Biostymulacja a intensyfikacja wydajności biologicznej roślin

Biostymulacja – wstęp

Polska od lat jest liderem Europy w produkcji sadowniczej. Przez ostatnie trzydzieści lat rozwój sadownictwa w naszym kraju był wręcz skokowy, a rosnące wymagania konsumentów oraz światowa konkurencja sprawiają, że sadownicy muszą poszukiwać coraz to nowszych rozwiązań poprawiających jakość uzyskiwanych plonów oraz wydajność produkcji sadowniczej. Uzyskanie plonów najwyższej jakości nie jest możliwe bez całej gamy przeróżnych środków chemicznych, czy to środków ochrony roślin, czy też nawozów.

Szczególnie cieszy fakt, że obecnie świadomi sadownicy zwracają coraz większą uwagę, aby produkować żywność nie tylko w odpowiedniej jakości i ilości, ale także zdrową. Sadownicy wybierają rozwiązania bezpieczne zarówno dla konsumentów jak i dla producentów (Filipczak i in. 2016). W ostatnim czasie dużym zainteresowaniem w produkcji ogrodniczej cieszą się nawozy mineralne o działaniu biostymulującym. Zastosowanie w sadownictwie mają głównie preparaty na bazie ekstraktów z alg morskich, chitozanu, kwasów huminowych i fulwowych oraz biostymulatory oparte na aminokwasach.

Nawóz z alg morskich a biostymulacja roślin

Grupą biostymulatorów zyskującą coraz większe uznanie wśród plantatorów są preparaty oparte na wyciągach z alg morskich. Algi są roślinami zasobnymi w pełną gamę składników odżywczych i biostymulujących. Są to mikro- i makroelementy (m.in. wapń, sód, magnez, siarka, potas, fosfor, jod, miedź cynk i selen), witaminy (m.in. C,E,K, prowitamina A oraz witaminy z grupy B), polisacharydy oraz tłuszcze, w tym również NNKT (Krupa 2018). Glony czy też inaczej algi morskie posiadają ogromny potencjał plonotwórczy, a wyciągi z nich ekstrahowane zawierają wiele fitohormonów, wykazujących stymulujący wpływ na wzrost, rozwój i wydajność biologiczną roślin. Główne grupy fitohormonów występujące w algach morskich to m.in. auksyny, cytokininy, gibereliny, kwas abscysynowy. Wyjątkowość alg morskich związana jest ze środowiskiem w którym żyją. Pomimo, że żyją w środowisku ekstremalnie niesprzyjającym (słona woda, niskie temperatury, brak światła, okresowe odpływy i wysuszanie) to posiadają ogromny potencjał plonotwórczy przeliczany na suchą masę z hektara. W przypadku alg Laminaria Digitata plon wynosi 250 t suchej masy z hektara i jest aż dziesięciokrotnie większy niż w przypadku kukurydzy – 22 t suchej masy z hektara (Durand i in. 2003). To właśnie algi morskie zostały wskazane przez naukowców jako najważniejsza grupa organizmów żywych, jakie mogą zostać wykorzystane na szeroką skalę w rolnictwie zrównoważonym (Tuhy i in. 2013). Substancje zawarte w algach wykazują pozytywny wpływ na wzrost i jakość plonu oraz, co najważniejsze, zwiększają odporność roślin na abiotyczne i biotyczne czynniki stresowe środowiska (Jolivet i in. 1991, Durand i in. 2003).

Pozytywny wpływ alg morskich na stymulowanie rozwoju roślin jest znany ludzkości od kilkudziesięciu, a nawet kilkuset lat. W strefach przybrzeżnych Europy Zachodniej, glony morskie były wykorzystywane jako naturalny nawóz doglebowy – biostymulator. Pierwsze pisemne wzmianki na ten temat można już odnaleźć w piśmiennictwie z XVI w (Kapłan i in. 2013). Obecnie w większości dostępnych preparatów wykorzystywany jest homogenat z alg morskich. Bardziej zawansowane i nowoczesne systemy biostymulacji idą o krok dalej i wykorzystują jedynie wyselekcjonowane na drodze ekstrakcji wybrane substancje bioaktywne.

