Rozprawy doktorskie

Permanent URI for this collection

https://bc.iung.pl/handle/123456789/1231

Strona w budowie

Browse

Now showing 1 - 20 of 45

Bakteryjne endofity wybranych roślin uprawnych i chwastów – różnorodność biologiczna i ocena potencjału biotechnologicznego w promowaniu wzrostu i rozwoju roślin
(Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa - Państwowy Instytut Badawczy w Puławach, 2022) Woźniak, Małgorzata Martyna
Wraz z globalną potrzebą zapewnienia bezpieczeństwa żywnościowego, zmianami klimatu i rosnącymi zanieczyszczeniami wynikającymi z masowego stosowania niebezpiecznych agrochemikaliów tj. pestycydów i nawozów, wzrosło zainteresowanie znalezieniem alternatywnych metod nawożenia i zwalczania szkodników upraw. W związku z tym wykorzystanie bakterii endofitycznych w rolnictwie okazuje się być obiecującym narzędziem w rozwoju zrównoważonego rolnictwa. Biologiczny potencjał endofitów bakteryjnych w promowaniu wzrostu roślin i łagodzeniu biotycznych i abiotycznych stresów oferuje ekonomiczny i przyjazny dla środowiska sposób zwiększania wzrostu roślin i wydajności upraw oraz utrzymania zdrowia gleby. Celem rozprawy doktorskiej była identyfikacja i scharakteryzowanie rodzimych szczepów bakterii endofitycznych wyizolowanych z powierzchniowo sterylizowanych korzeni i łodyg lokalnych roślin uprawnych i chwastów, oraz określenie ich potencjału biostymulującego wzrost i rozwój roślin. Łącznie wyselekcjonowano 45 izolatów bakterii endofitycznych, które zidentyfikowano za pomocą analizy porównawczej sekwencji genu 16S rRNA i zróżnicowano wykorzystując metody fingerprintingu: PCR-DGGE, BOX-PCR i ERIC-PCR. Wyizolowane bakterie sklasyfikowano do rodzaju: Rhizobium, Delftia, Agrobacterium, Stenotrophomonas, Brevundimonas, Novosphingobium, Variovorax, Collimonas, Achromobacter i Comamonas. W oparciu o wybrane techniki molekularne, stwierdzono że genotyp rośliny istotnie wpływa na skład i zróżnicowanie bakterii endofitycznych. Po analizie podobieństwa nukleotydów in silico, do dalszych badań wybrano 23 szczepy bakterii. Wykorzystując System Biolog GEN III MicroPlate określono potencjał kataboliczny analizowanych szczepów w stosunku do wybranych substratów. Analiza pozwoliła na wytypowanie najaktywniejszych metabolicznie bakterii - Stenotrophomonas maltophilia, Novosphingobium resinovorum i Delftia acidovorans. Właściwości metaboliczne i fenotypowe endofitów bakteryjnych były ścisłe zależne od rodzaju bakterii i nie były skorelowane z gatunkiem rośliny żywicielskiej. Następnie wykonano szereg biochemicznych analiz mających na celu określenie potencjału biostymulującego wzrost i rozwój roślin. Wszystkie szczepy bakterii endofitycznych syntetyzowały związki podobne do kwasu indolilo 3-octowy (IAA), większość z nich (95%) to aktywne diazotrofy, 74% szczepów wykazało zdolność do produkcji sideroforów, a tylko u 13% szczepów zaobserwowano aktywność solubilizacji fosforanów. Przeprowadzone analizy pozwoliły na wyselekcjonowanie 23 szczepów bakterii endofitycznych posiadających liczne mechanizmy promowania wzrostu i rozwoju roślin. Ważnym aspektem przeprowadzonych badań było zidentyfikowanie stosunkowo wysokiej liczby bakterii, które posiadają szeroki zakres gospodarzy roślinnych (np. Delftia spp.). W związku z powyższym bakterie te mogą stanowić tzw. rdzeń bakterii endofitycznych w danym obszarze (rdzeń rodzimych bakterii) oraz mogą posiadać tzw. kompetencje endofityczne związane z efektywnością nawiązywania interakcji z roślinami. Połączenie analiz genetycznych i testów metabolicznych jest kluczowym elementem w selekcji najwłaściwszych szczepów jako skutecznych składników biopreparatów stymulujących wzrost i rozwój roślin w sposób zrównoważony dla środowiska. Scharakteryzowane w ramach przeprowadzonych badań szczepy bakterii endofitycznych wykazują potencjał do dalszych badań nad praktycznym zastosowaniem jako składników biopreparatów promujących wzrost roślin.
Efektywność plonotwórcza siarki i azotu w produkcji żyta jarego
(Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa - Państwowy Instytut Badawczy w Puławach, 2016) Narolski, Bartosz
W celu rozpoznania wpływu siarki nawozowej na plonowanie i jakość żyta jarego oraz zawartość i akumulację azotu i siarki w roślinie przeprowadzono ścisłe 3-letnie doświadczenie polowe. Przedmiotem doświadczenia było żyto jare (Secale cereale L.) odmiany Bojko nawożone zróżnicowanymi dawkami azotu (czynnik I) i siarki (czynnik II). Eksperyment przeprowadzono w latach 2009-2011 według metody split-plot, w gospodarstwie indywidualnym w Malicach koło Hrubieszowa, na glebie średniej brunatnej dystroficznej typowej (BDt), wytworzonej z gliny piaszczystej średnioziarnistej (gpśr) [PTG 2008], zaliczonej do kompleksu żytniego dobrego. Pod przedplon, którym był ziemniak zastosowano obornik bydlęcy w dawce 30 t·ha-1. Doświadczenie obejmowało 2 czynniki (w czterech powtórzeniach): 1. Nawożenie azotem w dawce: 0, 30, 60, 90 kg·ha-1 2. Nawożenie siarką w dawce: 0, 40 kg·ha-1 W trzech fazach wegetacji żyta jarego pobrano i przeanalizowano próbki materiału roślinnego (1- BBCH 30-31: liście, 2- BBCH 55-59: całe rośliny, 3 - BBCH 89-92: ziarno i słoma). W próbkach tych oznaczono plon suchej masy. W suchej masie ziarna i słomy oznaczono zawartość i akumulację ogólnych form N i S. Przed zbiorem roślin oznaczono komponenty plonu: MTZ, ilość ziaren w kłosie, obsadę roślin na 1 m2, długość kłosa i wysokość roślin. Po zbiorze roślin oznaczono plon z poletka, który następnie przeliczono na t·ha-1. W próbkach ziarna oznaczono zawartość białka ogólnego, skrobi i liczbę opadania. Obliczono charakterystyki nawożenia żyta azotem i siarką: efektywność rolniczą, fizjologiczną, indeks żniwny N i S, wykorzystanie N i S, wskaźnik efektywności końcowej N i S. Na podstawie przeprowadzonych badań wykazano, że żyto jare odmiany Bojko wykazało dodatnią reakcję na nawożenie azotem i siarką wyrażoną wielkością i jakością plonów. Najkorzystniejszy wpływ na plon ziarna żyta jarego oraz jego strukturę, cechy biometryczne i jakość technologiczną oraz chemiczną ziarna miało zastosowanie azotu (czynnik I) w dawce 60 i 90 kg·ha-1 oraz siarki (czynnik II) w ilości 40 kg·ha-1. Natomiast zastosowanie dawki 30 kg N·ha-1, bez względu na dodatek siarki, było niewystarczające dla realizacji potencjału plonotwórczego żyta. Wartość badanych cech plonu i jakości ziarna żyta jarego były silniej determinowane przez nawożenie azotem i jego współdziałaniem z warunkami pogodowymi niż przez nawożenie siarką. Obserwowano wzrost plonu biomasy żyta zebranego w fazie BBCH 30-31 i BBCH55-59, proporcjonalnie do zastosowanej dawki azotu, oraz wzrost wartości omawianych cech. Zastosowane nawożenie sprzyjało generalnie akumulacji azotu i siarki. Akumulacja jednostkowa azotu i siarki zależała istotnie od nawożenia azotem i wynosiła średnio 28,45 kg N·t-1 i 2,45 kg S·t-1. Nawożenie azotem i siarką nie wpływało istotnie na indeks żniwny azotu, natomiast obniżało indeks żniwny siarki. Przeciętnie indeks żniwny azotu wyniósł 75,85% a siarki 46,32%. Spośród badanych kombinacji najwyższą efektywność rolniczą i fizjologiczną wykorzystania azotu wykazano w warunkach zwiększenia nawożenia azotem do 60 kg·ha-1 z równoczesnym dodatkiem 40 kg S·ha-1. Biorąc pod uwagę wszystkie badane kombinacje nawożenia azotem i siarką należy stwierdzić, że najwyższe wykorzystanie azotu i najkorzystniejszy wskaźnik efektywności końcowej obliczono również dla obiektu, w którym zastosowano 60 kg N·ha-1 i 40 kg S·ha-1. Ta kombinacja powinna więc być zalecana do stosowania w praktyce nawożenia żyta jarego azotem i siarką. Wzrost nawożenia żyta azotem do 90 kg·ha-1 także wykazuje słabszy efekt, ponieważ powoduje zmniejszenie wykorzystania azotu, a dodatek siarki nawozowej zmniejsza jej wykorzystanie przez ziarno. Podsumowując należy stwierdzić, że w warunkach ujemnego bilansu siarki w glebach uprawnych konieczne jest stosowanie siarki nawozowej. Ponieważ rolnictwo polskie przechodzi na integrowany system produkcji proponuje się aby wariant 60 kg N·ha-1 w powiązaniu z 40 kg S·ha-1 był zalecany do stosowania w uprawie żyta jarego.
Inteligentne zarządzanie odnawialnymi zasobami energetycznymi na poziomie lokalnym, ze szczególnym uwzględnieniem biomasy pochodzenia rolniczego
(Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa - Państwowy Instytut Badawczy w Puławach, 2024) Gałczyńska, Małgorzata
Jednym z kluczowych zadań, które stoi przed krajami członkowskimi Unii Europejskiej jest rozwój zasobo-oszczędnej i zrównoważonej gospodarki, opartej o wykorzystanie, m.in. innowacyjnych i niskoemisyjnych technologii produkcji energii. Takie podejście wymaga rozwoju rolnictwa w sposób zrównoważony, zapewniający bezpieczeństwo żywnościowe i zrównoważone wykorzystanie odnawialnych zasobów biologicznych, w tym biomasy pochodzenia rolniczego do produkcji zielonej energii. Zgodnie z założeniami dokumentów strategicznych UE zielona energia będzie zastępowała paliwa kopalne, a jej produkcja powinna odbywać się w oparciu o istniejący lokalnie potencjał odnawialnych źródeł energii, w tym biomasy pochodzenia rolniczego, bioodpadów, energii słonecznej, wiatrowej, wodnej i geotermalnej. Dobór odpowiednich źródeł energii powinien być dokonany na podstawie analiz istniejącego potencjału z zaangażowaniem lokalnych władz. Zaproponowane w pracy metody dotyczące przeprowadzenia analizy aktualnych możliwości inteligentnego zarządzania energetycznymi zasobami naturalnymi na poziomie podstawowych jednostek administracyjnych, jakimi są w Polsce gminy i powiaty są uniwersalne i możliwe do zastosowania w innych jednostkach administracyjnych w Polsce. Opracowany w ramach pracy model z funkcjonalnością systemu wspomagania decyzji umożliwia identyfikację najbardziej racjonalnych inwestycji OZE ze względu na: • istniejącą infrastrukturę i zapotrzebowanie na energie, • dostępne zasoby biomasy rolniczej, • możliwość lokalizacji infrastruktury OZE opartej na słońcu, wietrze i wodzie, • dokumenty strategiczne. Model energetyczny powiatu jest oparty na rzeczywistych danych obrazujących potencjał infrastruktury energetycznej oraz gospodarki odpadami komunalnymi stanowiącej podstawy do produkcji biogazu i paliw alternatywnych, pozwalającej na bilansowanie energii, planowanie i prognozowanie zapotrzebowania na energie w gminie/powiecie. Z wykorzystaniem modelu została przeprowadzona analiza dla powiatu tomaszowskiego, która wykazała, że na poziomie lokalnym istnieją nadal duże zasoby energii odnawialnej, które mogą w znaczący sposób przyczynić się do osiągnięcia samowystarczalności energetycznej regionów, co jest potwierdzeniem hipotezy badawczej niniejszej rozprawy doktorskiej.
