Nawożenie strategicznym czynnikiem wspomagającym odporność roślin Witold Grzebisz Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu

Tematyka prezentacji 1. Wprowadzenie – hierarcha czynników produkcji roślinnej. 2. Fazy krytyczne wzrostu i formowania plonu. 3. Azot – nadrzędny czynnik produkcji. 4. Azot – czynniki warunkujące efektywność. 5. Stres biotyczny – rola składników pokarmowych.

Wprowadzenie Część I. Hierarcha czynników produkcji roślinnej

Eko-fizjologiczna charakterystyka czynników plonotwórczych I. Definiujące plon: 1. Czynniki roślinne: 1. Fizjologia, fenologia; 2. Hodowla roślin - odmiany; 3. Architektura łanu; 2. Promieniowanie; 3. CO 2 4. Temperatura; II. Ograniczające plon: 1. Woda; 2. azot; 3. Czynniki odpowiedzialne za efektywność wody i azotu III. Redukujące plon: 1. Chwasty; 2. Patogeny; 3. Szkodniki. Rabbinge, (1993) (modyfikacja Grzebisz, 2008) Plon potencjalny Ograniczony wodą N LY * * NLY – Plon ograniczony azotem AY ** ** AY – Plon rzeczywisty Yield Gap

Plon maksymalny, P m Rzeczywisty potencjał plonowania (RPP) uprawianej rośliny (odmiany) wyznaczają naturalne czynniki siedliska, w którym prowadzony jest proces produkcji. W praktyce rolniczej czynniki siedliska wyznaczają plon maksymalny odmiany uprawianego gatunku (P max ).

Produktywność jednostkowa wody, pszenica (Polska ) Grzebisz, 2012

Plony potencjalne i maksymalne pszenicy ozimej w Polsce Grzebisz, 2012

Rośliny uprawne Część II. Fazy krytyczne wzrostu i formowania plonu

Faza krytyczna wzrostu i formowania plonu przez roślinę uprawną 1. Określa fazę rozwojową rośliny, w której stopień szybkość akumulacji biomasy zależy od zaopatrzenia w azot; 2. Niedobór azotu w fazie krytycznej prowadzi do redukcji stopnia wykształcenia elementów struktury plonu; 3. Niedobór azotu i składników warunkujących pobieranie i efektywność tego składnika w fazie krytycznej wywołuje spadek plonu.

Akumulacja biomasy - kukurydza Grzebisz i in., 2008

Dynamika akumulacji suchej masy przez kukurydzę, ACGR Grzebisz et al., 2008

Dynamika akumulacji suchej masy przez kukurydzę - RGR Grzebisz et al.., 2008

Maksymalna szybkość akumulacji biomasy przez pszenżyto ozime Grzebisz, 2012

Przepływ asymilatów w okresie od początku kłoszenia zboża Schurmann, 1983

Azot Część III. Nadrzędny czynnik produkcji roślinnej

Dowody na nadrzędną rolę azotu Fotosynteza Rubisco - RuBP wzrost liści, LAI Redystrybucja węgla pokrój rośliny pokrój łanu; plantacji; Budowa elementów struktury plonu; Plon Jakość technologiczna plonu karboksylaza/oksygenaza1,5-bisfosforybulozy, znana pod nazwą rubisco (ang. ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase; RuBP)

Akumulacja azotu - model dwufazowy Grzebisz, 2012

Pobieranie wody i azotu przez rośliny – składniki mobilne Pobieranie wody i azotu przez rośliny – składniki mobilne

Wzrost gęstości roślin, strefa wyczerpania – konkurencja o wodę i azot Pobieranie wody i azotu przez rośliny

Składniki immobilne – strefa wyczerpania Strefa wyczerpania – składniki immobilne Potas, fosfor, mikroskładniki

Pobieranie składników immobilnych przez rośliny rosnące w łanie Odżywienie rośliny zależy od koncentracji składnika na powierzchni korzenia Koncentracja składników jest stała w glebie

Azot Część IV Czynniki warunkujące efektywność

Czynniki warunkujące efektywność azotu 1. Ilość azotu w środowisku wzrostu; 2. Czynniki warunkujące dynamikę pobierania: 1. Odczyn gleby; 2. Składniki pokarmowe: P, K, Mg, S, Ca,....mikroskładniki; 3. Czynniki agrotechniczne: zmianowanie;uprawa roli; uprawki; 4. Ochrona roślin. 3. Czynniki warunkujące transformację azotu w roślinie: 1. Składniki pokarmowe: P, Mg, K, mikroskładniki.

Warunek (dostateczny) efektywnego działania azotu Tylko w stanie równowagi, wyznaczonym przez punkt (przedział) krytyczny, czynniki produkcyjne drugoplanowe, w tym składniki mineralnego żywienia, np. fosfor i potas, ochrona roślin, nie ograniczają plonotwórczego działania azotu, co w konsekwencji oznacza realizację potencjału uprawianej rośliny na poziomie plonu maksymalnego.

