ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 530: 249-257 RÓśNICE W SKŁADZIE CHEMICZNYM BULW ZIEMNIAKA UPRAWIANEGO W SYSTEMIE EKOLOGICZNYM I INTEGROWANYM W ZRÓśNICOWANYCH WARUNKACH KLIMATYCZNO-GLEBOWYCH Krystyna Zarzyńska, Justyna Wroniak Zakład Agronomii Ziemniaka, Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin, Oddział w Jadwisinie Wstęp Spośród wszystkich sektorów Ŝywnościowych rynek Ŝywności ekologicznej wykazuje obecnie najszybszy wzrost. Konsumenci oczekują od produktów rolnictwa ekologicznego wyŝszej jakości zdrowotnej, odŝywczej, podczas gdy nadal niewiele jest badań porównujących jakość produktów rolnych, uzyskiwanych w warunkach systemu ekologicznego i innych systemów, takich jak chociaŝby system integrowany. Jest to system pośredni pomiędzy systemem ekologicznym a konwencjonalnym, polegający między innymi na ograniczeniu stosowania chemizacji i wykorzystujący ekonomiczne progi szkodliwości w ochronie roślin. Ziemniak stanowi podstawę diety większości Polaków. Mimo niŝszej produkcji ziemniaków w ostatnich latach, ich spoŝycie utrzymuje się na poziomie około 120 kg na 1 mieszkańca rocznie. Uzasadnione są więc badania mające na celu wybór takich systemów uprawy, które zapewniłyby uzyskanie surowca o wysokich parametrach jakościowych. Celem badań jest ocena składu chemicznego bulw pochodzących z dwóch przyjaznych środowisku systemów produkcji. Metoda badań Badania przeprowadzono w dwóch trzyletnich seriach 2002-2004 i 2005-2007 w dwóch miejscowościach: Osiny woj. lubelskie i Jadwisin woj. mazowieckie, w dwóch systemach produkcji, tj ekologicznym (w obu miejscowościach) i integrowanym (tylko w Osinach). W Osinach ziemniaki były uprawiane na glebie kompleksu Ŝytniego bardzo dobrego, w Jadwisinie na glebie kompleksu Ŝytniego słabego. W kaŝdym z systemów stosowano róŝne zmianowania i róŝne technologie produkcji: - zmianowanie w systemie ekologicznym na glebie cięŝszej - Osiny: ziemniak jęczmień jary z wsiewką koniczyny czerwonej koniczyna czerwona z trawami koniczyna czerwona z trawami pszenica ozima + poplon; - zmianowanie w systemie ekologicznym na glebie lekkiej - Jadwisin: ziemniak
250 K. Zarzyńska, J. Wroniak owies + peluszka Ŝyto z wsiewką seradeli łubin na nasiona facelia na nasiona + gorczyca biała jako poplon; - zmianowanie w systemie integrowanym: ziemniak jęczmień jary bobik na nasiona pszenica + poplon. W systemie ekologicznym nie stosowano nawozów mineralnych. Wyjątek stanowiło zastosowanie dozwolonego w uprawach ekologicznych siarczanu potasu, poniewaŝ zaobserwowano niedobór tego składnika na roślinach. Nie stosowano równieŝ pestycydów z wyjątkiem dozwolonych preparatów miedziowych przeciwko zarazie ziemniaka i Novodoru (preparat bakteryjny) przeciwko stonce ziemniaczanej. Pod ziemniaki stosowano kompost (w Osinach) lub obornik (w Jadwisinie) w dawce 250 dt ha -1. Zwalczanie chwastów w tym systemie odbywało się w sposób mechaniczny. W systemie integrowanym stosowano następujące nawoŝenie mineralne: N - 75 kg ha -1, P - 60 kg ha -1 i K - 60 kg ha -1. Kompost w dawce 250 dt ha -1 wnoszono tylko pod ziemniaki. Chemiczne zabiegi ochrony roślin w tym systemie stosowano wykorzystując progi szkodliwości dla roślin. W pierwszej serii przebadano 6 odmian ziemniaka naleŝących do róŝnych grup wczesności (systemie ekologicznym w Jadwisinie badano tylko 3 odmiany), w drugiej 8 odmian (w obu systemach produkcji i obu miejscowościach). Po zbiorze określano wielkość plonu bulw oraz skład chemiczny, a głównie: zawartość suchej masy (poprzez dwustopniowe suszenie w temperaturze 60 C, a następnie doprowadzenie do stałej masy w temperaturze 100 C), skrobi (metodą Eversa, przy uŝyciu automatycznego polarymetru typu POLAMATS), witaminy C (jako sumę kwasu L-askorbinowego i dehydroaskorbinowego, metodą Tilmansa) i azotanów (metodą kolorymetryczną w oparciu o reakcję Griessa). Wyniki badań opracowano statystycznie za pomocą analizy wariancji. Istotność źródeł zmienności testowano testem F-Fishera-Snedecora. Warunki klimatyczne okresu wegetacji określono za pomocą współczynników hydrotermicznych Sielianinowa wyliczonych ze średnich temperatur i sum opadów dla kaŝdego miesiąca okresu wegetacji. Wartość współczynników Sielianinowa w poszczególnych latach badań - okres wegetacji (maj-wrzesień) Sielianinow coeffcients for tested years- vegetation period (May-August) Tabela 1; Table 1 Lata badań; Tested years 2002 2003 2004 2005 2006 2007 Współczynnik Sielianinowa (K) Selianow coefficient 0,72 0,94 0,96 0,92 1,27 1,95 K= 0-05 oznacza suszę; drought K = 0,6-1 oznacza posuchę; shortahe of water K > 1,0 oznacza warunki wilgotne; wet conditions Jak wynika z tabeli 1 w większości lat badań wystąpił niedobór opadów. Jedynie w latach 2006 i 2007 ilość opadów była wystarczająca, chociaŝ w 2006 roku rozkład opadów w okresie wegetacji był bardzo niekorzystny (susza w miesiącach czerwiec i lipiec i nadmiar opadów w sierpniu). Wyniki badań 1. Plon bulw w zaleŝności od systemu produkcji
RÓśNICE W SKŁADZIE CHEMICZNYM BULW ZIEMNIAKA... 251 W pierwszej serii badań (lata 2002-2004) plon bulw (średnio) dla odmian kształtował się na poziomie: - system ekologiczny, gleba lekka - 111 dt ha -1 - system ekologiczny, gleba cięŝsza - 264 dt ha -1 - system integrowany, gleba cięŝsza - 361 dt ha -1 (rys. 1). Rys. 1. Fig. 1. Plon bulw (średnio dla odmian) w zaleŝności od systemu produkcji i miejsca uprawy - Seria I (2002-2004) Tuber yield (mean for cultivars) depending on the crop production system and place of experiment - Series I (2002-2004)
252 K. Zarzyńska, J. Wroniak Rys. 2. Plon bulw (średnio dla odmian) w zaleŝności od systemu produkcji i miejsca uprawy - Seria II (2005-2007) Fig. 2. Tuber yield (mean for cultivars) depending on the crop production system and place of experiment - Series II (2005-2007) W drugiej serii badań (lata 2005-2007) róŝnice w plonie pomiędzy poszczegónymi systemami produkcji były niŝsze. Plon kształtował się na poziomie: - system ekologiczny gleba lekka, Jadwisin - 133 dt ha -1 ; - system ekologiczny, gleba cięŝsza, Osiny - 188 dt ha -1 ; - system integrowany, gleba cięŝsza, Osiny - 268 dt ha -1 (rys 2). 