Aktualne oblicze integrowanej ochrony roślin, czyli o interakcjach w agroekosytemie

Rozmowa z dr hab. Martą Damszel, prof. UWM

Obserwujemy ostatnio tendencje do ograniczania liczby dostępnych rozwiązań opartych na chemicznym zwalczaniu patogenów i wskazywaniu na inne rozwiązania w tym biologiczne. Co Pani o tym sądzi?

Już w 2019 roku odczuwaliśmy na krajowym rynku pierwsze decyzje rozporządzeń wykonawczych KE w zakresie wycofywania substancji aktywnych z obrotu. Kolejny rok - 2020 - był jeszcze większym wyzwaniem, ponieważ z listy dopuszczonych do stosowania substancji aktywnych skreślano kolejne substancje o bardzo szerokim spektrum stosowania w uprawach zbóż, rzepaku czy roślin sadowniczych. Spośród 222 zarejestrowanych w 2019 roku produktów opartych na triazolach, powszechnie stosowanych w ochronie zbóż przed patogenami, w latach 2022-24 zostanie już tylko 41. Dodatkowo świadomość i dowody na zmiany klimatyczne w postaci ekstremów pogodowych wymuszają inne spojrzenie na ochronę roślin. Zainteresowanie biologicznymi środkami ochrony roślin wynika z jednej strony z konieczności uzupełnienia puli narzędzi ochrony roślin czy spełnienia wytycznych Wspólnej Polityki Rolnej, a z drugiej - z rosnącej świadomości i chęci ograniczenia presji chemicznych środków ochrony roślin na środowisko.

Czy Pani zdaniem ten kierunek jest dobrym rozwiązaniem z punktu widzenia producenta-rolnika?

W mojej ocenie skutkiem ograniczenia puli chemicznych środków ochrony roślin będzie konieczność świadomej i precyzyjnej ochrony roślin projektowanej na miarę konkretnego stanowiska z uwzględnieniem lokalnych warunków pogodowych, doboru odmiany, prawidłowo skonstruowanego płodozmianu czy systemu uprawy. Rolnicy powinni zwrócić szczególną uwagę na mechanizm działania fungicydów z preferencją ich odmiennych mechanizmów w stosunku do sprawców chorób. Grzyby, jako chorobotwórcze mikroorganizmy dominujące w zbiorowisku patogenów, wykazują plastyczność oraz zdolność do adaptacji w różnorodnych warunkach środowiska, a zarazem łatwość uodparniania się na substancje chemiczne. Redukcja liczby dostępnych środków chemicznych, podobnie jak ich zbyt intensywne stosowanie, może sprzyjać zjawisku uodparniania i nieprzestrzegania w praktyce strategii antyodpornościowej. Z drugiej strony wiemy, że biologiczne środki ochrony roślin są bezpieczne dla środowiska i rzadko notuje się zjawisko uodpornienia agrofagów czy zjawisko fitotoksyczności roślin po ich aplikacji. Zaletami są także brak pozostałości w plonach oraz brak okresu prewencji i karencji. Wady wynikają głównie z biologii zastosowanych mikroorganizmów i wymagają terminowości zastosowania np. wczesny etap rozwoju roślin, wczesne stadia poinfekcyjne, często konieczność wielokrotnych zabiegów. Rolnicy powinni także zaakceptować brak natychmiastowego efektu, konieczność stałego monitoringu upraw oraz niższą w stosunku do środków chemicznych skuteczność powiązaną z warunkami rozkładu temperatury i wilgotności. Z punktu widzenia producenta może to być proces wymagający wiedzy i umiejętności, zdolności i chęci adaptacji, jednak dający poczucie satysfakcji ze zmian.

Czy wiemy ile wynosi przeciętna liczba grzybów żyjących w otoczeniu - środowisku naszych upraw, które mogą mieć wpływ na kondycję roślin i ich potencjał plonowania?

