STABILIZUJÍCÍ A OMEZUJÍCÍ FAKTORY TVORBY VÝNOSU A JAKOSTI CUKROVKY

Stabilizing and limiting Factors of Yield Formation and quality of Sugar Beet

Josef Pulkrábek, Vladimír Švachula, Lucie Jozefyová, Josef Šroller

Abstract

Sugar beet is influenced by limiting factors (specially stress) and reacts by specific reactions, which result in decreasing of the yield and deterioration of final products quality. Yield potential of contemporary varieties is not fully utilized, the reserve is 31% of root yield and 32% of sugar yield. It is necessary to know limiting and reducing factors of sugar beet production, to eliminate or at least restrict it and increase the tolerance to stress by modern genetic and cultivating methods, together with the preventive precaution against devastation of field crop environment. It is rewarding to use growing precaution (choice of suitable place, choice of tolerant variety, application of plant growth regulators e.g. Atonic, Rastim 30 DKV and other biological active compounds), which would decrease the influence of limiting factors.

sugar beet, stabilizing and limiting growing producing factors, yield potential, stress

Souhrn

Cukrovka reaguje na omezující faktory, zejména na stresy specifickými reakcemi, jež mají zpravidla za následek depresi výnosu a zhoršení jakosti finálního produktu. Produkční schopnost současných odrůd není plně v našich podmínkách využívána. Ztráty a rezervy představují 31% výnosu bulev a 32 % výnosu polarizačního cukru. Je nezbytné znát omezující a redukující faktory tvorby výnosu cukrovky a postupně je odstraňovat nebo alespoň omezovat a přiměřeně zvyšovat toleranci rostlin vůči stresům moderními šlechtitelskými metodami, aniž by se zanedbávala nápravná či preventivní opatření proti devastaci prostředí polních plodin. Vyplatí se mj. i hledání a využívání pěstitelských opatření (například regulátorů růstu Atonik, Rastim 30 DKV, výběr vhodného stanoviště a zpřesňování rajonizace, výběr tolerantních odrůd, aplikace biologicky aktivních látek atp.), jež by snižovala vliv omezujících faktorů.

cukrovka, faktory stabilizující a omezující výnos, produkční schopnost, stres

Úvod

Snahou pěstitelů cukrovky je dosáhnout maximální produkce cukru i tehdy, když během vegetace nastávají extrémní situace vyvolané nepříznivými vlivy prostředí, např. výkyvy povětrnosti, výskytem chorob a škůdců, působením cizorodých látek apod. Stability produkce se dosáhne omezením rizikových, stresových a jiných produkci redukujících a jakost zhoršujících faktorů. Vhodná kombinace ovlivnitelných pěstitelských faktorů umožní vytvořit optimální podmínky pro vysokou a stabilní produkci cukru z jednoho hektaru.

Nejprve je třeba přesně definovat omezující a redukující faktory celého procesu tvorby biologického a hospodářského výnosu cukru a formování jakostních znaků a vlastností cukrovky. Uvedené problematice je třeba věnovat pozornost nejen soustavným monitorováním omezujících (stresových) faktorů, nýbrž i jejich promyšleným odstraňováním. Bude nezbytné přiměřeně zvyšovat toleranci vůči stresům moderními šlechtitelskými metodami, aniž by se zanedbávala nápravná či preventivní opatření proti devastaci prostředí polních plodin. Vyplatí se mj. i hledání a využívání pěstitelských opatření, jež by snižovala vliv stresorů. Jedná se např. o výběr vhodného stanoviště a zpřesňování rajonizace, půdoochranné a vodušetřící pěstitelské technologie, přednostní volba tolerantních odrůd, aplikace biologicky aktivních látek (Pulkrábek 1999, Kostrej 1992, Kessel 1994, Larcher 1988), ale i omezování migrace škodlivých látek z řepy do cukrovarnických produktů (Špičák, 1996) a podobná opatření.

V současné době upozorňují šlechtitelé na okolnost, že se dostává do předstihu potenciál odrůd před pěstitelským prostředím, které je nutno systematicky zlepšovat a zbavovat stresových faktorů. Využití výnosového potenciálu u odrůd cukrovky hodnotil Pulkrábek (1986, 1987). V posledním desetiletí se zvýšil z 60 na 70 %, což je ale stále méně než je tomu např. u pšenice. Cesty ke zvýšení stability produkce vedou přes agroekologická opatření s následnými stabilizačními zásahy až po šlechtitelské zvyšování rezistence vůči nepříznivým faktorům.