2. RóŜnice w składzie chemicznym bulw zaleŝności od systemu produkcji i miejsca uprawy Zawartość suchej masy układała się róŝnie w róŝnych seriach badań. NajwyŜszą zawartość suchej masy (średnio dla odmian) zanotowano w I serii w systemie integrowanym, a w serii II w systemie ekologicznym na glebie cięŝszej. Były to jednak róŝnice nieistotne statystycznie. Zawartość skrobi zaleŝała w sposób istotny od systemu produkcji i miejsca uprawy (kompleksu glebowego). NajwyŜszą zawartość skrobi stwierdzono w obu seriach badań w bulwach pochodzących z systemu ekologicznego na glebie cięŝszej w Osinach, następnie z systemu integrowanego i najmniejszą z systemu ekologicznego na glebie lekkiej w Jadwisinie. W obu seriach badań zawartość witaminy C była najwyŝsza w bulwach pochodzących z systemu ekologicznego na glebie cięŝszej, a najniŝsza w bulwach pochodzących z systemu integrowanego, ale były to róŝnice nieistotne statystycznie. Zawartość azotanów zaleŝała w sposób istotny, zarówno od systemu produkcji, jak i kompleksu glebowego. Najmniejszą zawartość tych związków stwierdzano w kaŝdej serii w systemie ekologicznym, na glebie lekkiej w Jadwisinie. W Osinach - na glebie cięŝszej zawartość azotanów nie róŝniła się istotnie między systemami produkcji i wykazywała generalnie wysokie wartości. Dane dotyczące składu chemicznego bulw w zaleŝności od systemu produkcji i miejsca uprawy podano w tabeli 2. Tabela 2; Table 2 Wpływ systemu produkcji i kompleksu glebowego na skład chemiczny bulw Wyszczególnienie Specification Seria I; Series I (2002-2004) Influence of the crop production system and soil complex on the chemical composition of potato tuber System produkcji; Crop production system ekologiczny organic Jadwisin ekologiczny organic Osiny integrowany integrated Osiny NIR; LSD Sucha masa; Dry matter (%) 18,9 20,1 20,6 r.n.; n.s. Skrobia; Starch (%) 11,8 13,7 13,8 1,4 Witamina C; Vitamin C (mg 100 g -1 ) 18,2 18,9 17,8 r.n.; n.s. Azotany; Nitrates (mg NaNO 3 kg -1 ) 96,3 170,6 199,2 76,0 Seria II; Series II (2005-2007) Sucha masa; Dry matter (%) 21,4 22,2 21,2 r.n.; n.s. Skrobia; Starch (%) 14,0 15,0 14,4 0,8 Witamina C; Vitamin C (mg 100 g -1 ) 19,7 20,7 19,1 r. n.; n.s.
RÓśNICE W SKŁADZIE CHEMICZNYM BULW ZIEMNIAKA... 253 Azotany; Nitrates (mg NaNO 3 kg -1 ) 109,5 228,9 229,9 78,0 3. RóŜnice w składzie chemicznym w zaleŝności od odmiany Badane odmiany róŝniły się w sposób istotny pod względem wszystkich badanych cech (wyjątek stanowiła jedynie zawartość witaminy C w II serii badań). W pierwszej serii badano jedną odmianę skrobiową - Bzurę i u tej odmiany zarówno zawartość suchej masy, jak i skrobi była największa. W drugiej serii największą zawartością tych składników charakteryzowała się odmiana Gracja. Zawartość witaminy C była powiązana ze wczesnością odmian. Więcej tego składnika obserwowano u odmian bardzo wczesnych i wczesnych. Podobna sytuacja wystąpiła w przypadku zawartości azotanów. Istotnie więcej tych niekorzystnych związków zawierały bulwy odmian wcześniejszych. Dane dotyczące róŝnic odmianowych w składzie chemicznym bulw podano tabeli 3. Wyszczególnienie; Specification RóŜnice odmianowe w składzie chemicznym bulw Cultivar differences in chemical composition of tubers Seria; Series I (2002-2004) Bard Bila Baszta Wolfram Odmiany; Cultivars Wawrzyn Bzura Tabela 3; Table 3 NIR; LSD Sucha masa; Dry matter (%) 17,6 19,3 22,8 22,4 19,2 26,6 1,8 Skrobia; Starch (%) 14,0 13,4 15,5 15,5 12,6 19,0 1,4 Witamina C; Vitamin C (mg 100 g -1 ) 20,5 16,4 18,8 17,9 15,2 16,8 3,3 Azotany; Nitrates (mg NaNO 3 kg -1 ) 230,3 290,5 135,3 105,5 100,3 97,0 76,0 Sucha masa Dry matter (%) Seria; Series II (2005-2007) Orlik Drop Gracja Korona Bartek Triada Syrena Zeus NIR; LSD 21,0 21,2 23,5 18,5 22,6 22,5 