Ocena efektów produkcyjnych i środowiskowych nawożenia pofermentem roślin przeznaczonych do produkcji biogazu
(Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa - Państwowy Instytut Badawczy w Puławach, 2021) Witorożec, Agata
W dobie ocieplenia klimatu, którego powodem jest m.in. zanieczyszczenie środowiska, poszukuje się alternatywnych źródeł energii, opartych na lokalnie dostępnych surowcach, które będą mogły wpisać się w gospodarkę obiegu zamkniętego. Takim rozwiązaniem może być produkcja biogazu w procesie fermentacji beztlenowej, do której substratami będą rośliny uprawne o wysokiej efektywności energetycznej łatwe w uprawie, a jednocześnie dostosowane do zmieniających się warunków klimatycznych. Istotny jest też plon tych roślin oraz ich wysoka jakość, co można osiągnąć poprzez zoptymalizowanie nawożenia, niestwarzającego zagrożenia dla środowiska naturalnego. W 2016 roku zostało założone trzyletnie, dwuczynnikowe doświadczenie polowe, gdzie czynnikiem I rzędu był wariant nawożenia, a II rzędu gatunek rośliny (pszenżyto, kukurydza, sorgo). Nawożenie wykonano w dwóch terminach: przedsiewnie oraz pogłównie. Pierwszy wariant obejmował nawożenie azotowe wyłącznie mineralne, w drugim wariancie przedsiewnie zastosowano poferment, a pogłównie nawożenie mineralne, natomiast w trzecim wariancie w obu terminach nawożono pofermentem. Analizowano efekty produkcyjne i środowiskowe nawożenia pofermentem badanych roślin. Oceniono również jakość biomasy pod względem składu chemicznego, jako surowca przeznaczonego do produkcji biogazu. Zbadano wybrane parametry fizjologiczne tj.: stan odżywienia roślin, pokrycie powierzchni gruntu przez łan tychże roślin i związaną z powyższymi intensywność promieniowania fotosyntetycznie czynnego (PAR). Dodatkowym parametrem była analiza wydajności fermentacji metanowej oraz produktywności energii z jednostki powierzchni. Kolejny aspekt badań dotyczył oddziaływania danych wariantów nawożenia na: właściwości chemiczne gleby, wymywanie azotu w głąb profilu glebowego, opór penetracji i wilgotność gleby, liczbę i masę dżdżownic. Wykorzystanie pofermentu z biogazowni rolniczej do nawożenia pszenżyta, kukurydzy oraz sorga, zwiększa możliwość ochrony środowiska w aspekcie gospodarki nawozowej w obiegu zamkniętym. Stosownie pofermentu z biogazowni rolniczej pozytywnie wpływa na efekty produkcyjne uprawy wybranych roślin, wykorzystywanych jako substrat do biogazowni. Niezależnie od zastosowanego wariantu nawożenia, badane rośliny były tak samo dobrze odżywione azotem. Analogicznie było w przypadku PAR, który wpływa na fotosyntezę roślin, a co się z tym wiąże, także i plony roślin. Nawożenie pofermentem umożliwia rezygnację z nawożenia azotem mineralnym, nie wpływając negatywnie na parametry fizjologiczne roślin jak i ich plony. Analizując różne warianty nawożenia, nie zaobserwowano istotnych różnic w wydajności procesu fermentacji metanowej, natomiast spośród badanych gatunków roślin, najwyższą produktywność metanu i energii z jednostki powierzchni uzyskano z kiszonki z kukurydzy, a najniższą dla pszenżyta.
Ocena kumulacji mykotoksyn i składników bioaktywnych w ziarnie odmian pszenicy ozimej jako reakcji na stres wywołany zakażeniem grzybami rodzaju Fusarium
(Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa - Państwowy Instytut Badawczy w Puławach, 2024) Aleksandrowicz, Edyta
Choroby grzybowe w tym powodowane przez grzyby z rodzaju Fusarium są czynnikiem istotnie wpływającym na poziom jak i jakość plonu ziarna zbóż. Obecność mykotoksyn produkowanych przez grzyby fuzaryjne, często wywołuje w roślinie reakcje obronne w postaci wytwarzania związków fenolowych. Obecność tych toksyn powoduje zmiany w składzie ziarna. Celem badań jest określenie wpływu odmiany na ilość związków bioaktywnych, mykotoksyn fuzaryjnych, poziom plonowania oraz wartość wypiekową pszenicy jako reakcji na stres wywołany zakażeniem grzybami z rodzaju Fusarium. Badania dotyczące określenia zawartości mykotoksyn fuzaryjnych i składników bioaktywnych w ziarnie pszenicy ozimej jako reakcji na stres wywołany zakażeniem grzybami Fusarium culmorum i Fusarium graminearum przeprowodzono na poletkach doświadczalnych należących do IUNG-PIB w Puławach w latach 2016-2017. Natomiast doświadczenie polowe dotyczące wpływu Fusarium culmorum na poziom plonowania i wartość technologiczną odmian pszenicy prowadzono w latach 2018-2020 w RZD w Osinach. W badaniach został określony poziom porażenia kłosów pszenicy przez Fusarium culmorum i Fusarium graminearum oraz plon ziarna i masę tysiąca ziaren . Dodatkowo przy użyciu aparatu DUALEX +TM oznaczono zawartość chlorofilu i indeksy zawartości flawonoli i antocyjanów w liściach po inokulacji grzybem. Określono zawartość kwasów fenolowych w liściach pszenicy. W celu opisania wartości technologicznej ziarna oznaczono zawartość białka, ilość glutenu, i wskaźnik sedymentacji Zeleny’ego. Została wykonana ocena cech reologicznych ciasta z uwzględnieniem oceny właściwości kompleksu białkowo-skrobiowego przy użyciu aparatu mixolab. Wyniki badań potwierdziły, że zakażenie ziarna grzybami z rodzaju Fusarium istotnie wpływa na obniżenie plonu i masy tysiąca ziaren pszenicy. Inokulacja zarodnikami grzybów wywołała w roślinach stres w postaci wzrostu indeksu flawonoli i obniżki indeksu antocyjanów. Stwierdzono różnice w ilości produkcji mykotoksyn przez zastosowane gatunki Fusarium jak również zróżnicowanie odmianowe w kumulacji mykotoksyn. Inokulacji Fusarium culmorum wpłynęła na cechy wartości technologicznej ziarna, właściwości skrobi i kompleksu białkowego, co spowodowało zmiany cech reologicznych mąki i właściwości ciasta. Stwierdzona interakcja inokulacji z odmianą w kształtowaniu wyróżników jakościowych, cech reologicznych mąki wskazuje, że w grupie odmian pszenicy znajdują się genotypy mniej podatne i nie wykazujące zmian w wyniku infekcji grzybem z rodzaju Fusarium.
Ocena możliwości wykorzystania mikroorganizmów do poprawy efektywności wybranych fitotechnologii w remediacji gleb i odpadów zanieczyszczonych metalami
(Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa - Państwowy Instytut Badawczy w Puławach, 2022) Siebielec, Sylwia
Składowiska odpadów pohutniczych oraz gleby skażone takimi pierwiastkami, jak cynk, ołów, kadm i arsen stanowią ważny środowiskowy problem na obszarach o dużym zagęszczeniu przemysłu hutniczego. Jedną z możliwości ograniczania negatywnego wpływu takich obszarów na środowisko i człowieka są działania remediacyjne z wykorzystaniem fitoremediacji. Polegają one na tworzeniu trwałej pokrywy roślinnej, ograniczającej dyspersję metali, co może być oparte na udziale zarówno roślin remediacyjnych, jak i roślinności spontanicznej. Rola mikroorganizmów w zasiedlaniu składowisk odpadów pohutniczych przez rośliny może być również znacząca, co nie zostało jednak w pełni rozpoznane. Bioróżnorodność mikroorganizmów rodzimych jest ponadto niezwykle istotna dla możliwości wyjaśnienia roli bakterii i grzybów w zasiedlaniu tego typu gleb i składowisk oraz jest źródłem szczepów mikroorganizmów przystosowanych do warunków stresowych i potencjalnie wspomagających rośliny. Celem głównym badań było rozpoznanie roli mikroorganizmów w fitoremediacji gleb i składowisk odpadów pohutniczych zanieczyszczonych metalami (ołów, kadm, cynk, arsen) oraz możliwości ich wykorzystania do zwiększenia efektywności zabiegów fitoremediacyjnych. Do osiągniecia celu głównego niezbędna była realizacja celów szczegółowych: (1) ocena wieloletniego wpływu fitostabilizacji składowiska odpadów z huty cynku i ołowiu w Piekarach Śląskich na aktywność enzymatyczną i metaboliczną bakterii; (2) identyfikacja i pozyskanie mikroorganizmów potencjalnie przydatnych w fitoremediacji; (3) ocena interakcji pomiędzy różnorodnością i aktywnością mikroorganizmów a rozwojem roślinności spontanicznie zasiedlającej niezrekultywowane składowiska odpadów pohutniczych; (4) ocena możliwości dodatkowego wspomagania fitoremediacji składowisk odpadów pohutniczych przez zastosowanie odpornych na skażenie pierwiastkami chemicznymi bakterii, wyizolowanych z różnych zanieczyszczonych obiektów. Zakres pracy został podzielony na trzy zadania badawcze. Każde zadanie odpowiadało poszczególnym celom szczegółowym oraz hipotezom badawczym postawionym w niniejszej dysertacji. Pierwsze zadanie badawcze obejmowało badania próbek glebowych pochodzących ze składowiska żużli w Piekarach Śląskich, zrekultywowanego w 1996r. przy wykorzystaniu osadów ściekowych i odpadowego wapna oraz wyselekcjonowanych odmian traw. Dotychczasowy monitoring badanego obiektu wskazywał na to, iż zastosowane metody rekultywacji zapewniają trwałe zagospodarowanie składowiska oraz ograniczenie ryzyka związanego z wtórną emisją zanieczyszczeń. Nie były jednak dostępne dane dotyczące aktywności biologicznej podłoża oraz występowania grup bakterii o funkcjach kluczowych dla odporności ekosystemu zrekultywowanego składowiska, takich jak bakterie wiążące azot lub biorące udział w przemianach fosforu. Badania udowodniły, iż zastosowana metoda rekultywacji zapewnia trwałość funkcjonowania ekosystemu utworzonego na hałdzie odpadów, charakteryzującego się dużą różnorodnością mikroorganizmów, co dodatkowo wpływa na odporność pokrywy roślinnej na czynniki chemiczne i pogodowe. Aktywność i liczebność różnych grup mikroorganizmów były najwyższe na poletkach, na których zastosowano kombinacje osadu i wapna. Z uwagi na fakt, że zrekultywowane hałdy nie są regularnie nawożone, kluczowe dla utrzymania wegetacji ograniczającej rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń są procesy mikrobiologicznego udostępniania azotu. Bakterie z rodzaju Azotobacter występowały wyłącznie na poletkach, na których zastosowano osad ściekowy w połączeniu z wapnem. Ponadto łączne zastosowanie osadu ściekowego i wapna zapewniało największą liczebność bakterii amonifikacyjnych. Wykazano również bardzo wyraźny przyrost różnorodności metabolicznej i genetycznej mikrobiomu gleb po zastosowaniu kombinacji osadów i wapna. Z poletek wyizolowano oraz zidentyfikowano bakterie biorące udział w przemianach i wiązaniu azotu oraz solubilizacji fosforu, które potencjalnie posiadają również inne mechanizmy wspomagania rozwoju roślin. Na podstawie uzyskanych danych można wnioskować, że stymulacja różnorodności i aktywności mikrobiologicznej na rekultywowanych gruntach jest konieczna dla osiągnięcia efektywności zabiegów. W drugim zadaniu badawczym przyjęto założenie, że naturalne procesy zarastania składowisk przez rośliny mają duże znaczenie dla