Według danych literaturowych aktualnie rozpoznano 148 tysięcy spośród 2,2-3,8 miliona gatunków grzybów, które według przypuszczeń naukowców ogółem występują na Ziemi. Biomasa grzybów wynosi od 500 do 5000 kg na hektar, a w 1 gramie gleby istnieje około 105 kultur. Znamy więc jedynie nieznaczny odsetek zbiorowiska grzybów. Warto podkreślić, że to bakterie i grzyby odpowiadają za rozkład ok. 95% biomasy w postaci martwych roślin i ich fragmentów. Wszystkie grzyby towarzyszące uprawie roślin, niezależnie od ich roli ekologicznej, mają wpływ na plonowanie i kształtują zarówno strukturę ilościową jak i jakościową plonu. Część
związana jest ze strefą systemu korzeniowego, aparatem asymilacyjnym i tworzy biofilm na albo w organach roślinnych, poprawiając chłonność czy odporność na niekorzystne warunki. Inne zasiedlają tkanki będąc pasożytami.

Czy wszystkie grzyby i bakterie są szkodliwe i zagrażają naszym plantacjom?

Dominującą pulę w zbiorowisku mikroorganizmów tworzą saprotrofy, które żywią się martwą materią organiczną i decydują o obiegu materii i energii w agrocenozach. To one decydują o szybkim rozkładzie resztek pożniwnych i procesie mineralizacji. W tej grupie można wydzielić najmniej liczną populację mikroorganizmów antagonistycznych (około 5-10%) względem patogenów, które konkurują szybkim wzrostem lub wydzielanymi substancjami z patogenami lub mogą być ich nadpasożytami. Szkodliwe, czyli patogeniczne, stanowią około 10-20% całego zbiorowiska. Należy jednak podkreślić, że potencjał infekcyjny niektórych grzybów czy bakterii jest na tyle silny, że brak kontroli w postaci zabiegów ochrony roślin może skutkować stratami plonu średnio od 15 do 40%, co często decyduje o wysokości dochodu gospodarstwa. Dlatego w integrowanej produkcji roślin mówimy o zrównoważonym gospodarowaniu, w tym o ochronie roślin, aby utrzymać populacje szkodliwych mikroorganizmów poniżej ekonomicznego progu szkodliwości, a promować aktywność saprotrofów.

Czy powszechnie stosowane rozwiązania chemiczne np. triazole, morfoliny itd. mogą mieć wpływ na ogólne ograniczanie ilości mikroorganizmów np. glebowych i czy może to w jakiś sposób oddziaływać na jakość i wielkość plonu?

Wszystkie dopuszczone do stosowania środki ochrony roślin, także chemiczne, podlegają ścisłym, powtarzalnym i niezależnym od organu rejestrującego badaniom. Dotyczą one nie tylko skuteczności względem patogenów, ale także fitotoksyczności, wpływu na plon, aktywności fotosyntetycznej roślin i oddziaływania na środowisko. Kolejnym krokiem jest także badanie pozostałości środków ochrony roślin w glebie, płodach rolnych czy wodzie. Mimo przyjętego protokołu postępowania należy z pewnością przyjąć, że fungicydy o szerokim spektrum aktywności mają wpływ na zarówno na agrofagi, jak i te mikroorganizmy, które towarzyszą roślinom uprawnym i są zdeponowane w glebie, czy stanowią naturalny i integralny składnik biofilmu roślin. Kluczowe w zachowaniu dynamicznej równowagi w zbiorowisku mikroorganizmów jest przestrzeganie dobrej praktyki - poczynając od techniki wykonywania zabiegów i kończąc na zalecanych dawkach cieczy roboczej. Ważnym kryterium jest stały monitoring i diagnostyka agrofagów, a nie prewencyjne stosowanie fungicydów względem patogenów. Gospodarstwa ekologiczne, bazujące na ograniczonej puli środków ochrony roślin i konstrukcji płodozmianu jako fitosanitarnym narzędziu kontroli agrofagów, nie osiągają produkcyjności zapewniającej bezpieczeństwo żywnościowe. Wydaje się, że w przypadku gospodarstw z integrowanym systemem produkcji stosowanie środków chemicznych może być konieczne i jest uzasadnione. Wymaga jednak przestrzegania zasad dobrej praktyki rolniczej.