21,6 21,5 1,7 Skrobia; Starch (%) 13,1 14,1 16,0 11,9 14,9 15,1 13,8 14,4 1,3 Witamina C Vitamin C (mg 100 g -1 ) Azotany; Nitrates (mg NaNO 3 kg -1 ) 21,6 21,1 20,6 20,1 18,9 19,3 19,9 18,7 r.n.; n.s. 293,4 289,3 188,3 270,0 85,9 147,0 219,7 159,7 120,0 4. RóŜnice w składzie chemicznym bulw w zaleŝności od lat badań Warunki klimatyczne panujące w poszczególnych latach badań wpłynęły w sposób istotny na zawartość wszystkich badanych składników z wyjątkiem suchej masy w I serii badań. Rokiem najbardziej korzystnym do gromadzenia suchej masy i skrobi w I serii był rok 2004. W pozostałych latach zawartość tych związków była na zbliŝonym poziomie. W II serii badań istotnie mniej suchej masy i skrobi gromadziły bulwy w 2006 roku. Największy wpływ lat badań odnotowano w przypadku zawartości witaminy C. W pierwszej serii badań rokiem najbardziej korzystnym dla gromadzenia tego związku był rok 2004, w którym to zawartość witaminy C (średnio dla odmian) była prawie dwukrotnie wyŝsza niŝ w roku 2002. W drugiej serii badań róŝnice między latami badań
254 K. Zarzyńska, J. Wroniak były mniejsze. Rokiem najkorzystniejszym dla gromadzenia tego związku był rok 2005. W przypadku azotanów najkorzystniejsze (najmniej azotanów) były lata o największej i równomiernie rozłoŝonej ilości opadów tj - w I serii rok 2004, a w drugiej rok 2007. Najwięcej tych związków gromadziły bulwy w latach 2003, 2005 i 2006 (tab. 4). RóŜnice w składzie chemicznym bulw w zaleŝności od lat badań Differences in chemical composition of tubers depending on tested years Wyszczególnienie Specification Seria I; Series I Tabela 4; Table 4 2002 2003 2004 NIR;LSD Sucha masa; Dry matter (%) 19,9 20,1 20,6 r.n.; n.s. Skrobia; Starch (%) 12,9 12,3 14,2 1,4 Witamina C; Vitamin C (mg 100 g -1 ) 13,0 16,4 25,4 3,3 Azotany; Nitrates (mg NaNO 3 kg -1 ) 152,6 239,4 74,2 76 Seria II; Series II 2005 2006 2007 NIR; LSD Sucha masa; Dry matter (%) 23,1 19,0 22,7 1,1 Skrobia; Starch (%) 15,4 12,4 15,6 0,9 Witamina C; Vitamin C (mg 100 g -1 ) 22,8 17,9 18,8 1,6 Azotany; Nitrates (mg NaNO 3 kg -1 ) 250,2 226,3 124,1 78,0 Dyskusja W literaturze spotyka się wiele informacji wskazujących na lepszy skład chemiczny bulw, a głównie zawartości suchej masy, skrobi, witaminy C w bulwach pochodzących z upraw ekologicznych [DLOUHY 1981, 1992; GRANSEDT i in. 1997; PETR, DLOUHY 1992; SCHULZ, KOPKE 1997; REMBIAŁKOWSKA 2000; REMBIAŁKOWSKA i in. 2006]. Wyniki szczegółowych badań przeprowadzonych w Szwecji [WARMAN, HARVARD 1998] pokazują, Ŝe ziemniaki wyprodukowane w gospodarstwach ekologicznych, oprócz lepszego składu chemicznego, charakteryzowały się równieŝ nieco wyŝszą oceną smakową, a takŝe mniejszymi stratami podczas gotowania. Nie wszyscy badacze potwierdzają jednak te wyniki. Istotnych róŝnic dotyczących lepszego składu chemicznego bulw uprawianych w systemie ekologicznym, w porównaniu z systemem konwencjonalnym, czy integrowanym nie znaleźli KUŚ i STALENGA [1998], SAWICKA i KUŚ [2000], MAGA i WILKEN [1997], ZARZYŃSKA i GOLISZEWSKI [2005]. SAWICKA i KUŚ [2002] wykazali nawet wyŝszość systemu integrowanego nad ekologicznym, dotyczącą zawartości większości związków. Zawartość wielu składników takich jak: sucha masa, skrobia, witamina C, azotany zaleŝała w duŝej mierze nie tylko od systemów produkcji, ale równieŝ od zmieniających się warunków środowiska. Coraz częściej pojawia się dyskusja na temat zawartości azotanów w bulwach ziemniaków, pochodzących z systemu ekologicznego. Na ogół, stwierdza się niŝszą zawartość tych niepoŝądanych związków w systemach uprawy przyjaznych środowisku, ale tylko wtedy gdy mówi się generalnie o ziemniaku, nie wnikając w szczegóły, tj. róŝnice odmianowe, jakość gleby, czy stosowany płodozmian. Okazuje się, Ŝe ilość azotanów w bulwach ziemniaków