możliwości wyjaśnienia roli mikroorganizmów w zasiedlaniu hałd pohutniczych oraz ich interakcji z roślinami w procesach fitoremediacyjnych. W związku z tym, z dwu niezrekultywowanych składowisk odpadów pohutniczych, znajdujących się w rejonie Piekar Śląskich, pobrano materiał roślinny oraz glebę ryzosferową spod roślin reprezentujących gatunki dominujące w naturalnych procesach zasiedlania. W próbkach glebowych oznaczone zostały właściwości chemiczne oraz ogólna liczebność bakterii i grzybów oraz liczebność poszczególnych grup bakterii. Do identyfikacji molekularnej bakterii wykorzystano analizę sekwencjonowania następnej generacji (NGS), a różnorodność metaboliczną określono za pomocą metody Biolog®EcoPlates. Dodatkowo przeprowadzono biotest polegający na ocenie poziomu biosorpcji pierwiastków przez mikroorganizmy w strefie korzeniowej roślin. Zadanie wykazało, że udział bakterii dotychczas niesklasyfikowanych w glebie spod roślin był wysoki, szczególnie w odpadzie żużlowym na obszarze kontrolnym bez roślin. Świadczy to o specyficznej strukturze populacji bakterii na składowisku żużli. Procesy zasiedlania składowisk przez rośliny przekształcają mikrobiom gleby w bardziej zbliżony do charakterystycznego dla gleb. Można też zakładać, że interakcja roślin i mikroorganizmów stymuluje procesy wspomagania rozwoju roślin, podobne do zachodzących w glebach. Actinobacteriota były najliczniejszym typem bakterii, stanowiącym nie mniej niż 25% całkowitej liczebności a spośród rodzajów bakterii najliczniej występowały Blastococcus, Nocardioides i Pseudonocardia. Badania wykazały, że interakcje między roślinami a mikroorganizmami prowadzą do akceleracji aktywności mikroorganizmów i zmian w potencjale wykorzystania różnych substratów węgla. Interakcje te prowadzą również do uruchamiania składników pokarmowych, w tym fosforu, potasu i azotu. Można przypuszczać, że te zjawiska umożliwiają przetrwanie roślinności w tym skażonym chemicznie i ubogim w składniki środowisku. Badania wykazały również istotny statystycznie wkład mikroorganizmów w biologiczne uwstecznianie pierwiastków śladowych. Trzecie zadanie badawcze obejmowało ocenę efektywności wybranych szczepów bakterii w optymalizacji zabiegów fitostabilizacji odpadów pohutniczych. Zastosowane szczepy bakterii uprzednio wyizolowano ze zrekultywowanego składowiska w Piekarach Śląskich oraz zanieczyszczonych gleb w Hiszpanii. W doświadczeniu wazonowym przetestowano wpływ szczepów bakteryjnych na rozwój traw i rozpuszczalność pierwiastków w odpadzie żużlowym, do którego wprowadzono również powszechnie stosowane w fitostabilizacji dodatki doglebowe (kompost, fosforan wapnia, tlenek żelaza). Wszystkie testowane szczepy poprawiały jako samodzielny zabieg rozwój i plon życicy wielokwiatowej. Były również efektywne w dodatkowym wspomaganiu rozwoju roślin na żużlu z dodatkiem kompostu oraz fosforanu wapnia. Badania wykazały, że istnieje możliwość dalszej poprawy skuteczności fitostabilizacji składowisk poprzez zastosowanie wybranych szczepów bakterii. Lepszy rozwój biomasy roślin na składowisku po ich zastosowaniu oznacza w praktyce większą trwałość i efektywność remediacji oraz ograniczenie dyspersji potencjalnie toksycznych pierwiastków ze składowiska. Podsumowując, wyniki badań skłoniły do opracowania następujących wniosków końcowych: (1) Zastosowanie osadów ściekowych i wapna odpadowego w zabiegach remediacyjnych składowisk odpadów pohutniczych trwale odbudowuje aktywność biologiczną podłoża i funkcje gleby związane z aktywnością mikroorganizmów, zapewniając odporny na warunki środowiskowe ekosystem. (2) Interakcje pomiędzy mikrobiomem gleby a roślinami zasiedlającymi składowiska odpadów pohutniczych są kluczowe dla przywrócenia aktywności i różnorodności biologicznej oraz zapewnienia warunków dla wzrostu i rozwoju roślin na składowiskach, zarówno w podejściu fitostabilizacyjnym, jak i w naturalnych procesach zasiedlania składowisk przez rośliny. (3) Zastosowanie wyselekcjonowanych i odpornych na zanieczyszczenia szczepów bakterii może zwiększać efektywność zabiegów fitostabilizacji wspomaganej, poprzez wspomaganie rozwoju roślin oraz wpływ na biodostępność składników nawozowych i pierwiastków śladowych. Zastosowane zabiegi inokulacji odpadów pohutniczych pozytywnie wpływają na plon roślin w warunkach kontrolowanych, sygnalizując ich znaczny potencjał w optymalizacji procesów fitostabilizacyjnych.
Ocena produkcyjno-ekonomiczna różnych systemów uprawy roli pod pszenicą ozimą
(Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa - Państwowy Instytut Badawczy w Puławach, 2016) Dobosz, Marcin
Badania przeprowadzono w latach 2008-2010 na bazie dwóch statycznych doświadczeń łanowych, założonych metodą długich pasów, zlokalizowanych w dwóch miejscowościach: RZD IUNG Kępa - Puławy (powiat puławski, gmina Puławy), gdzie doświadczenie założono jesienią 2006 roku na ciężkiej madzie brunatnej o składzie granulometrycznym pyłu ilastego oraz w Rogowie (powiat zamojski, gmina Grabowiec) założone w 2002 roku na glebie brunatnej właściwej o składzie granulometrycznym pyłu ilastego. Gleby w obu miejscowościach zaliczano do II klasy bonitacyjnej i kompleksu pszennego dobrego. Ich zasobność w fosfor, potas i magnez była wysoka, odczyn zbliżony do obojętnego, a zawartość próchnicy wynosiła około 2,2% na Kępie w Puławach, zaś w Rogowie 1,8%. W obu doświadczeniach stosowano trójpolowe zmianowanie, na Kępie: rzepak ozimy - pszenica ozima -pszenica ozima, a w Rogowie: groch -pszenica ozima -pszenica ozima. Badania dotyczyły oceny wpływu wieloletniego stosowania uproszczeń w uprawie roli na plonowanie pszenicy ozimej, jakość ziarna, zachwaszczenie łanu i nasilenie występowania chorób podstawy źdźbła, wybrane właściwości gleby oraz efektywność ekonomiczną. Plon ziarna pszenicy, niezależnie od sposobu uprawy roli i przedplonu, wynosił na Kępie 7,9 t/ha, zaś w Rogowie 7,4 t/ha. Pszenica ozima, niezależnie od przedplonu, najwyżej plonowała na uprawie bezorkowej, zarówno na Kępie w Puławach, jak i w Rogowie. W obu doświadczeniach nie stwierdzono jednoznacznego wpływu porównywanych systemów uprawy roli na cechy jakościowe ziarna pszenicy ozimej. Zawartość białka ogólnego w ziarnie oraz glutenu mokrego były najwyższe na uprawie tradycyjnej, a istotnie niższe na obiektach z siewem bezpośrednim. Udowodniono, że nasilenie chorób podstawy źdźbła oraz systemu korzeniowego pszenicy ozimej w fazie dojrzałości mleczno-woskowej zależało od badanych czynników oraz warunków siedliskowych. Na obiektach z siewem bezpośrednim nasilenie chorób podstawy źdźbła pszenicy ozimej było w obu miejscowościach, niezależnie od przedplonu, istotnie mniejsze niż na dwóch pozostałych sposobach uprawy . Prawidłowość ta wyraźnie zaznaczyła się po obu przedplonach i we wszystkich latach badań. Nasilenie tej grupy chorób wyraźnie zależało od przebiegu pogody w latach. Na Kępie, w okresie stosowania zróżnicowanej uprawy roli, nie stwierdzono wyraźnego jej wpływu na żyzność gleby. W Rogowie natomiast zawartość materii organicznej i przyswajalnych składników pokarmowych, średnio za 3 lata badań, dla warstwy gleby 0-30 cm na obiektach z uprawą bezorkową i siewem bezpośrednim była istotnie większa, niż na uprawie tradycyjnej. W pracy przedstawiono również uproszczoną analizę ekonomiczną, wyliczając nadwyżkę bezpośrednią, która w obu miejscowościach zależała od przedplonu. W przypadku wysiewu pszenicy po dobrych przedplonach nadwyżka bezpośrednia na obiekcie z siewem bezpośrednim była nawet większa niż uprawie płużnej. Natomiast zastosowanie bezorkowej uprawy roli umożliwiło ograniczenie nakładów robocizny oraz paliwa o około 15 - 20%, w porównaniu do uprawy tradycyjnej - płużnej. W przypadku siewu bezpośredniego różnica ta wyniosła około 40%.
Ocena regionalnego zróżnicowania procesu wdrażania Programu Rolnośrodowiskowego w Polsce w latach 2008-2014
(Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa - Państwowy Instytut Badawczy w Puławach, 2023) Pomianek, Bogdan
Na przestrzeni ostatnich 70 lat nastąpił przyrost intensywności produkcji rolnej i jej specjalizacja, co doprowadziło do eutrofizacji wód, erozji gleby, utraty glebowej materii organicznej, spadku bioróżnorodności i emisji gazów cieplarnianych. Głównym zadaniem Programu rolno-środowiskowego (PRŚ), finansowanego ze środków Wspólnej Polityki Rolnej (WPR), jest ograniczenie negatywnego wpływu rolnictwa na środowisko oraz maksymalizacja jego pozytywnego oddziaływania na zasoby naturalne, klimat czy różnorodność biologiczną. Ważnym zagadnieniem, które powinno podlegać ocenie, jest wpływ PRŚ na zamiany struktury organizacyjnej i intensywności gospodarstw rolnych. Nie mniej ważna jest także ocena, czy w polskich warunkach PRŚ był związany z czynnikami przyrodniczo-strukturalnymi oraz innymi instrumentami WPR. Wiedza w tym zakresie pozwala na optymalne, dostosowane do warunków lokalnych interwencje polityki rolnej. W pracy przedstawiono wyniki badań nad gospodarstwami realizującymi zobowiązania PRŚ w latach 2008-2014, których było 130,6 tys. Do opisu struktur i rozkładów empirycznych analizowanych danych wykorzystano miary opisowe w tym: miary położenia (średnia arytmetyczna), miary zmienności (odchylenie standardowe, współczynnik zmienności, wartość minimalna i maksymalna), miary koncentracji (krzywa i współczynnik koncentracji Lorenza). Ponadto wykonano analizę skupień metodą k-średnich, analizę korelacji oraz metodę kolejnych ilorazów. Obliczono również współczynnik redystrybucji upraw, wskaźnik pokrycia gleby roślinnością, intensywność organizacji produkcji rolniczej oraz indeks różnorodności Shannona-Wienera i indeks równocenności Pielou. Użytki rolne, na których były realizowane wymogi Pakietu 1 Rolnictwo zrównoważone, występowały głównie w województwach o wysokiej kulturze rolnej. Największa powierzchnia użytków rolnych objętych Pakietem 2 występowała w województwie zachodniopomorskim oraz warmińsko-mazurskim. Natomiast Pakiet 8 Ochrona gleb i wód był wdrażany na największej powierzchni w województwach: wielkopolskim, lubelskim, pomorskim i kujawsko-pomorskim. Realizacja PRŚ pozwoliła na wdrażanie odpowiednich pakietów na obszarach, gdzie występowały ryzyka przyrodniczo-strukturalne związanie z intensywnością nawożenia, jakością rolniczej przestrzeni produkcyjnej, erozją gleby, zawartością próchnicy w glebie czy, występowaniem form ochrony przyrody. Wykazano istnienie współzależności pomiędzy udziałem UR objętych PRŚ w powiecie, a wskaźnikami przyrodniczymi, produkcyjno-organizacyjnymi oraz ekonomicznymi.