Významným úkolem šlechtitelů i pěstitelů cukrovky je mj. úsilí překonat neschopnost organismu odolávat vlivu škodlivého činitele (tzv. susceptibilitu). Součástí selekčních i fytotechnických programů by měla být, kromě zvyšování produkce a jakosti, též snaha posílit snášenlivost (toleranci), či vyvolat odolnost (tj. absolutní toleranci) a celkově posílit životaschopnost (viabilitu) ve stresových podmínkách a to nejen proti chorobám, škůdcům a plevelům, ale též proti plejádě antropogenních stresorů. Nadějné perspektivy skýtají nové biotechnologické postupy (techniky rostlinných explantátů, genové manipulace a tvorba transgenní řepy).

Jednou z možností posílení viability cukrovky je aplikace vhodných biologicky aktivních látek (růstových regulátorů např. cytokininů, syntetických stimulátorů, bioalginátů a pod. Zahradníček 1997, Pulkrábek 1996). Dále by bylo účelné zjistit, zda a jak aplikace biologicky aktivních látek mění technologickou jakost jednotlivých odrůd cukrovky, distribuci těžkých kovů v různých orgánech rostliny. Obecně je známo, že kořeny shromažďují více kadmia než listy. Proto musí být výrobky z řepné vlákniny důsledně kontrolovány zejména na vyšší obsah Cd.

Při překonávání stresové zátěže vzrůstá aktivita cytokininů. Odolnost suchu, provázenou zvýšením koncentrace endogenních cytokininů, zjistili Butenko a Bosakov (in:Hradecká 1992). Zkoumání dynamiky cytokininů je však metodicky náročné (s výjimkou biologických testů).

Neomezovaný růst a vývoj cukrovky vede k nejvyšším výnosům a jakosti této plodiny. Existuje několik cest k dosažení, tohoto cíle. Jednak šlechtění a výběr odrůd, které jsou více rezistentní proti stresu ze sucha či jiným stresorům, dále agrotechnická opatření předcházející stresu ze sucha, spočívající buď v zesílení vododržné kapacity půdy a ve zvýšení hloubky zakořeňování rostlin, nebo v umělém zásobení cukrovky vodou v dobře časovaných periodách během vegetace a s ohledem na zásoby dusíku (Duda 1992, Švachula 1979, 1993, Eigner 1993).

Mezi antropegenní faktory omezující produkci a vyvolávající u cukrovky stres (nabývají v současné době na aktuálnosti) je možné počítat:

- hypoxii ornice (nedostatek kyslíku, jako důsledek druhotného zhutňování půd při nevhodném používání těžké mechanizace, úbytku organických látek, snižování pH, nevhodné aplikace agrochemikálií atd.),

- zasolení půd ionty Na+, Ca2+, SO42-, CO32-, NO3- (mj. vlivem dlouhodobého vynechávání orby, technologické nekázně při aplikaci hnojiv a závlah),

- fytotoxiny (inhibiční vliv meziproduktů rozkladu posklizňových zbytků při nesprávném střídání plodin apod.),

- rezidua pesticidů (zejména herbicidních přípravků s převažujícím účinkem přes kořeny při jejich chybné aplikaci),

- těžké kovy v prostředí (rezidua některých pesticidů jsou zdrojem Hg, v důsledku průmyslových imisí vzniká kontaminace Cd a Pb, některá fosforečná hnojiva zamořují půdu kadmiem),

- hliník (jeho toxicita vůči rostlinám roste vlivem narůstajícího okyselování půd zvláště na alumosilikátových substrátech).

Na problém retrovegetace cukrovky a jejího negativního vlivu na technologickou jakost upozornil Zahradníček (1994). Např. povětrnostní podmínky v ČR byly v r. 1995 pro pěstování cukrovky nepříznivé. Nadměrné srážky v červnu a pak na přelomu srpna a září spojené s částečným vodním deficitem v červenci a v první polovině srpna vyvolaly stresovou reakci (zmlazení lisů) zvláště na pozemcích s bohatou zásobou dusíku. Zmlazením může být postižena cukrovka i v důsledku poškození listů krupobitím (Bachmann 1993, Bürger 1994).