RÓśNICE W SKŁADZIE CHEMICZNYM BULW ZIEMNIAKA... 255 uprawianych w systemie ekologicznym moŝe być bardzo wysoka [SAWICKA, KUŚ 2002; ZARZYŃSKA, WRONIAK 2007]. Wynika to z wielu czynników. Na glebach cięŝszych, w celu zbilansowania azotu w całym płodozmianie stosuje się na ogół duŝe wysycenie roślinami motylkowatymi. Ziemniak jest tą rośliną, która w płodozmianie przychodzi zaraz po oborniku, czy kompoście, a więc w takich przypadkach dawka azotu organicznego moŝe okazać się zbyt duŝa dla tej rośliny i nie będzie ona w stanie przetworzyć go na plon. Pozostaje więc w bulwach w postaci azotanów. Taka sytuacja dotyczy głównie odmian wczesnych, o krótkim okresie wegetacji [MAZURCZYK, LIS 2000]. Problem staje się jeszcze powaŝniejszy w latach o niedoborze opadów i wysokich temperaturach (a te występują coraz częściej). Przedstawione wyniki badań są potwierdzeniem tych wątpliwości. Wnioski 1. Skład chemiczny bulw był zróŝnicowany w zaleŝności od systemu produkcji i kompleksu glebowego, chociaŝ nie w kaŝdym przypadku były to róŝnice udowodnione statystycznie. 2. Stwierdzono istotne róŝnice odmianowe dotyczące zawartości suchej masy, skrobi, witaminy C i azotanów. 3. Warunki okresu wegetacji wpłynęły w sposób istotny na zawartość większości badanych związków. 4. Skład chemiczny bulw pochodzących z systemu integrowanego nie odbiegał w sposób zasadniczy od składu chemicznego bulw pochodzących z systemu ekologicznego i ten sposób produkcji, jako łatwiejszy powinien być polecany szerokiej praktyce. Literatura DLOUHY J. 1981. Alternative forms of farming - quality of plant product in conventional and biodynamic production. Upsala, Inst. For Vaxtding. Raport 91. SLU: 52. DLOUHY J. 1992. Product quality in alternative agriculture, w: Food quality Concepts and Methodology. Elm Farm Research Centr, Newbury, UK: 30-35. GRANSEDT A., KJELLENBERG L., ROINILA P. 1997. Long term field experiment in Sweden: Effects of organic and inorganic fertilizers on soil fertility and crop quality. Proc. of the Conf. on Agric. Production and Nutrition. Boston, MA, USA, March 1997: 79-90. KUŚ J., STALENGA J. 1998. Plonowanie kilku odmian ziemniaka uprawianych w systemach integrowanym i ekologicznym. Rocz. AR w Poznaniu, CCCVII: 126-131. MAGA J., WILKEN K. 1997. Comparision of selected nutrients in organic vs conventionally grown potatoes under controlled conditions. Proc. Of the Int. Conf. on Agric. Production and Nutrition: 19-21. MAZURCZYK W., LIS B. 2000. Zawartość azotanów i glikoalkaloidów w dojrzałych bulwach ziemniaka jadalnego. Rocz. PZH 51: 37-41. PETR J., DLOUHY J. 1992. Ekologiceskie zemledelstv. Brazda, Praha, Zemledelske Nakladetelstvi: 276-282. REMBIAŁKOWSKA E. 2000. Zdrowotna i sensoryczna jakość ziemniaków oraz wybranych warzyw z gospodarstw ekologicznych. Fundacja SGGW, Warszawa: 118 ss.