Ocena ryzyka strat fosforu z użytków rolnych w Polsce
(Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa - Państwowy Instytut Badawczy w Puławach, 2024) Jurga, Beata
Fosfor, będący pierwiastkiem biogennym, jest niezbędny do prawidłowego wzrostu i plonowania roślin. Gleba stanowi rezerwuar fosforu, pochodzącego zarówno z naturalnych procesów geologicznych, jak i z działalności człowieka, np. stosowania nawozów organicznych i mineralnych. Większość światowych zasobów fosforytów, głównego surowca do produkcji nawozów fosforowych, jest skoncentrowana w zaledwie kilku krajach, co budzi obawy o globalne bezpieczeństwo żywnościowe. Nadmierne nawożenie może jednak prowadzić do przekroczenia zdolności sorpcyjnej gleby, skutkując stratami fosforu. Straty te są wynikiem zarówno działalności człowieka, jak i naturalnych procesów, takich jak spływ powierzchniowy, wymywanie czy erozja. Efektywne zarządzanie fosforem w rolnictwie ma więc kluczowe znaczenie nie tylko dla gospodarki, ale także dla ochrony środowiska, zwłaszcza w kontekście zanieczyszczenia basenu Morza Bałtyckiego. Celem rozprawy była ocena wysycenia gleby fosforem oraz analiza ryzyka erozyjnych strat fosforu z użytków rolnych do wód. Analizowano miary położenia i rozproszenia badanych wskaźników fosforu. Przedstawiono zależności między zawartością fosforu przyswajalnego a stopniem wysycenia gleby fosforem, wyznaczonym metodami Mehlich 3 i ze szczawianem amonu. Ponadto, analizowano zależności między glebowymi wskaźnikami fosforowymi a zawartością fosforanów w płytkich wodach glebowo-gruntowych, określając bezpieczne dla wód poziomy fosforu w glebie. Przeciętna zawartość fosforu w glebie, oznaczona metodą Mehlich 3, wyniosła 121 mg/kg, a metodą ze szczawianem amonu 393,9 mg/kg. Wysycenie gleb fosforem, określone metodą Mehlich 3, wyniosło przeciętnie 14,1%, natomiast metodą ze szczawianem amonu 0,021. Bezpieczny stopień wysycenia gleby fosforem oznaczony metodą Mehlich 3 w Polsce wyniósł 21,18%, a bezpieczny poziom fosforu w glebie 150,34 mg/kg. Niskie współczynniki korelacji między wskaźnikami glebowymi a zawartością fosforu w wodach dowiodły, że wysycenie gleb fosforem nie jest wiarygodnym wskaźnikiem ryzyka strat fosforu. Uzyskane wyniki badań własnych sugerują, że na wielkość emisji fosforu z użytków rolnych do wód wpływ ma nie tylko sam stan fosforowy gleby, ale również czynniki regulujące transport fosforu i należy je również uwzględniać w procesie szacowania ryzyka strat, co też w kolejnych analizach uczyniono. W dalszych rozdziałach pracy zaprezentowano wyniki zasobności gleb w fosfor, ocenę erozji wodnej przy użyciu równania RUSLE, a także ocenę erozyjnych strat fosforu. Sumaryczne straty fosforu z użytków rolnych w Polsce wyniosły 3 418 t/rok, co odpowiada 0,20 kg/ha/rok. Największe straty odnotowano w województwach lubelskim (450 t/rok) i małopolskim (430 t/rok). Największe jednostkowe rozpraszanie fosforu na drodze erozji wodnej zaobserwowano w województwach małopolskim (0,51 kg/ha/rok), świętokrzyskim (0,39 kg/ha/rok) i podkarpackim (0,37 kg/ha/rok). Przeprowadzone badania potwierdzają, że straty fosforu z użytków rolnych w Polsce są determinowane przez erozję wodną powierzchniową. Zaprezentowany model oceny ryzyka strat fosforu może pomóc identyfikować obszary szczególnie narażone na straty fosforu.
Ocena skuteczności praktyk adaptacji rolnictwa do zmian klimatu w różnych scenariuszach scaleń gruntów w aspekcie bilansu hydrologicznego
(Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa - Państwowy Instytut Badawczy w Puławach, 2024) Badora, Damian
Gospodarka wodna, szczególnie w rolnictwie jest obecnie ważnym zagadnieniem w związku ze wzrostem występowania niekorzystnych zjawisk pogodowych a także zmiany klimatu w horyzoncie 2050. Może to mieć poważny wpływ na jakość i wielkość upraw rolnych. Coraz ważniejsze staje się zapewnienie efektywnego i zrównoważonego wykorzystania wody w rolnictwie. Skuteczne strategie gospodarowania wodą w rolnictwie, mogą pomóc w ograniczeniu marnotrawstwa wody, zwiększeniu plonów i zwiększeniu odporności rolnictwa na niedobory wody. Rozprawa doktorska poprzez narzędzia modelowania SWAT miała na celu ocenę skuteczności proponowanych scenariuszy i wariantów adaptacyjnych, utworzonych na podstawie scenariuszy BaU (Business as Usual) dla zlewni rzeki Bystrej. Scenariusze BaU (S-0 lub V l ) składały się z kombinacji trzech regionalnych modeli klimatycznych (RACM022E, HIRHAM5, RCA4) pochodzących od globalnego modelu klimatycznego (EC-EARTH) oraz dwóch scenariuszy emisyjnych (RCP 4.5, RCP 8.5). Scenariusz adaptacyjny AS-1 zakładał zwiększenie zalesień na słabych glebach. AS-2 zakładał utworzenie zalesionego bufora dla rzeki Bystrej i jej dopływów. AS-3 zakładał stosowanie pasów filtracyjnych. AS-4 zakładał ograniczenie orki na gruntach ornych. AS-5 zakłada zwiększenie zawartości węgla organicznego w glebie do 2%. Warianty adaptacyjne składały się z: V2 - zwiększenie liczby stawów V3 - zaprojektowanie dużych zbiorników retencyjnych. V2 i V3 składały się natomiast z pięciu scenariuszy adaptacyjnych, każdy. V2.1 i V3.l zakładał jedynie zwiększenie liczby stawów lub zaprojektowanie zbiorników retencyjnych dla nienawadnianych upraw na gruntach ornych, tj. WWHT (zboża ozime), BARL (zboża jare), CANP (rzepak) i CRDY (pozostałe uprawy). V2.2 i V3.2 zakłada uprawę warzyw bez nawadniania (zamiast zbóż). V2.3 i V3.3 zakłada uprawę warzyw z nawadnianiem (zamiast zbóż). V2.4 i V3.4 zakłada częściową uprawę warzyw i zbóż. V2.5 i V3.5 zakłada częściową uprawę sadów i zbóż. Skuteczność praktyk adaptacyjnych była oceniana pod kątem zmniejszenia negatywnego wpływu deficytów opadu w zlewni. Przeanalizowano również próbę zwiększenia zasobów wodnych w krajobrazie poprzez tanie racjonalne gospodarowanie wodą na obszarach wiejskich wynikające z tworzenia zbiorników małej retencji w procesie scaleniowym. Ponadto przeanalizowano , czy zatrzymanie wód opadowych w krajobrazie poprzez małą retencję, wprowadzoną w ramach kompleksowych scaleń gruntów zmniejszy zagrożenie erozją wodną powierzchniową obszaru zlewni oraz ograniczy dopływ zanieczyszczeń obszarowych do cieku i zbiorników w zlewni. Zwiększenie zalesienia (AS-1), pasy filtracyjne (AS-3), zwiększenie węgla organicznego (AS-5) poprzez zmniejszenie strat gleby będą w stanie zniwelować zagrożenie erozją wodną powierzchniową obszaru zlewni oraz ograniczą dopływ zanieczyszczeń obszarowych do cieku i zbiorników w zlewni w latach 2041-2050 (porównując AS-1, AS-3, AS-5 do BaU (S-0)). Dla AS-2 zmiany składowych bilansu wodnego były minimalne. Zastosowanie uprawy bezorkowej (AS-4) zwiększyła średnią roczną zawartość wody w glebie o 0.2% (RCP 4.5) i 0.1% (RCP 8.5) w porównaniu do BaU (S-0) w latach 2041-2050. Suma roczna strat gleby zmniejszyła się o 27% (RCP 4.5) i 28% (RCP 8.5). Suma roczna odpływu całkowitego zwiększyła się o 3% (RCP 4.5) i 2% (RCP 8.5). Natomiast suma roczna ewapotranspiracji aktualnej zmniejszyła się o 1% dla RCP 4.5 i dla RCP 8.5. Uprawa bezorkowa przyczyniła się również do zmniejszenia erozji gleby. Zwiększenie odpływu było spowodowane głównie ograniczeniem parowania z gołej gleby przykrytej mulczem z resztek pożniwnych. Zwiększenie liczby małych stawów w wariancie V2.1 w zlewni Bystrej miało niewielki wpływ na zawartość wody w glebie i ewapotranspirację aktualną. Natomiast suma roczna odpływu całkowitego zmniejszyła się o 1% dla RCP 4.5 i RCP 8.5 w porównaniu do BaU (V l) w latach 2041-2050. Suma roczna strat gleby zmniejszyła się o 18% dla RCP 4.5 i RCP 8.5. Na drodze dedukcji, uwzględniając niedoskonałości modelu SWAT można wywnioskować, że poprzez zastosowanie stawów ogólna ilość wody dostępnej bezpośrednio dla rolnictwa w bilansie wodnym zlewni Bystrej zwiększy się w horyzoncie 2050. Opracowanie dowodzi zasadności budowy stawów w małych zlewniach w celu zwiększenia zasobów wodnych w krajobrazie, a także przeciwdziałania niekorzystnym skutkom zmian klimatu, tj. odpływowi osadów i erozji wód powierzchniowych. Wprowadzenie dużych zbiorników retencyjnych w wariancie V3.1 miało niewielki wpływ na składowe bilansu wodnego zlewni. W przyszłości należałoby przeanalizować różne uprawy w modelu SWAT pod kątem zwiększenia retencji i zmniejszenia zjawiska erozji (porównanie V2.2, V3.2 z V2.l , V3.l ) dla 2041-2050 ze względu na ich wpływ na składowe bilansu wodnego, ukazany w badaniu. Przy zastosowaniu nawodnień zarówno w wariancie drugim (V2.3) jak i trzecim (V3.3) średnia roczna zawartość wody w glebie wzrasta o 0.5% (RCP 4.5), i 1% (RCP 8.5), podobnie jak pozostałe analizowane składowe bilansu wodnego w porównaniu do V2.2 i V3.2 w horyzoncie 2050. Model SWAT nie obejmuje nawadniania precyzyjnego , tylko tradycyjne praktyki , które nie są optymalne. Istnieje potrzeba dopracowania lub stworzenia bardziej czułego i intuicyjnego algorytmu automatycznego nawadniania w programie SWAT, aby lepiej dopasować parametry nawadniania do rzeczywistych potrzeb rosnących roślin. Dla V2.4 i V2.5 średnia roczna zawartość wody w glebie wzrasta o 1% dla RCP 4.5 i RCP 8.5 w porównaniu z V l (BaU). Dla V3.4 jest niewielka zmiana. Natomiast dla V3.5 średnia roczna zawartość wody w glebie będzie niższa o 7% (RCP 4.5) i 4% (RCP 8.5). Roczna suma odpływu całkowitego dla V2.3, V2.4, V2.5, V3.4 będzie wyższa dla RCP 4.5 i RCP 8.5. Dla V3.5 odpływ całkowity będzie niższy. Dla V2.3, V2.4, V3.3, V3.4 roczna suma strat gleby będzie wyższa. Natomiast dla V2.5 i V3.5 straty gleby spadną. Wzrost retencji w większości powyższych scenanuszy irygacyjnych oprócz korzyści może również mieć wpływ na zwiększenie erozji wodnej powierzchniowej. Wyjątkiem jest scenariusz V2.5, w którym przy wzroście zawartości wody w glebie i odpływu całkowitego, zmniejszają się znacznie straty gleby. Projektowanie stawów do powierzchni 5000 m2 podczas scalania gruntów, a także ich budowa i urządzanie podczas prac po scaleniu, ma według niniejszego opracowania naukowe podstawy do wdrożenia w najbliższych dekadach, w celu zwiększenia zasobów wodnych w krajobrazie, a w konsekwencji uodpornienia upraw na susze. W porównaniu z dużymi zbiornikami retencyjnymi mogą być tańszą alternatywą. Środki na sfinansowanie budowy stawu mogą być wskazane w trakcie procesu przygotowania do scalenia gruntów. Co więcej, planowanie budowy stawów nie musi być związane z przeprowadzeniem scalenia wydzieleniem funduszy na ich budowę w zagospodarowaniu poscaleniowym , co w niektórych okolicznościach może być tańszym rozwiązaniem. Ponadto, stawy mogą być wykorzystywane jako źródła wody do nawadniania. Można je również wykorzystać do ograniczenia i zapobiegania erozji wodnej powierzchniowej oraz ograniczenia dopływu zanieczyszczeń do cieku (zmniejszenie odpływu całkowitego i strat gleby). Z perspektywy niniejszych badań projektowanie stawów jest korzystniejsze ze względu na koszty, zdolności retencyjne, ograniczenie erozji, uniwersalność, dostępność, mniejszą ingerencję w krajobraz. Istnieje jednak potrzeba dalszych badań z zastosowaniem nowocześniejszego modelu SWAT+ gdzie zbiorniki i stawy posiadają poszerzone możliwości interakcji z poziomami wodonośnymi oraz otaczającym je krajobrazem jako oddzielne obiekty przestrzenne, które mogą reprezentować cechy zlewni bardziej realistycznie niż w modelu SWAT.