Definicja biostymulacji roślin

Pomimo iż temat biostymulacji w produkcji rolnej jest już znany i wykorzystywany od dziesięcioleci, to nadal nie funkcjonuje prawna definicja biostymulacji ani biostymulatora. Zadanie zdefiniowania biologicznych podstaw biostymulatorów jako klasy związków, komplikuje różnorodność biostymulantów dostępnych na rynku. Należą do nich: bakterie, grzyby, algi morskie, wyciągi z roślin telomowych, surowce pochodzenia zwierzęcego. To samo dotyczy różnorodności procesów przemysłowych wdrażanych do przygotowywania produktów z biostymulacją (Yakin i in. 2017). Definicją, jaka obecnie charakteryzuje grupę biostymulatorów roślin, jest ta zaproponowana w raporcie bezpieczeństwa chemicznego dla Unii Europejskiej: „Biostymulator roślinny oznacza materiał zawierający substancję/e lub mikroorganizmy, przeznaczony do stosowania na roślinę, nasiona lub strefę korzeniową, w celu stymulowania naturalnych procesów zwiększających efektywność wykorzystania składników pokarmowych, tolerancję na stres abiotyczny lub/i jakość plonu, którego działanie nie zależy od zawartości składników pokarmowych”. Z samej definicji biostymulatorów nasuwa się wniosek , że nie tylko dążenie do wysokiej jakości produkcji skłania producentów do poszukiwania nowych rozwiązań. Jest to też szereg różnych czynników, z których do najważniejszych zaliczyć można czynniki stresowe, szczególnie te związane ze stresem abiotycznym, przed którym producenci chcą zabezpieczyć rośliny, lub zregenerować je już po ich wystąpieniu.

Warto też zwrócić uwagę, że produkcja rolna jest gałęzią gospodarki najbardziej uzależnioną od warunków klimatycznych (Maciejewski i in. 2007). Globalne ocieplenie, szereg anomalii pogodowych, zjawisko suszy, wysokich bądź niskich temperatur bezpośrednio lub pośrednio wpływają na powodzenie produkcji rolnej (Filipczak i in. 2016). McKeown i in. (2006) donoszą, że stresy abiotyczne mogą powodować straty w plonach na poziomie do około 30%. Z kolei Anioł i in. (2008), jak również Matysiak (2010) donoszą, iż różnica między optymalnym plonem roślin uprawnych uzyskiwanym w warunkach bezstresowych, a plonem uzyskanym w warunkach stresu powodowanego np.: przez czynniki abiotyczne, choroby, zachwaszczenie lub szkodniki wynosi nawet ok. 70%.

Biorąc pod uwagę wciąż rosnące wymogi co do jakości produkcji owoców, ograniczenia związane z dostępnością do niektórych grup środków ochrony rośliny, natężenie anomalii pogodowych, to właśnie budowa naturalnej odporności roślin i stymulowanie ich potencjału biologicznego poprzez zastosowanie naturalnych substancji bioaktywnych (Pruszyński 2008), jest najszybszą drogą do sukcesu. Efektem działania substancji bioaktywnych jest intensyfikacja biologicznego potencjału roślin. W przypadku zastosowania konwencjonalnych metod agrotechnicznych oraz konwencjonalnych systemów nawożenia jest to nieosiągalne. Pewnym rozwiązaniem jest integrowanie metod.

Biostymulacja roślin na podstawie danych literaturowych

Biostymulatory wpływają na konkretne procesy fizjologiczne zachodzące w roślinie na poziomie komórkowym. Wpływa to na poprawę wydajności i funkcjonowania całego organizmu (Jankowski i Dubis 2008). Dane literaturowe wskazują na pozytywny wpływ preparatów z biostymulacją na podniesienie odporności i wydajności biologicznej roślin (Basak i in. 2008, Ochmian i in. 2008). Mimo iż w ostatnich latach obserwuje się zintensyfikowanie badań nad działaniem substancji wykazujących działanie biostymulujące, wciąż dostępność do wyników badań z zastosowaniem biostymulatorów jest niewystarczająca. To samo dotyczy zakresu wykorzystania biostymulatorów w polskiej ochronie roślin. Nadal jest on zbyt mały i nie wykorzystuje w pełni możliwości tych środków.

