyjęto załoŝenie badawcze, Ŝe krótkotrwałe - nie powodujące szoku termicznego - pobudzenie sadzeniaków ziemniaka w polu mikrofalowym moŝe wpływać stymulująco na rozwój i plonowanie roślin Solanum tuberosum. Doświadczenia autora [JAKUBOWSKI 2007a] dotyczące wpływu mikrofalowej stymulacji sadzeniaków ziemniaka na wzrost i rozwój roślin potomnych wskazują, Ŝe zastosowanie rzeczywistej dawki promieniowania w wysokości 8,1-18,5 J g -1 (co odpowiada wartościom 270-500 J i czasom ekspozycji 2-7 s) w stosunku do materiału sadzeniakowego odmian ziemniaka Aster i Felka Bona powodowały zwiększony przyrost biomasy nadziemnej rośliny oraz wyŝsze plonowanie w stosunku do próby kontrolnej. Badania nad wpływem promieniowania mikrofalowego na dynamikę wzrostu kiełków sadzeniaków ziemniaka odmiany Felka Bona wykazały, Ŝe dawki promieniowania w zakresie 72,8-200 J g -1 powodują zwiększenie o 5,4% przyrostu biomasy kiełków, w porównaniu z próbą kontrolną przy jednoczesnym skróceniu okresu podkiełkowywania [JAKUBOWSKI 2007b].
118 T. Jakubowski Celem pracy było określenie wpływu promieniowania mikrofalowego na plonowanie roślin ziemniaka. Wyniki doświadczenia miały dać odpowiedź na pytanie czy stymulacja sadzeniaków ziemniaka odmiany Felka Bona promieniowaniem mikrofalowym w zakresie 72,8-200 J g -1 (powodującym zwiększenie przyrostu biomasy kiełków przy jednoczesnym skróceniu okresu podkiełkowywania) spowoduje równieŝ zwiększenie masy plonu bulw po zbiorze. Materiał i metody Aby zrealizować załoŝone zadanie badawcze naleŝało wytypować frakcję masową sadzeniaków i odpowiednio dobrać czas ich ekspozycji w polu mikrofalowym o częstotliwości 2,45 GHz i mocy promieniowania 1000 W. W związku z powyŝszym w doświadczeniu przyjęto kolejne frakcje sadzeniaków 30-34,9; 35-39,9 i 40-45 g oraz czasy ekspozycji 3, 5 i 7 s przy czym kaŝda frakcja reprezentowana była przez 40 sztuk bulw (10 bulw dla kaŝdej kombinacji doświadczenia). Dawki całkowite promieniowania mikrofalowego jakim poddano sadzeniaki zawierały się, w zaleŝności od czasu ekspozycji, w przedziale 3000-7000 J. ZróŜnicowanie masy sadzeniaków w poszczególnych próbach oraz wynikające z tego jednostkowe dawki promieniowania mikrofalowego przedstawiono w tabeli 1. Tabela 1; Table 1 Układ doświadczenia oraz zróŝnicowanie masy sadzeniaków w poszczególnych próbach i jednostkowe dawki promieniowania mikrofalowego Plan of the experiment and mass differentiation of seed-potatoes in individual trials, and unit microwave radiation doses Parametr; Parameter Wielkość frakcji o masie Mass fraction size (g) Czas ekspozycji w polu mikrofalowym; Time of exposition to microwave radiation (s) Masa sadzeniaków w próbie Bulb mass in a trial (g) minimalna minimum średnia average maksymal. maximum Odchylenie standardowe Standard deviation (g) Kombinacja; Combination 30-34,9 35-39,9 40-45 3 5 7 0 3 5 7 0 3 5 7 0 30,3 30,2 30,2 30,1 35,0 35,2 35,2 35,2 40,1 40,2 40,0 40,2 32,7 32,5 32,5 32,5 37,4 37,5 37,5 37,4 