Co może Pani powiedzieć na temat mykoryzy i jej znaczenia dla zdrowotności i potencjału plonotwórczego roślin?

Mykoryza jest symbiozą grzybów i pośrednio bakterii z korzeniami roślin. Korzyści płynące z tej troficznej zależności mają oba komponenty. Natomiast z punktu widzenia plonotwórczej roli tego oddziaływania trzeba uwypuklić rolę fizjologiczno-żywieniową. Jest ona związana z dostępnością i lepszym wykorzystaniem wody oraz makro- i mikroelementów. Ma to szczególne znaczenie w lata suche czy w regionach z deficytem wody. Mykoryza pełni również rolę ochronną. Ta ostatnia funkcja wyraża się tworzeniem przez grzyby bariery mechanicznej w strefie korzeniowej roślin, której nie są w stanie pokonać patogeny, a nierzadko szkodniki, oraz bariery biochemicznej - dzięki wydzielanym enzymom i antybiotycznej (antybiotyki, inhibitory). Nawiązanie układu mykoryzowego jest zatem stymulujące względem kondycji roślin i podnosi ich potencjał plonotwórczy. Przykładowo w efekcie sztucznej mykoryzacji pszenicy można uzyskać wyższe parametry biomasy roślin, wyższy plon oraz zawartość azotu i fosforu.

Jak zachowują się grzyby mykoryzowe w kontakcie z fungicydami?

W zależności od gatunku, wieku rośliny oraz taksonów grzybów wchodzących w oddziaływanie, „grzybokorzeń” może przybierać różne morfotypy. Kształt ektomykoryzy może być koralowaty, dychotomicznie rozgałęziony oraz prosty. W przypadku endomykoryz wewnątrz komórek rośliny-gospodarza obserwujemy pęcherzyki lub drzewkowato rozgałęziające się struktury. Stosowanie chemicznych środków ochrony roślin, nie tylko fungicydów, ale także herbicydów, może upraszczać morfotyp, przez co wydajność układu mykoryzowego maleje. Skrajnie mykoryza obumiera, a autonomiczny korzeń pozbawiony jest symbiotycznych korzyści.

Jak ocenia Pani możliwości i zadania naukowców w zakresie edukacji i wdrażania integrowanych metod ochrony?

Podkreślić należy, że integrowany system produkcji i ochrony roślin to już osiem lat praktyki. Jako kadra akademicka od wielu lat uczestniczymy w procesie edukacyjnym i popularyzatorskim w ramach konferencji, szkoleń, warsztatów i paneli dyskusyjnych kierowanych do rolników oraz kadry jednostek administracyjnych. Ponadto bezpośredni kontakt z producentami rolnymi stanowi pomost i transfer wiedzy między nauką a praktyką i istotnie wpływa na promowanie wiedzy w zakresie integrowanych metod ochrony roślin. Należy pamiętać, że produkcja roślinna to praca w laboratorium pod gołym niebem. Zatem niemal w każdym sezonie należy uaktualniać i poszerzać swoje kompetencje. Dotyczy to obu stron dialogu: kadry Wydziału Rolnictwa i Leśnictwa, jak i samych rolników. Tylko dzięki takiemu podejściu komunikacja jest skuteczna.

Czy w Katedrze Entomologii, Fitopatologii i Diagnostyki Molekularnej prowadzone są prace badawcze, które w przyszłości mogą wpłynąć na zwiększenie efektywności metod integrowanych z zastosowaniem żywych organizmów?