Punkt, przedział krytyczny drugoplanowego czynnika produkcyjnego Plon, % PO – punkt optymalny brak reakcji na czynnik 100 wartości czynnika, <= 1,0 PK Przedział krytyczny Reakcja na nawożenie

Naturalne i agrotechniczne czynniki ograniczające i redukujące plony roślin żyzność Urodzajność Produktywność PM Produktywność

Odczyn Łan pszenicy, wiosna 2009 r Łan pszenicy, jesień 2008 r

Zakwaszenie gleb uprawnych – potencjalne zagrodzenie wymywaniem azotanów

Składniki mineralne a wzrost korzeni

Ochrona łanu pszenicy i dawki azotu Grzebisz, 2008

Stres biotyczny Część V Rola składników pokarmowych

Wyniki badań eksperymentalnych PierwiastekReakcja odpornościowa roślin uprawnych WzrostSpadekBrak Azot Fosfor82422 Potas Wapń66174 Magnez68132 Siarka1130 Żelazo1770 Mangan68132 Cynk23103 Miedź4930 Chlor928 Krzem1500 Inne Huber (1996)

Składnik mineralnyStopień porażenia, % Kontrola N P K NP NK PK NPK 64,9 80,5 63,8 29,3 78,4 29,3 26,1 29,1 Odżywienie pszenicy makroskładnikami a porażenie rośliny przez rdzę źdźbłową (Puccinia graminis) Perrenoud, 1993

D – deficyt O – optimum L – odżywienie luksusowe N - nadmiar Stan odżywienia azotem a porażenie roślin przez rdzę źdźbłową (Puccinia graminis) Pasożyty obligatoryjne Marschner, 1985

D – deficyt O – optimum L – odżywienie luksusowe N - nadmiar Odżywienie rośliny azotem a porażenie przez czarną plamistość bakteryjną (Xanthomonas vesicatoria) Pasożyty fakultatywne Marschner, 1985

Stan odżywienia rośliny azotem i potasem a podatność na atak przez patogeny 1 Marschner (1985); stopień porażenia : +, bardzo mały, ++ - mały, duży, bardzo duży. Patogeny i chorobyPoziom azotuPoziom potasu NiskiWysokiNiskiWysoki Pasożyty obligatoryjne Mączniak prawdziwy, Erysiphe graminis Rdze, Puccinia ssp Pasożyty fakultatywne Alternaria ssp Fusarium oxisporum

Indukcja mechanizmów obronnych rośliny Somssich i Hahlbrock, 1998)

Infekcja 1) Transdukcja sygnału: 1) Otwarcie specyficznych kanałów jonowych: 1) transport K, Cl z cytoplazmy do apoplastu; 2) transport zwrotny kationów H, Ca z apoplastu do cytoplazmy 3) Ca 2+ jako wtórny przekaźnik sygnału; 2) Synteza reaktywnych związków tlenu 1) NADPH oksydaza (zależna od K); 2) peroksydaza (zależna od Fe); 3) Synteza hormonów: 1) kwas jasmonowy (zależny od syntezy kwasu linolowego);uruchomienie mechanizmu odporności systemicznej; 2) kwas salicylowy  uruchomienie mechanizmu odporności lokalnej; powinowactwo do enzymów hemowych, w tym katalazy (Fe); 3) Etylen; prekursor – metionina (S); 4) Synteza związków obronnych 1) związków fenolowych (S, Cu, Fe, B); 2) Fitoaleksyny; kameleksyna - prekursor tryptofan - (Zn, S).

Morfologia i anatomia blaszki liściowej 1) Grubość warstwy kutikuli (fosfor, potas); 2) Obecność warstwy krzemowej (SiO 2 ∙ nH 2 O - opal); 3) Grubość pierwotnej i wtórnej ściany komórkowej (N, K); 4) Zawartość ligniny (S, Cu, K, B, Fe); 5) Zawartość w ścianie komórkowej boru i wapnia;

Nawożenie potasem a porażenie roślin przez patogeny Perrenoud, 1993

Rola składników mineralnych w kontroli chorób pszenicy ChorobaPatogenReakcja odpornościowa rośliny WzrostSpadekBrak Korzenie Zgorzel podstawy źdźbła/take-all Gaeumannomyces graminis v. tritici N-NH 4 Mn, Cu, Cl N-NO 3 Fuzaryjna zgorzel korzeni/root rot Fusarium ssp.Zn, ClK Liści Mączniak prawdziwyErysiphe graminisK, S, MnN, Zn Rdza źdźbłowaPuccinia graminisK, S Rdza brunatnaPuccinia recondita f.sp. tritici K, Mn, ClCuK Septoria paskowanaSeptoria triticiK, ClP Kłosów Rdza żółtaPuccinia striiformisK, Mn, Cl, BCu Sporysz/ErgotClaviceps purpureaCu 1 Datnoff i in.,(2007)

Trend akumulacji składników mineralnych przez rzepak ozimy, 3,75 t/ha Grzebisz, 2011

Dziękuję za uwagę