42,5 42,5 42,4 42,6 34,9 34,8 34,7 34,9 39,8 39,8 39,7 39,9 44,8 44,9 44,8 44,9 2,3 2,1 3,1 2,5 2,4 2,0 2,1 2,6 3,1 3,1 2,8 2,9 Zmienność; Variability (%) 7,0 6,5 9,5 7,7 6,4 5,3 5,6 7,0 7,3 7,3 6,6 6,8 Średnia jednostkowa dawka promieniowania mikrofalowego; Mean unit dose of microwave radiation (J g -1 ) 92 154 215 0 80 133 186 0 70 118 164 0 Jednostkową dawkę promieniowania określono, dla kaŝdego sadzeniaka w kaŝdej kombinacji, jako iloraz całkowitej dawki promieniowania mikrofalowego i masy bulwy poddanej działaniu pola mikrofalowego. Bulwy poddane stymulacji i próby kontrolne
PLONOWANIE ROŚLIN ZIEMNIAKA... 119 podkiełkowywano w drewnianych skrzynkach w temperaturze 15-18 C przez okres 21 dni w pomieszczeniu laboratorium z dostępem naturalnego światła [JAKUBOWSKI 2007b]. Bezpośrednio po zakończeniu podkiełkowywania sadzeniaków zostały one wysadzone (w miesiącu marcu 2007 roku) w tunelu foliowym. Wszelkie prace agrotechniczne i pielęgnacyjne wykonywano zgodnie z wytycznymi metodyki integrowanej produkcji ziemniaków [Metodyka 2005]. Zbioru całości plonu dokonano po 88 dniach wegetacji gdy bulwy ziemniaka znajdowały się w fazie pełnej dojrzałości technicznej. W kaŝdej kombinacji określono: średnią masę plonu z pod jednej rośliny, średnią liczbę bulw z pod jednej rośliny oraz przynaleŝność plonu do frakcji masowych poniŝej 40 g i powyŝej 40 g. Wyniki i dyskusja Wyniki doświadczenia, dla przyjętych w badaniu frakcji sadzeniaków, przedstawiono graficznie poniŝej (rys. 1-3). NajwyŜszą masę plonu całkowitego, najwyŝszą masę plonu przynaleŝną do frakcji masowej powyŝej 40 g i najniŝszą masę plonu przynaleŝną do frakcji masowej poniŝej 40 g odnotowano wśród roślin ziemniaka, których sadzeniaki otrzymały jednostkowe dawki promieniowania mikrofalowego: - 70 J g -1 (frakcja sadzeniaków o masie 40-45 g), - 80 J g -1 (frakcja sadzeniaków o masie 35-39,9 g), - 92 J g -1 (frakcja sadzeniaków o masie 30-34,9 g). Analiza wyników dotyczących liczby bulw w poszczególnych próbach przynaleŝnych do badanych frakcji sadzeniaków nie wykazała statystycznie istotnych róŝnic. JednakŜe dla niektórych kombinacji stwierdzono, Ŝe: - w plonie roślin ziemniaka, których sadzeniaki frakcji o masie 40-45 g otrzymały jednostkowe dawki promieniowania mikrofalowego 70 J g -1 liczba bulw przynaleŝnych do frakcji o masie powyŝej 40 g była wyŝsza a liczba bulw przynaleŝnych do frakcji o masie poniŝej 40 g była niŝsza w porównaniu z próbą kontrolną, - w plonie roślin ziemniaka, których sadzeniaki frakcji o masie 35-39,9 g otrzymały jednostkowe dawki promieniowania mikrofalowego 80 J g -1 liczba bulw przynaleŝnych do frakcji o masie poniŝej 40 g była niŝsza w porównaniu z próbą kontrolną, - w plonie roślin ziemniaka, których sadzeniaki frakcji o masie 30-34,9 g otrzymały jednostkowe dawki promieniowania mikrofalowego 92 J g -1 liczba bulw przynaleŝnych do frakcji o masie poniŝej 40 g była niŝsza w porównaniu z próbą kontrolną. Rysunek 1, 2, 3 na końcu art.