Stresy z hypoxie ornic jsou dnes aktuální na 37 % orné půdy České republiky, jež jsou nadměrně zhutnělé a negativně ovlivňují i značnou část výměry cukrovky. Za stresující podmínky můžeme považovat objemovou hmotnost půdy již od 1,6 - 1,7 g.cm3. Na zhutnělých půdách jsou vyšší náklady na jejich zpracování a pokles výnosu může dosáhnout u cukrovky z výše uvedených důvodů až 30 %. Zhoršení jakosti cukrovky při rostoucím penetračním odporu půdy prokázal Šimon a Lhotský 1989, Zahradníček a kol. ( 1999).

Již dříve upozorňovali Kudrna (1981), Stehlík (1982), v současné době Pačuta (1998), že v našich podmínkách jsou pro cukrovku limitujícím faktorem srážky a variabilita výnosu je čtyřikrát větší než variabilita cukernatosti. Nedostatek srážek či jejich nerovnoměrné rozdělení mohou způsobit nižší produkci a v extrémnějších případech i stres. Na problematiku suchých oblastí ČR upozorňuje v této souvislosti Krejčí (1975), Bajči (1998). Podmínky základní klimatické rovnice pro maximální sklizeň byly v posledních letech splněny v ČR jen v 23,3 % ročníků (Švachula 1978, 1981, 1993).

Periody delšího sucha, zhoršený vodní režim, případně zasolení po dlouhodobém zavlažování se projevuje osmotickým stresem, mj. změnami fotosyntézy cukrovky. Vodní stres způsobuje změny metabolismu rostlin. Dokonce i malé snížení vodního potenciálu může vést k vážným fyziologickým poruchám syntetických procesů, struktury bílkovin a aktivity enzymů (Rekoslavskaja 1989). Projevují se v četných interakcích stresových vlivů s růstem a vývojem v závislosti na ontogenetickém stavu rostliny. V důsledku zpomalení růstu listů dochází k tzv. osmotické adaptaci na vodní stres: vyšší turgor se udržuje v důsledku vyšší koncentrace buněčných roztoků v menších buňkách. Často i při mírných stresech zvyšuje poměr kořenů k nadzemní části. Výrazné změny metabolismu buňky mají za následek změny aktivity nitrátreduktázy, zvýšení hladiny volných sacharidů, aminokyseliny prolinu a růstového regulátoru - kyseliny abscisové (Rekoslavskaja 1989). Zvláštností cukrovky, jako následek stresu ze sucha nebo zasolení, je dále vysoká hladina glycinbetainu. Akumulace betainu může být podle některých autorů měřítkem akumulace stresu (Švachula 1996).

Ztráta energie je jednou z hlavních příčin poškození rostlin suchem a dalšími povětrnostními extrémy, případně jinými omezujícími faktory. Důvodem, proč cukrovka nemůže využít energii, je uzavření průduchů (stomat) na povrchu listů během sucha, aby se uchovala voda. To značně redukuje absorpci CO2 ze vzduchu a zastavuje fixaci energie a procesy tvorby cukru. Všechny tyto faktory odpovídají za polní symptomy, vadnutí zvláště listů. To vede k jejich poškození a smrti a ke konečnému snížení výnosu. Podle Thomase a Clarkeho (1995) diploidní odrůdy mají tendenci mít velký počet malých průduchů, zatímco triploidní mají méně průduchů, ale větších. Zkoumání velikosti a frekvence průduchů je podle uvedených autorů vhodným kriteriem k indikaci stresové tolerance vůči suchu.

Chlorofyly jsou již dlouho známy jako primární fotoreceptory fotosyntézy (Čatský 1996). Změny jejich obsahu v listech cukrovky dobře zachycují vliv extrémních vláhových podmínek (Švachula 1993). Další vhodnou experimentální metodou zkoumání stresů by mohlo být posuzování zdraví a funkčnosti listů za použití přenosného měřiče chlorofylové fluorescence (Tomas a Clarke 1995), k měření výkonnosti těchto pigmentů. Jak uvádí někteří autoři (Bolhar-Nordenkapf 1994) změny fluorescence chlorofylu a změny jeho absorpce mohou zachytit krátkodobý i dlouhodobý stres z vnějšího prostředí. Všechny odezvy rostlin na stres mají fotoinhibiční složku, jejíž mechanismus není dnes ještě vysvětlen.