Ocena skutków środowiskowych intensywnego systemu produkcji rolnej na tle funkcji sekwestracji CO2 w przestrzeni rolniczej gospodarstw
(Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa - Państwowy Instytut Badawczy w Puławach, 2020) Dąbrowicz, Radosław
Intensyfikacja produkcji rolnej doprowadziła w ostatnich latach do powstania wielu zagrożeń dla środowiska rolniczego, związanych głownie z emisją gazów cieplarnianych (GHG), emisją związków azotowych, ubytkiem materii organicznej oraz ubożeniem biologicznej różnorodności. Realizując wymagania zrównoważonego rozwoju rolnictwa ważne jest zatem, aby mogło ono nie tylko realizować podstawowy swój cel, tj. produkcji żywności ale również prowadzić działania nakierowane na łagodzenie skutków zmian klimatu i degradacji środowiska. W międzynarodowych politykach klimatycznych wskazuje się często na gospodarstwa rolne jako źródła stałej emisji GHG, nie zwracając uwagi na fakt, że produkcja rolnicza jako jeden z niewielu działów gospodarki, jest ściśle związana z przyrodniczą przestrzenią produkcyjną. Dlatego w celu obiektywnej oceny skutków środowiskowych intensywnego systemu produkcji rolnej, wzięto pod uwagę potencjał sekwestracji CO2 na całym obszarze gospodarstwa. W pracy do oceny zrównoważenia produkcji rolnej wykorzystano szereg wskaźników: bilans systemowy N, efektywność energetyczną produkcji, emisję GHG, ślad węglowy produktów rolniczych oraz bilans materii organicznej. Otrzymane wyniki emisji GHG porównano z potencjałem sekwestracji CO2 przez zadrzewienia śródpolne. Ocenie poddano wielkoobszarowe, towarowe gospodarstwo rolne (o powierzchni ponad 516 ha UR) położone w województwie Wielkopolskim. Na podstawie badań ankietowych i rejestrów gospodarstwa zebrano dane o wszystkich nakładach i używanych środkach trwałych wykorzystywanych w produkcji oraz uzyskiwanych wynikach produkcyjnych z trzech kolejnych lat 2011-2014. Głównym kierunkiem działalności rolniczej w badanym gospodarstwie była uprawa podstawowych zbóż towarowych oraz odchów jałówek do momentu zacielenia. Na podstawie uzyskanych wyników badań stwierdzono średnią obsadę zwierząt równą 0,82 DJP ha-1. Wysoki poziom nawożenia mineralnego (272 kg NPK ha-1) pozwalał na uzyskiwanie wysokich plonów, kosztem jednak nadwyżek bilansowych N i tym samym występowania ryzyka zanieczyszczeń wód azotanami. Analizie poddano trzy scenariusze ograniczenia emisji i nadwyżek N. Najlepsze efekty uzyskano w scenariuszu, który zakładał zastosowanie nawozów mineralnych o mniejszych współczynnikach emisji N, przy jednoczesnym zmniejszeniu emisji gazowych N do atmosfery wskutek zmian w sposobie utrzymania bydła oraz zmniejszeniu poziomu nawożenia mineralnego N o 15 kg ha-1. Średnia roczna emisja GHG w uprawie polowej wyniosła 1074 t CO2 ekw., natomiast w produkcji zwierzęcej 1276 t CO2 ekw. W przeliczeniu na jednostkę funkcjonalną emisja GHG ogółem wynosiła odpowiednio 4,48 t CO2 ekw. ha-1 oraz 5,56 t CO2 ekw. DJP-1. Nawożenie stanowiło główne źródło emisji GHG w produkcji roślinnej. W badanym gospodarstwie 58% energii absorbowały surowce i materiały zużyte do produkcji, z czego większość, prawie 44%, stanowiły nawozy mineralne. W produkcji zwierzęcej natomiast około 60% energii zużywane było na wytworzenie pasz dla zwierząt. Największą efektywność energetyczną w przeliczeniu na plon suchej masy uzyskano w produkcji kukurydzy z przeznaczeniem na kiszonkę. Wyniki emisji GHG w odniesieniu do powierzchni pól uprawnych przekładały się na wartość wskaźnika śladu węglowego produktów roślinnych. Wskaźnik ten wynosił ponad 0,09 kg CO2 ekw. kg-1 korzeni w produkcji buraków cukrowych, 0,42 kg CO2 ekw. kg-1 dla ziarna pszenicy ozimej oraz 0,8 kg CO2 ekw. kg -1dla nasion rzepaku ozimego. Analiza otrzymanych wyników śladu węglowego w stosunku do 1 kg otrzymanego plonu daje możliwość rozpoznania produktów, w uprawie których zużyta energia i nakłady są najefektywniej wykorzystane. W tym układzie były to kiszonki oraz buraki cukrowe. Pomimo intensywnego systemu produkcji, bilans materii organicznej był dodatni i wynosił 0,25 t C-humus ha-1. Analizując jednak poszczególne pola uprawne pod względem degradacji i reprodukcji materii organicznej zauważalny był duży wpływ zmianowania oraz nawożenia nawozami naturalnymi na ostateczny wynik bilansu, który z uwagi na ogólnie niską zawartość materii organicznej w glebach gospodarstwa (0,8% C org), powinien ulec zwiększeniu. Badania terenowe trwałych elementów krajobrazu rolniczego pozwoliły określić długość, gęstość, rodzaj i skład gatunkowy istniejących zadrzewień oraz średnioroczną wielkość sekwestracji na poziomie 371 kg CO2 ha-1 rok-1. Oszacowano, że istniejące i nowo zaprojektowane zadrzewienia pozwoliłyby na zmagazynowanie około 735 kg CO2 ha-1 rok-1. Przeprowadzona analiza potwierdza, że gospodarstwa rolne o intensywnym systemie produkcji rolnej, po wprowadzeniu rozwiązań niskoemisyjnych do systemów produkcji roślinnej i zwierzęcej oraz włączeniu zadrzewień do bilansowania emisji GHG, mogą prowadzić swoją działalność w sposób zrównoważony oraz przyczyniać się do łagodzenia niekorzystnych skutków zmian klimatu.
Ocena skutków środowiskowych w intensywnym systemie produkcji rolniczej z wykorzystaniem metodyki LCA (Life Cycle Assessment)
(Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa - Państwowy Instytut Badawczy w Puławach, 2016) Holka, Małgorzata
Celem pracy było przeprowadzenie oceny oddziaływania intensywnego systemu produkcji rolniczej na środowisko. Badania wykonano w latach 2010–2013 w wielkotowarowym gospodarstwie rolnym, położonym w województwie wielkopolskim. Wykorzystano w nich metody ocen: sald bilansowych składników w gospodarstwie, efektywności energetycznej procesów produkcyjnych oraz oddziaływania stosowanych środków ochrony roślin na środowisko. Dla pełnej, syntetycznej oceny wpływu produkcji rolniczej na stan środowiska zastosowano analizę cyklu życia (LCA). Metoda ta umożliwia identyfikację źródeł powstawania zagrożeń środowiskowych w całym cyklu produkcyjnym, przez co pozwala na określenie sposobów redukcji impaktów środowiskowych. LCA wykonano w zakresie „od kołyski do bramy” gospodarstwa, czyli od wytworzenia środków do produkcji rolniczej poprzez proces uprawy, zbioru i transportu plonu roślin do odbiorcy. Bilans makroskładników wykonany metodą „u wrót gospodarstwa” wykazał średnie salda: 67,5 kg N·ha-1, 3,4 kg P·ha-1, 9,1 kg K·ha-1, a metodą „na powierzchni pola”: 50,2 kg N·ha-1, 5,5 kg P·ha-1 i 25,4 kg K·ha-1. Wielkości sald mogą być kształtowane za pomocą technologii i struktury produkcji rolniczej. W całkowitych nakładach energii skumulowanej na produkcję roślin znaczący udział miały surowce i materiały, takie jak: nawozy, środki ochrony roślin, maszyny rolnicze, materiał siewny. Z wszystkich badanych gatunków roślin największym wskaźnikiem energochłonności skumulowanej odznaczała się kukurydza uprawiana na ziarno (7,9), a najmniejszym rzepak ozimy (4,0). Wielokryterialny indeks oddziaływania środków ochrony roślin na środowisko w badanym gospodarstwie wynosił średnio -63,9 pkt. Na jego wartość wpływ miały zmiany w chemicznej ochronie roślin na skutek występujących ekstremów pogodowych. Największe zagrożenie ujemnego oddziaływania środków ochrony roślin na środowisko, wynikające z właściwości fizykochemicznych i toksyczności substancji aktywnych, powodowała chemiczna ochrona roślin okopowych. Na podstawie wyników oceny potencjalnych wpływów środowiskowych prowadzonej produkcji roślinnej w gospodarstwie stwierdzono, że w kształtowaniu bardziej przyjaznych dla środowiska technologii należy uwzględniać szczególnie zagrożenia wynikające ze stosowania nawozów mineralnych. Normalizacja wykazała, że priorytetowym kierunkiem łagodzenia skutków związanych z produkcją roślin powinno być zmniejszanie oddziaływania na zakwaszanie gleb, a następnie efekt cieplarniany i eutrofizację wód. Analiza cyklu życia produkcji rolniczej w intensywnym systemie gospodarowania, odniesionym do warunków krajowych, dostarcza danych inwentarzowych, które mogą być wykorzystane zarówno w rolnictwie, sektorze przetwórczym, jak i w przemyśle. Są one podstawą do oceny środowiskowej produktów, dla których rolnictwo dostarcza surowców. Całkowity ślad wodny produkcji pszenicy ozimej wynosił średnio 632,5 m3·t-1, z czego 66,2% stanowił zielony ślad wodny, a 33,8% - szary ślad wodny. Wielkość szarego śladu wodnego świadczy o potrzebach kontrolowania i ograniczania zanieczyszczeń wody azotanami pochodzącymi ze stosowanych nawozów azotowych.
Ocena stanu nieużytkowanych gruntów rolnych na podstawie zdjęć satelitarnych
(Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa - Państwowy Instytut Badawczy w Puławach, 2024) Kozak, Małgorzata
Czas przemian ustrojowych, jakie zaszły w Polsce w latach 90-tych, znacząco przyczynił się do zmian w sposobie użytkowania gruntów. Ujawnił się wówczas problem porzucania gruntów rolnych, którego pierwszym widocznym skutkiem było pojawienie się na tych obszarach sukcesji naturalnej. Pomimo ciągłego rozwoju w metodach gromadzenia i zarządzania bazami danych oraz widocznego postępu w możliwości ich pozyskania, problematyczne pozostaje zinwentaryzowanie nieużytkowanych gruntów rolnych i ich przestrzenne rozpoznanie. Zaproponowane w pracy metody oceny nieużytkowanych gruntów rolnych, wykorzystują serie czasowe wskaźników spektralnych zobrazowań satelitarnych Sentinel-2 oraz dane o charakterze katastralnym z systemu LPIS, do przestrzennej identyfikacji tych obszarów oraz w dalszym kroku do oceny stopnia sukcesji naturalnej na tych gruntach. Do przestrzennego rozpoznania klasy nieużytkowanych gruntów rolnych, poprzez wykrycie sukcesji naturalnej, zastosowano metody uczenia maszynowego z algorytmem Random Forest. Przeprowadzona na badanym obszarze klasyfikacja użytkowania terenu wykazała ogólną dokładnością OA - 92%. Natomiast dla klasy sukcesji naturalnej dokładność użytkownika UA wynosiła 97%. W drugim kroku zbudowano deterministyczny model oceny sukcesji naturalnej dla czterech terminów pozyskania zobrazowań satelitarnych, który może być narzędziem do oceny przyjętych trzech klas sukcesji naturalnej. Ogólną dokładność (OA) modeli oceniono jako średnią i wahała się od 69,8% do 74,6%. Jednak wysoka dokładność producenta dla 1 klasy sukcesji tj. PA = 94% (termin: 19 luty) oraz PA =78% (termin: 28 sierpień) dla 3 klasy sukcesji, daje możliwość precyzyjnej identyfikacji tych obszarów. Na podstawie uzyskanych wyników oraz włączenia informacji o jakości gleb, zaproponowano 4 kierunki zagospodarowania tych obszarów: powrotu do produkcji rolniczej, możliwości uprawy Wieloletnich Roślin Przemysłowych, pełnienia funkcji proekologicznych oraz innych nierolniczych i nieleśnych funkcji. Uzyskane wyniki pozwoliły na potwierdzenie hipotezy badawczej, która zakładała, że zobrazowania Sentinel-2 analizowane wraz z danymi o charakterze katastralnym mogą być podstawowym źródłem informacji do zidentyfikowania nieużytkowanych gruntów rolnych, oceny ich stanu pod kątem sukcesji naturalnej oraz modelowania możliwości zagospodarowania tych gruntów.