120 T. Jakubowski Wyniki badań dotyczące średniej masy bulwy w plonie w kombinacjach doświadczenia wskazują na następujące zaleŝności: - najwyŝszą masę bulwy w plonie całkowitym oraz we frakcjach o masie powyŝej 40 g i poniŝej 40 g zaobserwowano wśród roślin ziemniaka, których sadzeniaki otrzymały jednostkowe dawki promieniowania mikrofalowego 80 J g -1 (frakcja o masie sadzeniaków 35-39,9 g) i 92 J g -1 (frakcja o masie sadzeniaków 30-34,9 g), - najwyŝszą masę bulwy w plonie całkowitym oraz we frakcjach o masie powyŝej 40 g zaobserwowano wśród roślin ziemniaka, których sadzeniaki frakcji o masie 40-45 g otrzymały jednostkowe dawki promieniowania mikrofalowego 70 J g -1. Działanie promieniowaniem mikrofalowym na materiał biologiczny daje (poprzez drgania dipoli cząsteczek wody) efekt termiczny [BIMBENET 1980]. Bulwa ziemniaka jest materiałem biologicznym wysoko uwodnionym co wzmacnia termiczny efekt działania pola mikrofalowego. Stymulacja sadzeniaka ziemniaka w polu mikrofalowym wpływa pobudzająco na procesy kiełkowania co w efekcie przyspiesza tempo wschodów roślin i skutkuje skróceniem okresu wegetacji. Przedstawione wyniki badań wskazują równieŝ, Ŝe skróceniu okresu wegetacji roślin ziemniaka, powodowane działaniem promieniowania mikrofalowego, nie powoduje obniŝenia ich plonowania. Wnioski 1. Ekspozycja sadzeniaków ziemniaka odmiany Felka Bona w polu mikrofalowym powodowała istotnie wyŝszą masą plonu całkowitego i frakcji bulw o masie powyŝej 40 g a niŝszą frakcji bulw o masie poniŝej 40 g. 2. Ekspozycja sadzeniaków ziemniaka odmiany Felka Bona w polu mikrofalowym istotnie wpływała na zwiększenie średniej masy bulwy ziemniaka w plonie całkowitym i we frakcji bulw o masie powyŝej 40 g. 3. Ekspozycja sadzeniaków ziemniaka odmiany Felka Bona w polu mikrofalowym nie miała istotnego wpływu na liczbę bulw ziemniaka z pod jednej rośliny. Literatura BIMBENET J. 1980. Heat transfer in food processing, w: Food Process Engineering. Linko P., Mälkki Y., Olkku J. Larinkari J. (Eds), vol. 1. Food Processing Systems, Applied Science, London: 448-456. JAKUBOWSKI T. 2007a. Wpływ mikrofalowej stymulacji sadzeniaków ziemniaka na wzrost i rozwój roślin potomnych. InŜynieria Rolnicza 6(94): 49-56. JAKUBOWSKI T. 2007b. Wpływ promieniowania mikrofalowego na dynamikę wzrostu kiełków bulwy ziemniaka. Mat. konf. IX Międzynarodowa Konferencja Naukowa 19-20 VI, Wrocław-Polanica Zdrój: 116-117. MARKS N., LIPIEC J., JAKUBOWSKI T. 2005. Ocena przydatności metod fizycznych do zwalczania przechowalniczych chorób bulw ziemniaka. InŜynieria Rolnicza 7(67): 169-175. MARKS N., JAKUBOWSKI T. 2006. Wpływ promieniowania mikrofalowego na trwałość przechowalniczą bulw ziemniaka. InŜynieria Rolnicza 6(81): 57-64. Metodyka Integrowanej Produkcji Ziemniaków. 2005. Wyd. PIORIN Warszawa: 28-29.
PLONOWANIE ROŚLIN ZIEMNIAKA... 121 PIEŃKOWSKA H., GRABOWSKI S. 2005. Wpływ słabych pól i promieniowania elektromagnetycznego na kiełkowanie i wzrost rzeŝuchy. Acta Agrophysica 6(1): 205-212. PODLEŚNY J., PIETRUSZEWSKI S. 2006. Wpływ traktowania nasion polem magnetycznym na wzrost, rozwój i dynamikę gromadzenia masy łubinu białego (Lupinus albus L.). InŜynieria Rolnicza 6(81): 169-176. SOWA-NIEDZIAŁKOWSKA G. 2005. Wpływ temperatury przechowywania i uwarunkowań genetycznych na długość uśpienia i intensywność kiełkowania bulw ziemniaka. Ziemniak Polski 4: 29-34. SZUMIAŁO G., RACHOŃ L. 2006. Oddziaływanie fal elektromagnetycznych na plonowanie oraz jakość nagoziarnistych i oplewionych odmian jęczmienia jarego i owsa. Acta Agrophysica 8(2): 501-508. WÓJCIK S., DZIAMBA M., PIETRUSZEWSKI S. 2004. Wpływ promieniowania mikrofalowego na plonowanie i jakość technologiczną korzeni buraka cukrowego. Acta Agrophysica 3/3: 623-630. Słowa kluczowe: ziemniak, pole mikrofalowe, sadzeniak, plonowanie Streszczenie Zbadano plonowania roślin ziemniaka bardzo wczesnej odmiany Felka Bona, której sadzeniaki o masie 30-34,9, 35-39,9 oraz 40-45 g poddano działaniu promieniowania