Udowodniono, że biostymulatory zastosowane na początku okresu wegetacji pomagają roślinie przetrwać wiosenne przymrozki, wspomagają również regenerację tkanek po okresie zimowym (Ohta i in. 2004). Ponadto, fitoregulatory zastosowane w okresie około kwitnienia, wpływają na poprawę wydajności kwitnienia, żywotność kwiatów, żywotność i jakość pyłku, efektywność procesu zapylenia i zapłodnienia, co bezpośrednio przekłada się na poprawę jakości i ilości owoców (Ohta i in. 2004). Potwierdzono także, iż zastosowanie preparatów na bazie wyciągów z alg morskich wyzwala wcześniejsze kwitnienie, poprawia zawiązywanie owoców i rozwój zawiązków wielu gatunków roślin (Abetz 1980, Abetz i in. 1983, Featonby-Smith i in. 1987, Arthur i in.2003). Przykładem takiej antystresowej substancji jest np. kompleks Glicyna-Betaina wykorzystany w dostępnych na rynku produktach. Pozytywny wpływ alg Ascophyllum nodosum, na plon i jakość winogron odmiany „Thompson Seedless” zostały wykazane przez Norrie i Keathley (2006). Naukowcy donoszą, że przez cały 3-letni okres trwania doświadczenia rośliny traktowane wyciągami z alg morskich wykazały plony wyższe o 60,4%. W doświadczeniu tym wskazano również, że jagody z roślin traktowanych wyciągami z alg były większe, cięższe, a krzewy charakteryzowały się lepszym zawiązaniem owoców w porównaniu do roślin kontrolnych nie traktowanych biostymulacją. Istotnym elementem działania substancji bioaktywnych jest ich wpływ na transport substancji pokarmowych w roślinie (np. IPA – Isopentyl adeniny), jak i pobieranie oraz przetwarzanie składników pokarmowych z gleby (np. indole).

Badania przeprowadzone przez Joubert i Lefranc (2008) wskazują na pozytywny wpływ ekstraktów z Ascophyllum nodosum na pobieranie składników pokarmowych z podłoża, co bezpośrednio przekłada się na lepszy wzrost i odżywienie testowanych roślin. Dodatkowo, ekstrakty z alg Laminaria digitata nie tylko indukowały systemy obronne w roślinie, ale również działały na zasadzie fitoaktywatorów stymulujących aktywność enzymów fosfatazy i reduktazy azotanowej. Dzięki wysokiej aktywności tych enzymów zwiększa się przyswajanie i przetwarzanie azotu przez roślinę, a to z kolei wpływa na lepszy wzrost i wydajność biologiczną roślin. Lepsze odżywienie, podniesienie odporności roślin to również większa ilość i żywotność chlorofilu, a co za tym idzie zwiększenie intensywności fotosyntezy (Krupa 2018).

Jednym z najważniejszych wskaźników decydującym o wysokiej jakości owoców jest jędrność. W doświadczeniu przeprowadzonym na odmianie ‘Pink Lady®’ przez Yvina i Dufilsa (2010), zastosowano trzy zabiegi dolistne preparatem z biostymulacją Fertileader Elite (kompleks biostymulujący Seactive), w porównaniu do trzech zabiegów przeprowadzonych w tym czasie chlorkiem wapnia. Wykazano, że po 3 miesiącach przechowywania owoce traktowane Fertileader Elite wykazywały mniejsze straty jędrności, niż owoce z kombinacji kontrolnej. W badaniach Posmyk i Szafrańskiej (2016) zwrócono też uwagę na zawartość poliamin alifatycznych w homogenatach z alg morskich, a Kakar i Rai (1993) wykazali ich antagonistyczne działanie w stosunku do etylenu, przez co wyciągi z alg morskich wpływają pozytywnie na wydłużenie żywotności owoców po zbiorach.
Z kolei Kapłan (2018) w 2017 roku przeprowadziła doświadczenie, które miało na celu ocenę wpływu programów giberelinowych oraz programu biostymulującego z prekursorami firtohormonów na wskaźniki jakościowe jabłek odmiany ‘Golden Delicious’. W doświadczeniu ocenie poddano drzewa okulizowane na M.9, w wieku 14 lat. Badanie przeprowadzono w rejonie Wyżyny Sandomierskiej. Drzewa prowadzone były w formie osiowej i osiągnęły wysokość 3-4 m.

Wykres 1. Ocena procentowego udziału jabłek w przedziałach: poniżej 7,0 cm, 7,0 – 7,5 cm i powyżej 7,5 cm w kombinacja z prekursorami fitohormonów oraz z programem giberelinowym.

Wykres 2. Plon handlowy jabłoni odmiany ‘Golden Delicious’ w 2017 roku, t·ha-1 w zależności
od procentowego udziału owoców o średnicy powyżej 7,0 i 7,5 cm.