Cílem výzkumu je porozumět souvislostem mezi cukrovkou a jejím prostředím, identifikovat mechanismy, které může rostlina modifikovat pro překonání stresu, vybrat odrůdy, které jsou vůči stresu tolerantní a podle toho upřesnit rajonizaci a přispět ke stabilizaci produkce. Výsledky výzkumu mohou sloužit jak šlechtitelům, tak i pěstitelům a zpracovatelům. Poznat reakci plodin na omezující faktory prostředí, na toleranci k abiotickým stresům je dnes velmi aktuální i u cukrovky.

Materiál a metoda

V přesných maloparcelkových pokusech byl na pokusné stanici v Uhříněvsi hodnocen vliv řady pěstitelských faktorů (dávky dusíku, hustoty porostu, odrůdy, regulátorů růstu, listové výživy atd.) na množství a jakost sklizených bulev cukrovky. Hnojení a agrotechnika pokusu byla běžná. V přepočtu bylo hnojeno 80 kg dusíku, 40 kg fosforu a 90 kg draslíku č.ž. na jeden hektar. Porosty byly zakládány výsevem na vzdálenost 3 - 6 cm a ručně jednoceny. Jednotlivé varianty byly 4 x opakovány, sklizňová plocha jedné parcely byla 15 m2. Pokusy byly ručně sklizeny a stanoveny hmotnosti bulev a chrástu. Technologická jakost sklizených bulev cukrovky byla hodnocena ze vzorku 20 - 25 bulev ve VUC Praha a.s..Půdy pokusné stanice v Uhříněvsi jsou hluboké, patří k půdnímu typu hnědozem. Průměrná denní teplota vzduchu je 8,3 oC, průměrná denní teplota vzduchu ve vegetačním období je 14,6 oC. Průměrné roční srážky činí 575 mm, z toho v období duben až září 380 mm.

Údaje o metodickém postupu dalších experimentálních výsledků jsou uvedeny v citované literatuře.

Výsledky a diskuse

Předkládané výsledky shrnují výsledky řady víceletých pokusů a sledování. Z nich jsou předkládány souhrnné výsledky ukazující vliv některých stabilizujících a omezujících faktorů na množství a jakost sklizené cukrovky.

Stabilizující vliv regulátorů růstu

Předkládané závěry hodnotí vliv regulátorů růstu (Atonik, Rastim 30 DKV, cytokininy atd.) na množství a jakost sklizených bulev vybraných odrůd cukrovky (Tab. 1.). Vliv sledovaných látek na cukernatost byl ve většině pokusných letech velmi malý. Aplikací biologicky aktivních látek lze snadněji ovlivnit množství produkce než její kvalitu, danou především cukernatostí. V průměru sledovaných let u odrůdy Edda stoupl výnos bílého cukru proti neošetřené kontrole až o 7,1 % u varianty ošetřené cytokininem 4 - 6 týdnů před sklizní. U ostatních sledovaných variant se zvýšení v průměru pohybovalo od 1,6 do 3 %. U výnosové odrůdy Hilma bylo zvýšení výraznější, zejména u variant s předsklizňovou - podzimní aplikací (zvýšení o 11 - 15 %). Dále bylo prokázáno, že ošetření cukrovky Atonikem nejen že zvyšuje produkci cukru na poli, ale i nižším dýcháním při skladování snižuje skladovací ztráty cukru před jejím technologickým zpracováním (Pulkrábek 1999).

S kolektivem autorů (Zahradníček a kol. 1996, Kotyk a kol. 1996) jsme sledovali vliv cytokininu R na endogenní respiraci části bulvy a prokázali, že cytokinin snižuje dýchání. To naznačuje, že snižuje úbytky cukru v bulvě, jak při vegetaci, tak zřejmě při následném skladování.