Ocena wielokryterialna efektywności praktyk rolniczych w uprawie kukurydzy w obecnych i prognozowanych warunkach klimatycznych
(Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa - Państwowy Instytut Badawczy w Puławach, 2024) Król-Badziak, Aleksandra
Celem prezentowanej rozprawy doktorskiej jest zastosowanie oceny wielokryterialnej w ocenie efektywności praktyk rolniczych z uwzględnieniem wskaźników ekonomicznych, środowiskowych, społecznych oraz wyzwań klimatycznych na przykładzie uprawy kukurydzy w Polsce. W ramach realizacji celu badawczego oceniono praktyki uprawy roli, nawożenia, dostosowania odmian oraz terminu siewu i zastosowania nawadniania, jako przykładów praktyk rolniczych w uprawie kukurydzy, w kontekście zrównoważonego rozwoju i dostosowaniu do zmian klimatu. Materiał badawczy stanowiły wyniki czterech eksperymentów polowych prowadzonych w Rolniczych Zakładach Doświadczalnych IUNG-PIB oraz scenariusze klimatyczne EURO-CORDEX dla dwóch ścieżek koncentracji: RCP4.5 i RCP8.5. Przeprowadzona analiza wykazała, że wprowadzenie nowych praktyk uprawy może ograniczać koszty produkcji, jednak końcowa ocena ekonomiczna jest warunkowana poziomem osiągniętego plonu. Poprawa efektywności środowiskowej, związanej z ograniczeniem wpływu wybranych praktyk na środowisko może być osiągnięta poprzez uproszczenia w uprawie roli oraz ograniczenie poziomu nawożenia. W przypadku uprawy roli wysokie wskaźniki środowiskowe nie przeważyły jednak na ogólnej ocenie i zgodnie z przyjętymi wskaźnikami i ich wagami najwyżej w rankingu zrównoważenia sklasyfikowano system uprawy orkowej. Analiza wrażliwości dla różnych przypadków preferencji głównych kryteriów i różnych scenariuszy produkcji wykazała, że w scenariuszu, w którym kryteria środowiskowe miały najwyższy priorytet i w scenariuszu niskich plonów, najwyższą ocenę uzyskała uprawa zerowa, przed uprawą uproszczoną przy bardzo zbliżonych ocenach wszystkich trzech analizowanych technik uprawy roli. Natomiast w przypadku zmniejszenia dawki nawożenia kukurydzy do 80kg N ha-1, wysokie wskaźniki środowiskowe i ekonomiczne, zadecydowały o najwyżej pozycji w rankingu zrównoważenia. Praktyka wgłębnego stosowania nawozów przewyższała w rankingu zrównoważenia praktykę nawożenia powierzchniowego tylko w przypadku zwiększenia poziomu plonowania względem nawożenia powierzchniowego. W prognozowanych warunkach przyszłego klimatu prognozuje się dalszy wzrost zasobów ciepła ale i niedobory opadów w czasie okresu wegetacyjnego. Wykazano że zmiany korzystne mogą być zagospodarowane poprzez uprawę odmian o wyższych wymaganiach cieplnych, a zmiany niekorzystne mogą zostać złagodzone poprzez praktykę nawadniania, oraz dostosowania terminu siewu do warunków termicznych. Uzyskane wyniki pozwoliły na potwierdzenie hipotezy badawczej, że poprzez odpowiednie praktyki rolnicze można pogodzić cele środowiskowe, ekonomiczne i społeczne rolnictwa i prowadzić zrównoważoną uprawę kukurydzy. Przestrzenne zróżnicowanie warunków klimatyczno-glebowych dla uprawy kukurydzy, będzie coraz bardziej niż obecnie determinować efektywność praktyk rolniczych dla uprawy kukurydzy w Polsce zwłaszcza w obliczu rosnącego zagrożenia niedoborem wody.
Ocena wymiany gazowej dwutlenku węgla w uprawie wybranych roślin rolniczych i wierzby wiciowej
(Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa - Państwowy Instytut Badawczy w Puławach, 2024) Górnik, Andrzej
Celem pracy było określenie wielkości wymiany gazowej CO2 w uprawie trzech ozimych roślin rolniczych oraz wierzby wiciowej przeznaczonej na cele energetyczne oraz ocena wpływu i powiązania czynników pogodowych, produkcyjnych, glebowych i fizjologicznych na wielkość tej wymiany. Badania prowadzono w latach 2016-2018 na polach RZD „Kępa-Puławy”, w miejscowości Sadłowice, w uprawie pszenżyta, rzepaku, pszenicy oraz wierzby wiciowej. Pomiary wymiany gazowej CO2 pomiędzy glebą a atmosferą prowadzone były przy użyciu zautomatyzowanego systemu komorowego ACE. W badaniach oznaczono plon ziarna/nasion i słomy roślin, strukturę plonu (obsadę roślin, masę tysiąca ziaren/nasion), a także wysokość roślin. Ponadto oznaczono wartość wskaźnika pokrycia powierzchni gleby przez łan roślin LAI oraz oceniono stan odżywienia roślin azotem testem SPAD. Na podstawie zgromadzonych danych przeprowadzono analizę istotności różnic, analizę korelacji rang Spearmana oraz analizę głównych składowych PCA. Uprawa wierzby wiciowej charakteryzowała się istotnie mniejszą (o 16%) wymianą gazową CO2 z gleby niż porównywane ozime rośliny rolnicze (pszenica, pszenżyto i rzepak), co potwierdziło pierwszą hipotezę badawczą. Największą intensywność wymiany gazowej CO2, zwłaszcza w przypadku roślin rolniczych, odnotowywano w drugiej połowie maja. Skumulowany odpływ CO2 z gleby w uprawie pszenicy i wierzby charakteryzował się bardzo zbliżonym przebiegiem, natomiast w uprawie rzepaku i pszenżyta był większy niż dla wierzby. Analiza korelacji rang Spearmana wykazała, że indeksy LAI i SPAD oraz temperatura gleby to parametry najsilniej dodatnio korelujące z wymianą gazową CO2 w uprawie wierzby, natomiast w przypadku roślin rolniczych były to: wskaźnik PAR, indeks SPAD, temperatura gleby i opad atmosferyczny. Ponadto parametrem ujemnie korelującym z wymianą gazową CO2 była wilgotność gleby, niezależnie od typu rośliny. Projekcja rozrzutu wag parametrów w analizie PCA pokazała, że wymiana gazowa CO2 z gleby dodatnio korelowała z obsadą roślin, temperaturą gleby i powietrza oraz promieniowaniem PAR. Ujemne korelacje dotyczyły opadu atmosferycznego, zawartości fosforu w roślinach, indeksu LAI w warstwie 0 cm oraz zawartości próchnicy. Na podstawie analizy PCA wykazano odmienną charakterystykę kształtowania się parametrów dla roślin rolniczych oraz wierzby wiciowej, co potwierdziło drugą przyjętą hipotezę badawczą. Ponadto analiza PCA pozwoliła na wydzielenie dwóch grup ze względu na okres badań, jednej obejmującej lata 2016 i 2018 oraz drugiej zawierającej wyłącznie rok 2017. W wyniku przeprowadzonej analizy głównych składowych najlepsze dopasowanie pomiarów wymiany gazowej CO2 odnotowano dla pszenżyta w 2016 roku, w uprawie którego oznaczono największe wartości tej wymiany.
Ocena występowania i molekularnego zróżnicowania bakterii z rodzaju Azotobacter w glebach Polski
(Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa - Państwowy Instytut Badawczy w Puławach, 2022) Kozieł, Monika
Badania przedstawione w niniejszej rozprawie doktorskiej dotyczyły glebowych bakterii należących do rodzaju Azotobacter, charakteryzujących się m.in. zdolnościami do asymilacji azotu atmosferycznego. Badania te miały na celu poznanie: - występowania i liczebności Azotobacter spp. w glebach Polski (1140 próbek), - zależności pomiędzy właściwościami gleb a ich zasiedleniem przez te bakterie oraz – zróżnicowania i przynależności systematycznej wyodrębnionych izolatów Azotobacter spp. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że bakterie należące do rodzaju Azotobacter zasiedlają około 43% gleb w Polsce. Bakterie te występują we wszystkich badanych grupach gleb (rodzaje, gatunki), ale w obrębie tych grup procent gleb zasiedlonych przez azotobactera jest bardzo zróżnicowany i waha się od 8% i 19% w przypadku piasków luźnych i piasków części słabogliniastych do około 80% i 90% w przypadku glin ciężkich i rędzin. Stwierdzono również ścisłą zależność (r = 0,944) pomiędzy zawartością spławialnych (< 0,02mm) w różnych gatunkach gleb a procentem ich zasiedlenia przez Azotobacter spp., co świadczy, że frakcja pyłowo-ilasta gleb sprzyja ich zasiedleniu przez omawiane bakterie. Liczebność Azotobacter spp. w glebach zasiedlonych przez te bakterie jest bardzo zróżnicowana w obrębie każdej analizowanej grupy gleb i waha się od kilku komórek (jtk) do kilkuset tysięcy jtk w 1 gramie gleby. Największą liczebność stwierdzono w niektórych glebach lessowych, pyłach zwykłych i piaskach gliniastych lekkich, odpowiednio 297 750, 45 800 i 40 000 jtk/g. Największą średnią liczebnością Azotobacter spp. charakteryzują się lessy, iły, rędziny i pyły ilaste, odpowiednio 13 676, 2213, 2035 i 1950 jtk/g, a najmniejszą żwiry, piaski słabogliniaste i piaski luźne, odpowiednio 44, 158 i 204 jtk/g. Zgodnie z wynikami wcześniejszych badań, obecne badania wykazały również, że odczyn gleb jest bardzo ważnym czynnikiem wpływającym na występowanie azotobactera w środowisku glebowym. Bakterie te występują tylko w około 4% gleb o odczynie bardzo kwaśnym (pH ≤ 4,5) i w 27% gleb kwaśnych (pH 4,6-5,5), natomiast zasiedlenie przez azotobactera gleb o odczynie obojętnym (pH 6,6-7,2) i zasadowym (pH > 7,2) wynosiło odpowiednio 74% i 84%. Odczyn gleb wpływa także istotnie na liczebność populacji bakterii Azotobacter w środowisku glebowym. Największą średnią liczebnością tych bakterii charakteryzują się gleby o odczynie obojętnym. W obrębie niektórych grup gleb takich jak lessy, mady, mursze, rędziny i piaski gliniaste, gleby które zasiedlone były przez omawiane bakterie zawierały znacznie większe ilości przyswajalnych form P i Mg oraz całkowitych form Ca, Fe i Mo, niż gleby o podobnym odczynie i strukturze, ale bez azotobactera. Wydaje się więc, że oprócz odczynu, Corg. i Nogól., także inne chemiczne właściwości środowiska glebowego mają istotny wpływ na zasiedlanie gleb przez bakterie Azotobacter spp. Badane izolaty Azotobacter spp. charakteryzowały się dużym zróżnicowaniem pod względem efektywności wiązania azotu atmosferycznego w warunkach laboratoryjnych. Nie stwierdzono jednak znaczącego wpływu właściwości gleb na kształtowanie zdolności zasiedlających je bakterii Azotobacter do wiązania N2, bowiem zarówno z gleb żyznych o odczynie obojętnym jak i z gleb kwaśnych wyodrębniono izolaty intensywnie wiążące N2, jak i szczepy mało aktywne pod tym względem. Polimorfizm genomowy badanych szczepów określono stosując technikę ITS-PCR/RFLP (HaeIII, MspI). Przeprowadzone analizy pozwoliły na wyróżnienie w obrębie badanych izolatów Azotobacter spp. czterech profili genetycznych, a na podstawie wyników sekwencjonowania genu 16S rRNA 30 izolatów reprezentujących ww. profile stwierdzono, że wszystkie one należą do gatunku Azotobacter chroococcum, co wskazuje, że gatunek ten dominuje w glebach Polski. Przeprowadzone badania wskazują ponadto, że stosunkowo proste laboratoryjne oznaczenie występowania Azotobacter spp. w glebach może być dobrym, biologicznym wskaźnikiem oceny jakości gleb, m.in. na potrzeby monitoringu zmian zachodzących w ich żyzności i odczynie.