Kapłan (2018) wykazała w powyższym doświadczeniu największy udział jabłek powyżej 7,5 cm w kombinacji, gdzie drzewa opryskiwano czterokrotnie preparatem Maxifruit i programem giberelinowym. Ponadto, preparat Maxifruit w połączeniu z programem ‘giberelinowym’, podobnie jak w doświadczeniach z wcześniejszych lat, wpływał bardzo korzystnie na jakość i kształt owoców, zagłębień przykielichowych oraz liczbę i wielkość nasion jabłek ocenianej odmiany jabłoni.

Biostymulacja – podsumowanie

Podsumowując, większość badań przeprowadzanych z wykorzystaniem produktów z biostymulacją potwierdza ich pozytywny wpływ na zwiększenie wydajności biologicznej roślin oraz poprawę ilości i jakości plonu (Krupa 2018). Nie mniej jednak ta gałąź środków służących do poprawy jakości produkcji rolnej jest wciąż niewystarczająco zbadana i brakuje w piśmiennictwie dokładnych badań opisujących mechanizmy działania biostymulacji na fizjologię roślin. To samo dotyczy wykorzystania biostymulatorów na szeroką skalę przez plantatorów. Mimo, iż dostępność do biostymulatorów wciąż rośnie, to plantatorzy nadal nie wykorzystują w pełni możliwości jakie dają tak specjalistyczne produkty.

Przyjęło się przekonanie, że produkcja oparta na biostymulacji jest droga, a brakuje porządnego rachunku zysku i strat oraz świadomości, z jak wielu preparatów chemicznych można zrezygnować poprzez zbudowanie odpowiedniej odporności roślin i dbając o zrównoważone odżywienie. Podkreśliła to Łabanowska-Bury (2016) w podsumowaniu z doświadczenia przeprowadzonego przez dr Piotra Baryłę. Program biostymulujący stosowany na doświadczeniu w porzeczce czarnej był droższy od tego bez biostymulacji zastosowanego w kombinacji kontrolnej, jednak we wszystkich kombinacjach z biostymulacją uzyskano znacznie większe plony (o 20%) o wyższej jakości, co pozwoliło na uzyskanie większych dochodów z gospodarstwa.