256 K. Zarzyńska, J. Wroniak REMBIAŁKOWSKA E., ZARZYŃSKA K., ŚWIETLIKOWSKA B., GOLISZEWSKI W., KAŹMIER- CZAK R. 2006. Ocena wybranych cech ziemniaków pochodzących z produkcji konwencjonalnej i integrowanej, w: Wybrane zagadnienia ekologiczne we współczesnym rolnictwie. Monografia, tom 3. PIMR, Poznań: 112-122. SAWICKA B., KUŚ J. 2002. Zmienność składu chemicznego bulw ziemniaka w warunkach ekologicznego i integrowanego systemu produkcji. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 489: 273-282 SHULZ D.G., KOPKE U. 1997. An overall approach to describing food quality the quality index. Contributions to the 4 th Scient. Meet. on Ecological Agriculture, held on 3-4 March: 211-216. WARMAN P.R., HAVARD K.A. 1998. Yield, vitamin and mineral contents of organically and conventionally grown potatoes and seed corn. Agric. Ecos. and Envir. Vol. 68/3: 207-216. ZARZYŃSKA K., GOLISZEWSKI W. 2005. Uprawa ziemniaków w systemie ekologicznym - problemy i korzyści. Mat. Konf. Perspektywy produkcji i rynku ziemniaków w Polsce 20-21 X Kołobrzeg: 37-39. ZARZYŃSKA K., WRONIAK J. 2007. RóŜnice w jakości plonu bulw ziemniaków uprawianych w systemie ekologicznym w zaleŝności od niektórych czynników agrotechnicznych. J. Res. Applic. in Agricult. Engine. 52(4): 108-114. Słowa kluczowe: ziemniak, system ekologiczny, system integrowany, odmiana, skład chemiczny Streszczenie W badaniach przeprowadzonych w 2 trzyletnich seriach przebadano 14 odmian ziemniaka, które uprawiano w dwóch systemach produkcji, tj. ekologicznym i integrowanym w dwóch miejscowościach, na dwóch róŝnych kompleksach glebowych. W kaŝdym systemie produkcji stosowano róŝne zmianowania i róŝne technologie produkcji dostosowane do właściwego systemu. Zanotowano róŝnice w składzie chemicznym bulw w zaleŝności od systemu produkcji i miejsca uprawy, ale nie w kaŝdym przypadku były to róŝnice udowodnione statystycznie. Dla większości składników udowodniono róŝnice odmianowe. Warunki okresu wegetacji modyfikowały w sposób istotny skład chemiczny bulw. Stwierdzono, Ŝe zawartość takich składników jak: sucha masa, skrobia, witamina C, azotany w bulwach uprawianych w systemie integrowanym nie odbiegała zasadniczo od zawartości tych składników w bulwach pochodzących z systemu ekologicznego i ten system produkcji, jako łatwiejszy naleŝałoby polecać szerokiej praktyce. DIFFERENCES IN CHEMICAL COMPOSITION OF POTATO TUBERS GROWN IN ORGANIC AND INTEGRATED CROP PRODUCTION SYSTEM UNDER DIFFERENT CLIMATIC-SOIL CONDITIONS Krystyna Zarzyńska, Justyna Wroniak Department of Potato Agronomy, Institute of Plant Breeding and Acclimatization, Research Division Jadwisin Key words: potato, organic system, integrated system, cultivar, chemical composition
RÓśNICE W SKŁADZIE CHEMICZNYM BULW ZIEMNIAKA... 257 Summary An experiment was carried out in two 3-year series and 2 crop production systems : organic and integrated in 2 places under different climatic - soil conditions. In each system a special technology and crop rotation was applied. Differences in chemical composition of tubers were observed depending on the crop production system, however, they were statistically proven only in some cases. For most elements cultivar differences were statistically significant. Climatic conditions during the vegetation period significantly effected the content of: dry matter, starch, vitamin C and nitrates. It was confirmed that chemical composition of tubers from integrated system was not worse than from organic system and that kind of crop production system (as an easier one) should be recommended for practice. Dr Krystyna Zarzyńska Zakład Agronomii Ziemniaka Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin Oddział w Jadwisinie 05-140 SEROCK e-mail: k.zarzynska@ihar.edu.pl