Ocena zasobów genowych rodzaju Nicotiana pod względem odporności na najważniejsze choroby wirusowe tytoniu
(Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa - Państwowy Instytut Badawczy w Puławach, 2024) Depta, Anna
Rodzaj Nicotiana jest jednym z liczniejszych w rodzinie Solanaceae. Zawiera ponad 80 gatunków bardzo zróżnicowanych pod względem morfologicznym, liczby chromosomów i rozmieszczenia geograficznego, a także różniących się składem alkaloidowym i odpornością na choroby i szkodniki. Naturalnym miejscem pochodzenia dzikich gatunków tytoniu jest Ameryka Północna i Południowa, Australia i wyspy na Pacyfiku oraz Afryka. Najbardziej znanym i rozpowszechnionym gatunkiem rodzaju Nicotiana jest tytoń szlachetny (Nicotiana tabacum). Powstał on w wyniku spontanicznego krzyżowania Nicotiana sylvestris i Nicotiana tomentosiformis. Liczący obecnie wiele odmian jest jedną z ważniejszych roślin przemysłowych w Polsce i na świecie. Kolekcja rodzaju Nicotiana zgromadzona obecnie w Instytucie Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa - Państwowym Instytucie Badawczym obejmuje 1008 obiektów, w obrębie których występują zarówno dzikie gatunki Nicotiana, jak również odmiany Nicotiana tabacum i Nicotiana rustica. Ogromna różnorodność w obrębie rodzaju Nicotiana sprawia, że jest on doskonałym źródłem zmienności w zawężającej się puli genowej i może być wykorzystywany w programach hodowlanych, szczególnie w hodowli odpornościowej. Dlatego też tak ważna jest szczegółowa wiedza w zakresie odporności materiałów kolekcyjnych na najważniejsze pod względem gospodarczym patogeny. Spośród chorób powodujących straty w uprawie tytoniu choroby wirusowe mają szczególne znaczenie ze względu na bardzo małą skuteczność ochrony chemicznej pozwalającej jedynie na ograniczanie występowania wektora. Największe zagrożenie dla uprawy tytoniu w Polsce i w wielu krajach świata stanowi wirus Y ziemniaka (Potato virus Y, PVY), wirus brązowej plamistości pomidora na tytoniu (Tomato spotted wilt virus, TSWV) oraz w ostatnich latach pojawiający się coraz częściej wirus mozaiki tytoniu (Tobacco mosaic virus, TMV). Celem rozprawy doktorskiej była ocena zasobów genowych rodzaju Nicotiana pod względem odporności na najważniejsze choroby wirusowe. Badania odpornościowe uwzględniały objawy chorobowe, będące efektem inokulacji, określenie obecności wirusa w zakażonych roślinach na podstawie badań serologicznych oraz ocena odporności genotypów na poszczególne patogeny z wykorzystaniem specyficznych markerów molekularnych. Przeprowadzone badania zasobów genowych rodzaju Nicotiana pod względem odporności na najważniejsze patogeny wirusowe tytoniu wykazały jej duże zróżnicowanie w ocenie biologicznej, serologicznej, jak i molekularnej. Badania w kierunku odporności na wirusa Y ziemniaka wykazały, że w obrębie rodzaju Nicotiana cztery gatunki: N. africana, N. raimondii, N. Knightiana i N. glauca, mają całkowitą odporność, a 26 gatunków wykazywało objawy tolerancji na wszystkie badane izolaty PVY. Pozostałe charakteryzowały się zróżnicowaną odpornością w zależności od użytego izolatu. Badania molekularne wykazały, że w obrębie 25 odmian tytoniu w 9 stwierdzono obecność genu podatności Va, zaś pozostałe 16 nie amplifikowały tych markerów. Brak produktów amplifikacji wskazuje, że odmiany te posiadają delecję w obrębie genu podatności (odporność typu va). Odmiany z odpornością typu va wykazywały zróżnicowany poziom reakcji na infekcję PVY, co może świadczyć o różnej długości delecji w genie podatności. Najwyższą odpornością cechowała się odmiana VAM. Pięć odmian wykazało tolerancję wobec wszystkich izolatów PVY. Nie wystąpiły u nich nekrozy, jedynie przejaśnienia nerwów i plamy chlorotyczne. W badaniach molekularnych wykazano, żę posiadały on e gen podatności Va, co może świadczyć o innym podłożu genetycznym stwierdzonej tolerancji. Odmiana Węgierski Ogrodowy, mimo obecności genu Va, nie uległa porażeniu izolatem określanym jako słaby, a na izolat średni zareagowała jedynie objawami tolerancji. Izolaty silne spowodowały u niej nekrozę nerwów, co pozwala wnosić, że odmiana ta posiada inny rodzaj odporności niż pozostałe badane odmiany. Badania obiektów w kierunku odporności na wirusa brązowej plamistości pomidora na tytoniu wskazują, ze odporność typu nadwrażliwości obecna jest w gatunkach N. alata i N. forgetiana, mieszańcu Nicotiana x sanderae i dwóch odmianach tytoniu uprawnego (Polalta i Wiktoria). Odporność poszczególnych obiektów gatunku N. alata była zróżnicowana, bowiem w obrębie kilku badanych populacji część roślin uległo porażeniu systemicznemu. Reakcja odpornościowa na TSWV pozostałych obiektów koekcyjnych była również zróżnicowana. Objawy tolerancyjne zaobserwowano u 9 dzikich gatunków, natomiast 71 gatunków wykazało znacznie silniejsze objawy infekcji. Prezentowane po raz pierwszy wyniki odporności stosunkowo niedawno odkrytego gatunku Nicotiana mutabilis, wskazują, że jest on tolerancyjny na PVY oraz wykazuje reakcję nadwrażliwości w stosunku do TSWV. W badaniach odpornościowych na wirusa mozaiki tytoniu, prowadzonych w zróżnicowanych warunkach temperaturowych, wykazano cztery typy reakcji. Najczęściej występującą reakcją była podatność, która polegała głównie na wystąpieniu mozaikowych przebarwień na liściach. Drugi rodzaj reakcji to tolerancja, która charakteryzowała się brakiem widocznych objawów w temperaturze 22/20oC (dzień/noc), ale wirus był obecny w roślinie. Objawy mozaikowe w przypadku tolerancji były widoczne w temperaturze 30/28oC. Trzecia grupa badanych odmian Nicotiana tabacum posiadała odporność warunkowaną przez gen N pochodzący z gatunku N. glutinosa. Przyjmuje ona postać nadwrażliwości i jest zależna od temperatury. Wykazano, że w rodzaju Nicotiana alternatywnym źródłem odporności na TMV jest gatunek N. gossei, który wykazuje reakcję nadwrażliwości i nie amplifikuje genu N. Odporność tego gatunku jest niezależna od temperatury. Przeprowadzone badania wykazały duże zróżnicowanie w obrębie rodzaju Nicotiana pod względem odporności na patogeny wirusowe. Obiekty kolekcyjne odporne na poszczególne wirusy są cennym źródłem genów w hodowli odpornościowej i przedmiotem dalszych badań.
Ocena zrównoważonego rozwoju gospodarstw rolnych na glebach lekkich w powiecie Przysucha
(Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa - Państwowy Instytut Badawczy w Puławach, 2016) Włodarczyk, Bogusław
Celem pracy była ocena zrównoważonego rozwoju gospodarstw rolnych w zależności od kierunku produkcji, powierzchni użytków rolnych, jakości gleb i intensywności produkcji. Badania przeprowadzono w 2005 roku, w 100 gospodarstwach rolnych położonych na glebach lekkich, na terenie powiatu Przysucha (woj. mazowieckie). Metodą pozyskiwania informacji i danych źródłowych z gospodarstw był wywiad bezpośredni z wykorzystaniem specjalnie opracowanego kwestionariusza. Zastosowano celowy dobór obiektów do badań, spośród gospodarstw współpracujących z Ośrodkiem Doradztwa Rolniczego w Radomiu. Ze względu na kierunek produkcji wyodrębniono gospodarstwa sadownicze, warzywne, mieszane i bydlęce. W ocenie uwzględniono kryteria i wskaźniki produkcyjne, ekonomiczne i ekologiczne. Badania wykazały, że pod względem stanu podstawowych czynników produkcji gospodarstwa bydlęce wyróżniały się największą powierzchnią użytków rolnych, najsłabszymi glebami oraz najmniejszymi zasobami siły roboczej i pociągowej (w przeliczeniu na 1 ha UR), a także najniższym poziomem wykształcenia właścicieli. Natomiast cechy te o skrajnie odmiennych wartościach stwierdzono w grupie gospodarstw sadowniczych. Pośredni stan zasobów miały gospodarstwa warzywne i mieszane. Wyniki produkcyjne gospodarstw zależały od ich powierzchni, jakości gleb i intensywności produkcji mierzonej wielkością kosztów bezpośrednich ponoszonych na 1 ha UR. Większa powierzchnia gospodarstw korzystnie wpływała na poziom produkcji rolniczej w jednostkach zbożowych a zarazem ujemnie na wartość produkcji towarowej i globalnej w odniesieniu do 1 ha UR. Gleby lepszej jakości i większa intensywność produkcji sprzyjały osiąganiu większej produkcji towarowej i globalnej. W ocenie ekonomicznej wyróżniły się gospodarstwa ukierunkowane na produkcję warzyw, bowiem osiągały najkorzystniejsze wskaźniki w zakresie dochodu rolniczego i parytetu dochodu. W tej ocenie najgorsze wskaźniki uzyskały gospodarstwa mieszane (łączące produkcję zwierzęcą z roślinną). Powierzchnia użytków rolnych istotnie dodatnio wpływała na wskaźniki ekonomiczne (dochody) gospodarstw warzywnych, mieszanych i bydlęcych, natomiast jakość gleb oddziaływała podobnie na dochody tylko w gospodarstwach warzywnych. Intensywność produkcji, czyli wielkość kosztów bezpośrednich (zł/ha UR), istotnie kształtowała produkcję towarową w gospodarstwach sadowniczych i warzywnych. W ocenie ekologicznej porównywane grupy gospodarstw cechowały się znacznymi dodatnimi saldami składników mineralnych (NPK) i substancji organicznej w glebie oraz niekorzystnym wskaźnikiem pokrycia gleby roślinnością. W warunkach gleb bardzo lekkich i przy wyższym poziomie intensywności produkcji salda składników mineralnych miały najwyższe wartości. W zakresie zgodności praktyk rolniczych z zasadami zrównoważonego rozwoju gospodarstw, ocenianej wskaźnikiem syntetycznym, wszystkie typy gospodarstw prezentowały wysoki poziom zrównoważenia. Wśród nich gospodarstwa sadownicze były bardziej, a bydlęce - mniej zrównoważone. Poziom zrównoważenia rozwoju gospodarstw warzywnych i bydlęcych był zależny od jakości gleby i intensywności produkcji, a przypadku bydlęcych również od powierzchni użytków rolnych. W warunkach gleb lepszej jakości i przy stosowaniu intensywniejszej produkcji oraz większej powierzchni gospodarstwa osiągały wyższy poziom zrównoważenia. Takich zależności nie stwierdzono w gospodarstwach sadowniczych i mieszanych. Spośród trzech celów gospodarowania zrównoważonego tylko dwa z nich, tj. produkcyjny (towarowość) i ekonomiczny (dochodowość), były osiągane na wysokim poziomie przez gospodarstwa warzywne. W przypadku pozostałych gospodarstw idea rozwoju zrównoważonego była trudniejsza do zrealizowania.