Tabulka 1. Vliv regulátorů růstu na množství a jakost sklizené cukrovky

(průměry čtyř pokusů let 1994 - 1996 v % kontroly, )

Omezující vliv poškození listů

Dalším významným omezujícím faktorem při pěstování může být poškození listového aparátu rostliny cukrovky. K mechanickému poškození rostlin může dojít chybami při plečkování, případně chorobami (spála řepná) či škůdci brzy po vzejití. Později, kdy je již dostatečně velká bulva mohou být rostliny (porosty) poškozeny živelními pohromami (krupobitím). V takovém případě dochází k poškození nebo zničení listů (listové plochy v různém stupni. Rostlina sice obnoví růst listů z adventivních pupenů na hlavě bulvy, ale přerušení nebo omezení asimilace a reexport živin pro tvorbu nových listů znamená výnosovou ztrátu. Výše ztráty je pak závislá na stupni poškození listů a na termínu či období, kdy k poškození došlo. K nejvyšším ztrátám dochází v závislosti na stupni poškození listů v období mezi 60 - 90 dny po výsevu, kdy jsou přírůstky rostlin vysoké. Poškození na počátku a na konci vegetace má na ztráty menší vliv - řepa dokáže poměrně dobře zničenou listovou plochu nahradit. Kromě poklesu ve výnosu bulev dochází pochopitelně i ke snížení cukernatosti. Přehled o závislostech mezi stupněm poškození listové plochy (udávaný v % úbytku plochy listů), termínem poškození a ztrátou výnosu polarizačního cukru v % udává tabulka 2.

Při zničení části rostlin vlivem nesprávné kultivace po vzejití, případně chorob a škůdců mohou sice zbývající rostliny do jisté míry kompenzovat vzniklou mezeru, ale chybějící počet nemohou plně nahradit. Vzniklé mezery jsou pak příčinou poklesu výnosu, který při velké mezerovitosti progresivně stoupá. K citelnému poklesu výnosu dochází při mezerovitosti nad 10%.

Tendence ve využití výnosového potenciálu cukrovky

O využívání výnosového potenciálu odrůd cukrovky v provozních podmínkách nejlépe vypovídá srovnání průměrných údajů za republiku s výsledky pokusů ÚKZÚZ a pokusy pro seznam doporučených odrůd (obr. 1 a 2). Na základě celkového posouzení zjištěných výsledků a dosavadních zkušeností jsme se pokusili shrnout ztráty a rezervy ve výrobě cukru do tabulky 3 uvádějící zejména ukazatele, které může pěstitel ovlivnit. Za celkovou alternativu ztrát jsme vzali rozdíl, mezi výnosem na provozních plochách a výsledky odrůdových pokusů ÚKZÚZ v posledních letech. Potěšitelné je, že využití produkčního potenciálu v zemědělské prvovýrobě u cukrovky stoupá.

V současné době nemáme dostatek podkladů pro vyhodnocení podílu jednotlivých vybraných pěstitelských faktorů na výnos bulev a cukernatost proto uvádíme údaje starší ale v mnohém ještě vypovídající.

Závěrem je třeba připomenout, že základem k úspěšnému pěstování cukrovky je zvládnutí technologie pěstování cukrovky bez ruční práce v souladu s jejími jednotlivými zásadami, s komplexním zabezpečením materiálovým i technologickým.

Tabulka 3. Kvantitativní proporce současných rezerv ve výnosu polarizačního cukru u cukrovky

Tabulka 4. Podíl vybraných faktorů na výnosu bulev a cukernatosti v období let 1981-1985 v ČR

Literatura

1. Bachmann,L.: Zuckerrübe, 42,1993, 4, s. 241 - 243.

2. BAJČI a kol. : . Listy cukrovarnické a řepařské 114, 1998, s. .

3. Bolhar-Nordenkapf, H.R. a kol.: In: Plant production an the Threshold of a New Century. Kluver Academic Publishers, Dordrecht/Boston/London, 1994, s. 295 - 302.

4. BÜrger, K.: Zuckerrü be, 43, 1994, 2, s. 130 -132.

5. Čatský, J. Pospíšilová, J., Kamínek, M., Gaudinová, A., Pulkrábek, J., Zahradníček, Biologia Plantarum 38 (4):511-518, 1996.