Zespół Fitopatologii pracuje nad szerokim zakresem badań obejmujących: zagrożenia chorobami wybranych gatunków roślin uprawnych i możliwości stosowania integrowanej ochrony, analizę udziału związków fenolowych w mechanizmie odporności roślin na patogeny, ocenę zawartości związków bioaktywnych w roślinie, analizę biologii patogenów: Alternaria spp., Rhizoctonia spp., Oculimacula spp., Zymoseptoria tritici, Fusarium spp.

oraz antagonistycznych drożdży: Aureobasium pullulans i Debaryomyces hansenii. Badania prowadzone przez zespół fitopatologów obejmują także molekularne metody identyfikacji patogenów roślin uprawnych i leśnych technikami PCR i qPCR, wykrywanie punktowych mutacji genów odpowiedzialnych za odporność grzybów na fungicydy strobilurynowe, identyfikację genów związanych z wirulencją patogenów, genów odpowiedzialnych za proces adhezji bakterii, genów kodujących alergenne białka grzybów oraz identyfikację chemotypów grzybów rodzaju Fusarium, badania ekspresji genów szlaku Tri F. graminearum i genów pszenicy związanych z mechanizmami obronnymi, analizę zbiorowisk grzybów metodą mikroskopową i sekwencjonowania nowej generacji (NGS). Realizowane aktualnie projekty służą podniesieniu wydajności integrowanych metod ochrony roślin z wykorzystaniem hybrydowego stosowana chemicznych i biologicznych środków ochrony roślin.

Czy i w jakim stopniu edukacja studentów UWM - przyszłych doradców z zakresu ochrony roślin obejmuje tematykę integrowanej ochrony?

Wydział Rolnictwa i Leśnictwa Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie prowadzi kształcenie na kierunku rolnictwo, leśnictwo, architektura krajobrazu, ochrona środowiska, odnawialne źródła energii i chemia. Kierunek Rolnictwo realizowany jest zarówno na pierwszym, jak i na drugim stopniu kształcenia, a także w szkole doktorskiej w dyscyplinie rolnictwo i ogrodnictwo. Proces dydaktyczny, w tym programy kształcenia, podlega zmianom i jest odpowiedzią zarówno na bieżące potrzeby pracodawców, jak i zmieniające się uwarunkowania produkcji roślinnej. Wiele przedmiotów jest bezwzględnie aktualizowanych w każdym cyklu kształcenia i wynika to z dostosowania kompetencji absolwentów do aktualnych przepisów. Dodatkowo w Katedrze Entomologii, Fitopatologii i Diagnostyki Molekularnej prowadzone są kursy i szkolenia w zakresie diagnostyki agrofagów roślin rolniczych z elementami ochrony roślin oraz studia podyplomowe: Integrowana produkcja i ochrona roślin. W ocenie dydaktyki realizowanej na Wydziale Rolnictwa i Leśnictwa Prezydium Polskiej Komisji Akredytacyjnej wydało ocenę wyróżniającą dla kierunku Rolnictwo na poziomie studiów pierwszego i drugiego stopnia o profilu ogólnoakademickim. Jest to najwyższa możliwa ocena oraz wyraz uznania dla wysokiej jakości kształcenia na tym kierunku. Oprócz bazy laboratoryjnej poligonem pod gołym niebem są 3 stacje doświadczalne, łącznie w areale około 5000 ha, co gwarantuje praktyczną naukę zawodu. Prężnie działają koła naukowe z sukcesami w krajowych rankingach. W zakresie ewaluacji nauki Wydział otrzymał najwyższą ocenę: kategorię A Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego, co dowodzi aktywności i wysokiemu poziomowi działalności naukowej (projektów, publikacji) pracowników wydziału.

Dziękuję za rozmowę.

Andrzej Żmijewski
Dział Innowacji Ampol-Merol Sp. z o.o.