Oddziaływanie stresu suszy na wskaźniki fizjologiczne i plonowanie jęczmienia jarego na różnych gatunkach gleb
(Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa – Państwowy Instytut Badawczy, 2024) Bartosiewicz, Beata
Susza jest jednym ze stresów abiotycznych, który stanowi ogromne zagrożenie dla bezpieczeństwa światowej gospodarki. Prognozy klimatyczne na przyszłe lata wskazują, że problem niedoboru opadów będzie się pogłębiał, co skutkować będzie znacznym zmniejszeniem plonów roślin uprawnych. Jęczmień jest zbożem o dużym znaczeniu gospodarczym, dominującym w strukturze zasiewów zbóż jarych w Polsce. Jęczmień jary jest wrażliwy na stres suszy, nawet jeśli jest on przejściowy, a jego plon w największym stopniu ogranicza niedobór wody w fazie strzelania w źdźbło i kłoszenia oraz wykształcanie i nalewanie ziarna. Celem przeprowadzonych badań było określenie wpływu krótkotrwałych stresów suszy na wartości wybranych wskaźników fizjologicznych oraz plon i elementy plonu jęczmienia jarego, ocena wpływu gatunku gleby na wartości wskaźników fizjologicznych i plonowanie jęczmienia jarego w warunkach stresu suszy oraz określenie wpływu stresów suszy i gatunku gleby na zawartość azotu w ziarnie i słomie jęczmienia oraz pobranie składnika przez ziarno i część nadziemną roślin. Eksperyment wazonowy przeprowadzono w latach 2017-2019 w hali wegetacyjnej RZD IUNG-PIB w Grabowie. Podstawową jednostką badawczą był wazon wypełniony 9 kg gleby pobranej z warstwy ornej (0-25 cm) pól uprawnych. Trzyczynnikowe doświadczenie założono w układzie kompletnie zrandomizowanym w 5 powtórzeniach z 10 roślinami jęczmienia jarego odm. Rubaszek w wazonie. Pierwszym czynnikiem była wilgotność podłoża utrzymywana w 4 wariantach: kontrola, trzy obiekty stresowe: stres wczesny S1 wprowadzany w fazie strzelania w źdźbło (BBCH 31), stres późny S2 w końcu fazy kwitnienia (BBCH 69) oraz sumaryczny stres wczesny i stres późny. Drugim czynnikiem był gatunek gleby. W eksperymencie zastosowano 7 gatunków gleb: piasek luźny (pl), piasek słabogliniasty (ps), piasek gliniasty lekki (pgl), piasek gliniasty mocny (pgm), glina piaszczysta pylasta (gpp), pył gliniasty - less (płg -less) oraz glinę średnią 9gs). Trzecim czynnikiem był termin wykonywania pomiarów wskaźników fizjologicznych: przed wprowadzeniem stresu S1, po zakończeniu stresu S1 i po zakończeniu stresu S2. W każdym z terminów pomiarów określano przyżyciowo metodami instrumentalnymi wskaźniki, wymiany gazowej (LI-6400 Portable Photosynthesis System) oraz zawartość chlorofilu mierzonego w jednostkach SPAD (Hydro-N-tester). Po zbiorze określano plon i elementy plonu oraz oznaczano zawartość azotu w ziarnie i słomie jęczmienia (Elementarney Analizator Vario Macro Cube) oraz pobranie składnika przez ziarno i rośliny. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że: stres suszy wpływa na redukcję plonu ziarna z wazonu, liczby kłosów z wazonu, liczby ziaren z wazonu, masy tysiąca ziaren, plonu słomy z wazonu, długości pędów głównych, plonu części nadziemnej z wazonu, jak również wartości wskaźnika zbioru Harvest Index, - stres suszy powoduje zmniejszenie wartości intensywności fotosyntezy, przewodnictwa szparkowego, intensywności transpiracji i wskaźnika zieloności liści (SPAD), - ustąpienie stresów powoduje stymulację roślin i wzrost wartości wskaźników w porównaniu do kontroli, - stres suszy wpływa na zawartość i pobranie azotu przez rośliny jęczmienia, - gatunek gleby powoduje istotne zmiany w wartości wskaźników wymiany gazowej i wskaźnika zieloności liści (SPAD), - gatunek gleby istotnie wpływa na zawartość azotu w ziarnie oraz słomie jęczmienia, a także na pobranie pierwiastka przez ziarno i całą nadziemną część roślin.
Plonowanie i wybrane wskaźniki fizjologiczne kukurydzy (Zea mays L.) uprawianej na ziarno w zmianowaniu i monokulturze
(Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa - Państwowy Instytut Badawczy w Puławach, 2024) Stępień-Warda, Anna
Celem badań było określenie wpływu różnych sposobów uprawy gleby (płużny, uproszczony i siew bezpośredni) pod kukurydzą uprawianą w monokulturze i zmianowaniu na plon ziarna, elementy struktury plonu oraz cechy morfologiczne roślin. Ocena wpływu różnych sposobów uprawy gleby pod kukurydzą uprawianą w monokulturze na wybrane wskaźniki fizjologiczne (intensywność fotosyntezy i transpiracji), względną zawartość chlorofilu w liściach powierzchnię pokrycia liściowego w porównaniu do kukurydzy uprawianej w zmianowaniu. Określenie wskaźników produktywności kukurydzy w zależności od sposobu uprawy gleby. Hipoteza badawcza zakładała, że plon, cechy morfologiczne roślin, parametry wymiany gazowej, indeks zieloności liścia, powierzchnię pokrycia liściowego oraz produktywność są zależne od warunków wilgotnościowych gleby, która jest efektem sposobu przygotowania roli do siewu. Badania zrealizowano w latach 2017-2019 w RZD Grabów woj. Mazowieckim na statycznym doświadczeniu polowym (założonym w 2004 r.) z uprawą kukurydzy w monokulturze i zmianowaniu (jęczmień jary – pszenica ozima – kukurydza). Doświadczenie założono metodą długich pasów z lustrzanym odbiciem obiektów na glebie płowej wytworzonej z gliny lekkiej zaliczanej do kompleksu żytniego bardzo dobrego. W uprawie kukurydzy w monokulturze stosowane były trzy sposoby przygotowania roli do siewu: uprawa zerowa (siew bezpośredni), uprawa pełna (płużna), oraz uprawa uproszczona (gruber 12-15 cm). Na obiekcie z pełną uprawą, po zbiorze kolb słoma kukurydziana po rozdrobnieniu była jesienią przyorana, a z uproszczoną uprawą zastosowano gruber. Natomiast na obiekcie bez uprawy mechanicznej słoma (po uprzednim rozdrobnieniu) pozostała na powierzchni pola. Uwzględniony w badaniach sposób uprawy roli, miał istotny wpływ na wzrost, rozwój oraz plonowanie kukurydzy, szczególnie w połączeniu z warunkami pogodowymi. W 2018 roku, charakteryzującym się najbardziej korzystnymi warunkami pogodowymi, kukurydza charakteryzowała się najwyższą intensywnością fotosyntezy oraz transpiracji. W latach suchszych (2017 i 2019), które odznaczały się niedoborami wody i niekorzystnym rozkładem opadów, kukurydza uprawiana w monokulturze i siewie bezpośrednim charakteryzowała się wyższą intensywnością fotosyntezy niż w zmianowaniu, co świadczy o korzystnym wpływie konserwujących systemów uprawy na poziom wilgotności gleby. Najwyższy współczynnik wykorzystania wody (WUE) odnotowano w suchszym 2019 roku, a najniższy w 2017 roku. Ponadto, w latach, charakteryzujących się największymi niedoborami wody, wyższymi wartościami indeksu SPAD charakteryzowała się kukurydza uprawiana w monokulturze i siewie bezpośrednim, w 2017 r. o 7,6% (różnice istotne statystycznie), w 2019 roku o 13,0% (tendencja), w porównaniu do uprawianej w zmianowaniu. W 2018 r., w którym zanotowano korzystniejsze warunki pogodowe istotnie większy indeks SPAD (o 9,6%) stwierdzono u kukurydzy uprawianej w zmianowaniu, w porównaniu do uprawianej monokulturze z zastosowaniem siewu bezpośredniego. Wpływ systemu uprawy roli na średnią powierzchnię liściową kukurydzy (wskaźnik LAI) był nieistotny. W 2018 roku największy wskaźnik ulistnienia (LAR)zanotowano u kukurydzy uprawianej w monokulturze i siewie bezpośrednim, a najniższy w zmianowaniu, natomiast w suchym 2019 r. największą wartością tego wskaźnika odznaczały się rośliny uprawiane w zmianowaniu. Wyższe wartości wskaźnika masy liści (LWR) zanotowano w bardziej korzystnych warunkach dla uprawy kukurydzy w 2018 roku, w porównaniu do 2019 roku. Ponad to najwyższym wskaźnikiem jednostkowej produktywności liści (ULR) w 2018 r. charakteryzowała się kukurydza uprawiana w zmianowaniu, a w 2019 - uprawiana z zastosowaniem uproszczeń Rozwój systemu korzeniowego kukurydzy we wczesnych fazach rozwojowych (BBCH 12-32) zależał, przede wszystkim od sposobu uprawy roli, ale także od warunków pogodowych, zwłaszcza wilgotnościowych. Zarówno w 2018 jak i 2019 r. kukurydza w fazie 9 liści uprawiana w systemie uproszczonym wykształciła korzeń o największej powierzchni, długości i średnicy. Masa i objętość korzenia w bardziej wilgotnym 2018 r. były największe u kukurydzy uprawianej w zmianowaniu, zaś w suchym 2019 r. parametry te miały największe wartości u kukurydzy wysianej w monokulturze w siewie bezpośrednim. Sposób uprawy roli znacząco wpływał na gromadzenie biomasy i kształtowanie organów nadziemnych (łodygi i liści). W obu latach badań do fazy 1 kolanka (BBCH 31) największą wysokość, suchą masę łodygi i liści oraz powierzchnię liści wykształciły rośliny uprawiane sposobem płużnym, w 2018 r. w systemie zmianowania, zaś w 2019 r. w systemie zmianowania i monokultury. Największy plon ziarna kukurydzy uzyskano w 2018 roku, odznaczającym się korzystniejszym przebiegiem pogody w okresie wegetacji. Natomiast w pierwszym i trzecim roku prowadzenia badań sposób uprawy roli istotnie wpływał na plon ziarna kukurydzy. W 2017 roku plon ziarna kukurydzy uprawianej w monokulturze w siewie bezpośrednim i uprawie uproszczonej był większy, odpowiednio o 32,9 i 12,2%, zaś w 2019 r. – o 36,0 i 30,7% w porównaniu do zmianowania. W roku bardziej wilgotnym (2018) kukurydza plonowała na podobnym poziomie na wszystkich obiektach (średnio 12,8 t ha-1). Ziarno kukurydzy uprawianej w warunkach monokultury i siewie bezpośrednim odznaczało się większą wilgotnością niż z obiektów gdzie stosowano uprawę mechaniczną. W 2017 r. istotnie większą masą kolby i liczbą ziaren na kolbie odznaczała się kukurydza uprawiana w systemie uproszczonym, odpowiednio o 30,5 i 25,6% oraz zerowym, odpowiednio o 46,3 i 37,3%, w porównaniu do zmianowania. Podobną tendencję zmian, ale niepotwierdzoną statystycznie, wykazano w 2019 r., natomiast w 2018 roku różnice były nieistotne. Masa tysiąca ziaren (MTZ) była istotnie zróżnicowana tylko w 2017 r., największe ziarniaki wytwarzała kukurydza uprawiana w monokulturze w uprawie uproszczonej oraz z zastosowaniem siewu bezpośredniego, a istotnie mniejsze w systemach z uprawą płużną. Uzyskane wyniki badań wykazały, że uprawa kukurydzy w wieloletniej monokulturze nie prowadzi do spadku plonu ziarna w porównaniu do zmianowania. Stosowanie uproszczeń w uprawie kukurydzy jest zasadne, ponieważ przekłada się na lepsze plonowanie w latach o niekorzystnym przebiegu warunków pogodowych, natomiast w latach korzystnych nie prowadzi do istotnego spadku plonu ziarna w porównaniu do systemów płużnych. Obserwowany w ostatnich latach wzrost okresów posusznych w takcie sezonów wegetacyjnych w Polsce skłaniają do promowania systemów uproszczonych.

Browse

Browsing Rozprawy doktorskie by Title

Results Per Page

Sort Options