mikrofalowego o częstotliwości 2,45 GHz, mocy promieniowania 1000 W i czasach ekspozycji 3-7 s. Określono średnią masę plonu z pod jednej rośliny, średnią liczbę bulw z pod jednej rośliny oraz przynaleŝność plonu do frakcji o masie < 40 g i > 40 g. NajwyŜszą masę plonu całkowitego, najwyŝszą masę plonu przynaleŝną do frakcji o masie powyŝej 40 g i najniŝszą masę plonu przynaleŝną do frakcji o masie poniŝej 40 g odnotowano wśród roślin ziemniaka, których sadzeniaki otrzymały jednostkowe dawki promieniowania mikrofalowego: 70 J g -1 (frakcja sadzeniaków o masie 40-45 g), 80 J g -1 (frakcja sadzeniaków o masie 35-39,9 g) i 92 J g -1 (frakcja sadzeniaków o masie 30-34,9 g). Jednym z rezultatów napromieniowania bulwy ziemniaka mikrofalami jest chwilowe jej ogrzanie. Bulwa ziemniaka jest materiałem biologicznym wysoko uwodnionym co wzmacnia termiczny efekt działania pola mikrofalowego. Stymulacja sadzeniaka ziemniaka w polu mikrofalowym wpływa pobudzająco na procesy kiełkowania co w efekcie przyspiesza tempo wschodów roślin i skutkuje skróceniem okresu wegetacji. Wyniki doświadczenia wskazują, Ŝe poddanie sadzeniaków działaniu promieniowania mikrofalowego istotnie wpływa na plonowanie roślin ziemniaka. POTATO YIELD RESPONSE TO THE EXPOSITION OF SEED-POTATOES TO MICROWAVE RADIATION Tomasz Jakubowski Department of Agricultural and Food Technology, Agricultural University, Kraków
122 T. Jakubowski Key words: potato, microwave radiation, bulb, yield Summary The objective of the research was to assess the yield of a very early potato cultivar Felka Bona. The bulbs, the mass of which was 30-34.9 g, 35-39.9 g and 40-45 g were exposed to microwave radiation (2.45 GHz, 1000 W) for 3-7 s. The average yield mass from one plant, average number of bulbs from one plant and the yield of potato of the mass of < 40 g and > 40 g were determined. The highest mass of the total harvest, the highest yield of the mass fraction of over 40 g and the lowest yield of the mass fraction of less than 40 g were observed in the case of potatoes whose seed-potatoes received the individual doses of microwave radiation of 70 J g -1 (mass fraction of 40-45 g), 80 J g -1 (mass fraction of 35-39.9 g) and 92 J g -1 (mass fraction of 30-34.9 g). One of the results of microwave radiation of potato tubers is their instantaneous warming. Potato tuber belongs to biological material which is highly hydrated which intensifies the thermal effect of the microwave field. Its stimulation in that field affects the process of germination which, in turn, accelerates the rate of sprouting and reduces the vegetative period. It results from the experiment that the exposition of seed-potatoes significantly affects yielding of the potato plants. Dr inŝ. Tomasz Jakubowski Katedra Techniki Rolno-SpoŜywczej Uniwersytet Rolniczy im. H. Kołłątaja ul. Balicka 116B 30-149 KRAKÓW e-mail: tjakubowski@ar.krakow.pl
* dawka promieniowania (J g -1 ); unit dose of microwave radiation (J g -1 ) ** czas ekspozycji (s) w polu mikrofalowym; time of exposition (s) to microwave radiation Rys. 1. Fig. 1. Wpływ promieniowania mikrofalowego na plonowanie roślin ziemniaka odmiany Felka Bona Effect of microwave radiation on the yield of potato plants (cv. Felka Bona)
* dawka promieniowania (J g -1 ); unit dose of microwave radiation (J g -1 ) ** czas ekspozycji (s) w polu mikrofalowym; time of exposition (s) to microwave radiation Rys. 2. Fig. 2. Wpływ promieniowania mikrofalowego na liczbę bulw w plonie roślin ziemniaka odmiany Felka Bona Effect of microwave radiation on the number bulbs of potato plants (cv. Felka Bona)
* dawka promieniowania (J g -1 ); unit dose of microwave radiation (J g -1 ) ** czas ekspozycji (s) w polu mikrofalowym; time of exposition (s) to microwave radiation Rys. 3. Fig. 3. Wpływ promieniowania mikrofalowego na średnią masę bulwy w plonie roślin ziemniaka odmiany Felka Bona Effect of microwave radiation on the average bulb mass of potato plants (cv. Felka Bona)