Agnieszka Lenart

Katedra Sadownictwa i Ekonomiki Ogrodnictwa

SPIS LITERATURY
Abetz P., 1980. Seaweed extracts: Have they any place in Australian agriculture or horticulture?
J. Aust. Inst. Agric. Sci. 46: 23–29
Abetz P., Young C.L., 1983. The effect of seaweed extract sprays derived from Ascophyllum
nodosum on lettuce and cauliflower crops. Bot. Mar. 26: 487–492
Anioł A., Bielecki S., Twardowski T. 2008. Genetycznie zmodyfikowane organizmy – szanse i zagrożenia dla Polski. Nauka 1: 63–84
Baryła P., 2015. Wstępna ocena wpływu nawozów biostymulujących na plonowanie i jakość owoców porzeczki czarnej. II Konferencja Naukowa „Biostymulatory w nowoczesnej uprawie roślin” 25-26 lutego 2015, Warszawa. Streszczenie i sesja posterowa. SGGW Warszawa: 12
Basak A., Mikos-Bielak M. 2008. The use of some biostimulators on apple and pear trees. W: Sadowski A. (red.), Biostimulators in Modern
Agriculture, Fruit Crops. Wieś Jutra, Warszawa: 7–17
Filipczak J., Żurawicz E., Sas Paszt L. 2016. Wpływ wybranych biostymulatorów na wzrost i plonowanie roślin truskawki ‘Elkat’. Zeszyty Naukowe IO 24:43-58
Durand N., Briand X., Meyer C., 2003. The effect of marine bioactive substances (N Pro) and exogenous cytokinins on nitrate reductase activity in Arabidopsis thaliana. Physiol. Plant. 119:
489–493
Featonby-Smith B.C., Van Staden J., 1987. Effects of seaweed concentrate on grain yield in barley. S. Afr. J. Bot. 53: 125–128
Jankowski K., Dubis B. 2008. Biostymulatory w polowej produkcji roślinnej, Materiały Konferencyjne Biostymulatory w nowoczesnej uprawie roślin. SGGW, Warszawa 7-8 lutego 2008: 24
Joubert J.M., Lefranc G. 2008. Sea weed phytostimulants in agriculture: recent studies on mode of action two types of products from algae: growth and nutrition stimulants and stimulants of plant defense reactions. Book of Abstracts – Biostimulators in Modern
Agriculture. Arysta Life Science Poland: 16
Jolivet E., de Langlais-Jeannin I., Morot-Gaudry J.F., 1991. Les extraits d’algues marines: phytoactives et intérêt agronomique. Anne’e Biologique, Paris, France: 109–126
Kakkar R. K., Rai V. K. 1993. Plant polyamines in flowering and fruit ripening. Phytochemistry 33 (6): 1281-1288
Kapłan M., Baryła P., Krawiec M., Kiczorowski P. Effect of N Pro technology and seactiv complex on growth, yield quantity and quality of ‘Szampion’ apple trees. Acta Sci. Pol. Hortorum Cultus. 2013; 12(6): 45-56
Kapłan M., 2018. VIII Targi Sadownictwa i Warzywnictwa TSW 2018, materiały konferencyjne, 10-11 stycznia 2018: 30
Krupa T., Drzazga B., Kucharski J., 2018. Wpływ biostymulatorów na jakość owoców jagodowych. Czynniki wpływające na plonowanie i jakość owoców roślin sadowniczych, 27. Hortpress. Warszawa: …
Łabanowska – Bury D., 2016. Porzeczka: można wyjść na plus. Truskawka, malina, jagoda. 9: 32-33
Maciejewski T., Szukała J., Jarosz A. 2007. Wpływ biostymulatora Asahi SL i Atonik SL na cechy jakościowe bulw ziemniaków. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering 52(3): 109–112
Marjańska-Cichoń B., Sapieha-Waszkiewicz A. 2010. Wpływ preparatów Asahi SL i Tytanit na wzrost i plonowanie truskawki odmiany Salut. Progress in Plant Protection/Postępy w Ochronie Roślin 50(1): 383–388
Marjańska-Cichoń B., Sapieha-Waszkiewicz A. 2011. Efekty stosowania kilku biostymulatorów w uprawie truskawki odmiany Salut. Progress in Plant Protection/Postępy w Ochronie Roślin 51(2): 932–936
Matysiak K. 2010. Technologicznie i interwencyjnie. Wiadomości Rolnicze Pol-ska 66(3): 6
McKeown A.W., Warland J., McDonald M.R. 2006. Longterm climate and weather patterns in relation to crop yield: a minireview. Canadian Journal of Botany 84(7): 1031–1036. DOI: 10.1139/b06-080
Norrie J., Keathley J.P., 2006. Benefits of Ascophyllum nodosum marine-plant extract applications to ‘Thompson seedless’ grape production. Proceedings of the Xth International Symposium on Plant Bioregulators in Fruit Production, 2005. Acta Hortic. 727: 243–247
Ochmian I., Grajkowski J., Skupień K. 2008. Influence of three biostimulators on growth, yield and fruit chemical composition of ‘Polka’ raspberry. W: Sa-dowski A. (red.), Biostimulators in Modern Agriculture, Fruit Crops. Wieś Jutra, Warszawa: 68–75
Ohta K., Morishita S., Suda K. 2004. Effects of chitosan soil mixture treatment in the seedling stage on the growth and flowering of several ornamental plants. Journal of the Japanese Society for Horticultural Science 73: 66–68
Posmyk M. M., Szafrańska K. 2016. Biostimulators: A new trend towards solving an old problem. Front Plant Sci. 7: 748
Pruszyński S. 2008. Biostimulators in plant protection. W: Gawrońska H. (red.), Biostimulators in Modern Agriculture, General Aspects. Wieś Jutra, Warszawa: 18–23
Tuhy Ł., Chowańska J., Chojnacka K., 2013, Ekstrakty glonowe jako biostymulatory wzrostu roślin: przegląd piśmiennictwa, „CHEMIK’’ 7: 636-641
Yvin J.C., Dufils A., 2010. Incidences of Fertileader Elite® foliar spray applications on the improvementof Fruits quality and their conservation. Trials realized on Pink Lady® Cripps Pink Cov. J. Hort. Forest. Biotech. 14(3): 1–4
Yakhin O., Lubyanov A., Brown P., 2017. Biostimulants in Plant Science: A Global Perspective. www.frontiersin.org