6. Duda, A.: Zuckerrübe,41,1992,5, s. 286 - 287.

7. Eigner, H.: Agrozucker, 1993,1, s. 12 - 13.

8. Eigner, L.: Agrozucker,1993,3, s. 20 - 21.

9. Grovers, S.-Wells, A.: Brit. Sugar Beet Rev., 61,1993, 1, s. 21 - 23.

10. Hradecká, D: Kandidátská disertační práce, VŠZ Praha, 1992.

11. Kessel, W.-CH.von: Zuckerrü be, 43, 1994, 5, s. 294 - 297.

12. Kostrej, A. a kol.: Fyziológia porastu pol ných plodín. Vydavatelské a edičné stredisko VŠP Nitra, 1992, s.72-79,114-120.

13. Kotyk, M., Kamínek, J., Pulkrábek, J., Zahradníček, J. : Biologia Plantarum 38 (3):363-368, 1996.

14. Krejčí V.: Úroda 23, 1975, 10, s. 383.

15. Kudrna, K.: Sb. celost. konf. “Regulace jakosti cukrovky” v Hradci Králové, Dům techniky ČSVTS Pardubice, s. 2 - 16.

16. Larcher,W.: Fyziologická ekologie rostlin. Academia Praha, 1988.

17. PAČUTA, V., BAJČI P.: Stav a zmeny vo výrobe cukrovej repy na Slovensku v posledných rokoch. Listy cukrovarnické a řepařské, 114, 1998, č. 2. s. 46-49.

18. Pulkrábek, J. a kol.: Rostlinná výroba, 45, 1999 (8): 379-386.

19. Pulkrábek, J.: Sborník vysoké školy zemědělské v Praze Řada A, 45, 1986, str. 185 - 197.

20. Pulkrábek, J.: Sborník z konference Podíl šlechtění a semenářství na zvyšování bioloigického potenciálu cukrovky., 17. - 18. února 1987 Pardubice., str. 18 - 28.

21. Pulkrábek, J.: Scientia Agriculturae Bohemica, 27, 1996 (2):85-103.

22. Rekoslavskaja, N.I.: In: Salajev,R.K.(edit.): Stressovyje bělki rastěnij, "Nauka", Novosibirsk, 1989, s. 113-142.

23. SpičÁK, V.V. a kol.: Sachar. Prom., 1996, 5, s. 23 - 24.

24. Stehlík, V.: Biologie druhů, variet a forem řep rodu Beta L. Academia Praha, 1982.

25. Šimon, J.-Lhotský, J. a kol.: Zpracování a zúrodňování půd. SZN Praha 1989.

26. Šroller, J. a kol. : Scientia Agriculturae Bohemica, 1994

27. ŠROLLER, J., PULKRÁBEK, J.: Sborník vysoké školy zemědělské v Praze Řada A, 47, 1987, str. 225 - 237.

28. ŠVACHLA V.: Rostlinná výroba 39, 1993, 6, s. 543,-550.

29. ŠVACHULA V., PULKÁBEK J., ŠROLLER J., ZAHRADNIČEK J.: Listy cukrovarnické a řepařské, 113, 1997, s. 101-105.

30. ŠVACHULA, V.- PULKRÁBEK, J.- ZAHRADNÍČEK,J.: Scientia Agriculturae Bohemica, 27, 1996, 3:183 - 197.

31. Švachula, V.: Sborník VŠZ v Praze - Fakulta agron.,řada A,díl 1, 1978, s. 197.

32. Švachula, V.: Doktorská disertační práce, VŠZ Praha,1981.

33. Švachula, V.: Rostlinná výroba, 25,1979, č. 10, s. 1065.

34. ŠVACHULA,V.-ŠVACHULOVÁ, J.: Rostlinná výroba, 25, 1979, 1, s.1-8.

35. Thomas, T. - Clarke, N.: British sugar, 63, 1995, 3, s. 8 - 11.

36. ZAHRADNÍČEK J a kol.: Listy cukrovarnické a řepařské, 115, 1999 s.

37. Zahradníček, J., Pulkrábek, J., KOTYK, A., Šroller, J., Čatský, J., Pospíšilová, J., Kamínek, M., : Závěrečná zpráva grantu GA ČR č. 501/93/0225, leden 1997, VUC Praha.

38. Zahradníček, J.: Zemědělec 17.8.1994, s.15.

Adresa prvního autora:

Obr. 1

Obr. 2