Rozprawa naukowa nr 503

Celem pracy było pogłębienie wiedzy na temat wzrostu i plonowania szparaga z uwzględnieniem bilansu cukrów w roślinach, jak również przeanalizowanie wpływu przebiegu warunków klimatycznych na plonowanie szparaga, zarówno w latach przed rozpoczęciem zbiorów wypustek, jak i w latach zbiorów. Dodatkowo określono wpływ temperatury powietrza na intensywność oddychania korzeni, wypustek i pędów asymilacyjnych szparaga oraz przeanalizowano ilość cukrów zużywanych na potrzeby oddychania poszczególnych organów rośliny. Oceniono również wpływ temperatury powietrza i promieniowania słonecznego na intensywność fotosyntezy. Podjęto także próbę opracowania modelu umożliwiającego wyznaczenie masy pędów asymilacyjnych na podstawie ich grubości i wysokości, co z kolei pozwoliło na określenie powierzchni pędów asymilacyjnych, ilości absorbowanego światła przez te pędy, produkcji cukrów w okresie asymilacji oraz zapotrzebowania cukrów na potrzeby oddychania pędów asymilacyjnych. W oparciu o uzyskane wyniki zaproponowano wskaźniki opisujące efektywność zużycia cukrów w odniesieniu do ilości absorbowanego światła przez pędy asymilacyjne oraz zebranego plonu.
Badania obejmowały siedem doświadczeń prowadzonych w polu, tunelu foliowym, szklarni oraz kamerach wegetacyjnych w latach 1994–2012. W doświadczeniach polowych przeanalizowano plonowanie pięciu odmian szparaga sadzonych w trzech kolejnych latach oraz określono wpływ terminu kończenia zbiorów na wzrost i plonowanie trzech odmian szparaga. W doświadczeniach prowadzonych w warunkach kontrolowanych określono wpływ temperatury na fotosyntezę i oddychanie kilku odmian szparaga.

Celem pracy było pogłębienie wiedzy na temat wzrostu i plonowania szparaga z uwzględnieniem bilansu cukrów w roślinach, jak również przeanalizowanie wpływu przebiegu warunków klimatycznych na plonowanie szparaga, zarówno w latach przed rozpoczęciem zbiorów wypustek, jak i w latach zbiorów. Dodatkowo określono wpływ temperatury powietrza na intensywność oddychania korzeni, wypustek i pędów asymilacyjnych szparaga oraz przeanalizowano ilość cukrów zużywanych na potrzeby oddychania poszczególnych organów rośliny. Oceniono również wpływ temperatury powietrza i promieniowania słonecznego na intensywność fotosyntezy. Podjęto także próbę opracowania modelu umożliwiającego wyznaczenie masy pędów asymilacyjnych na podstawie ich grubości i wysokości, co z kolei pozwoliło na określenie powierzchni pędów asymilacyjnych, ilości absorbowanego światła przez te pędy, produkcji cukrów w okresie asymilacji oraz zapotrzebowania cukrów na potrzeby oddychania pędów asymilacyjnych. W oparciu o uzyskane wyniki zaproponowano wskaźniki opisujące efektywność zużycia cukrów w odniesieniu do ilości absorbowanego światła przez pędy asymilacyjne oraz zebranego plonu.
Badania obejmowały siedem doświadczeń prowadzonych w polu, tunelu foliowym, szklarni oraz kamerach wegetacyjnych w latach 1994–2012. W doświadczeniach polowych przeanalizowano plonowanie pięciu odmian szparaga sadzonych w trzech kolejnych latach oraz określono wpływ terminu kończenia zbiorów na wzrost i plonowanie trzech odmian szparaga. W doświadczeniach prowadzonych w warunkach kontrolowanych określono wpływ temperatury na fotosyntezę i oddychanie kilku odmian szparaga. W pierwszym doświadczeniu stwierdzono, że plon ogólny i handlowy pięciu odmian szparaga zależał od roku zbiorów i odmiany, natomiast nie miały na niego wpływu warunki klimatyczne związane z rokiem sadzenia rozsady. Warunki te istotnie modyfikowały wpływ odmiany i czynników klimatycznych w roku zbiorów. Im większy był plon ogólny w jednym roku, tym mniejszy był on w kolejnym. Największy plon ogólny i handlowy zebrano u odmiany ‘Gijnlim’.
W kolejnych dwóch doświadczeniach, w których zróżnicowano długość okresu zbiorów wykazano, że wielkość plonu ogólnego, handlowego oraz średnia masa wypustki zależały również od terminu kończenia zbiorów i odmiany. Średni plon ogólny i handlowy odmiany ‘Gijnlim’ był większy niż odmiany ‘Backlim’, jednak odmiana ‘Backlim’ tworzyła grubsze wypustki. Wydłużenie okresu zbiorów do 30 czerwca zwiększyło wielkość plonu ogólnego w pierwszych trzech latach zbiorów wypustek. W kolejnych latach zbierany plon był coraz mniejszy, gdyż dłuższy okres zbiorów wiązał się ze skróceniem okresu asymilacji, co doprowadziło do osłabienia roślin. Termin kończenia zbiorów miał wpływ również na badane parametry pędów asymilacyjnych. Im później kończono zbiory wypustek, tym pędy asymilacyjne miały mniejszą średnicę, wysokość i masę oraz mniejszy był LAI, przez co rośliny absorbowały mniej światła niż przy kończeniu zbiorów 10 czerwca. Jednak przy zbiorach do 30 czerwca pędy asymilacyjne miały większy udział masy pędów z gałęziakami w masie całego pędu i SLA, a w łanie pędów asymilacyjnych było wyższe natężenie PPFD. Wykazano, że masa pędów asymilacyjnych (M_PA) może zostać określona na podstawie ich średnicy (d_PA) i ich wysokości (HPA) według wzoru:
M_Pa = 0,00785 ·d²_PA · H_PA ·(0,871 −0,0145 ·d_PA +9,74 ·exp(−d_PA))
Efektywność kwantowa fotosyntezy, punkt wysycenia światłem, punkt kompensacji świetlnej oraz maksymalna fotosynteza netto zależały od odmiany i temperatury powietrza. Im wyższa temperatura w zakresie 15–30°C, tym mniejsza była efektywność kwantowa fotosyntezy i wyższy punkt wysycenia światłem oraz punkt kompensacji świetlnej. Oddychanie korzeni, wypustek i pędów asymilacyjnych zależało od temperatury i w temperaturze 20°C wynosiło odpowiednio 97 mg CO₂·kg⁻¹·h⁻¹, 225 mg CO₂·kg⁻¹·h⁻¹ i 212 mg CO₂·m⁻²·h⁻¹. Skrócenie okresu zbiorów do 10 czerwca wydłużyło okres asymilacji i zwiększyło ilość produkowanych cukrów. Pomimo wydłużenia okresu asymilacji, zwiększona produkcja cukrów w niewielkim stopniu przełożyła się na wielkość plonu ogólnego. Przy kończeniu zbioru 10 czerwca, produkcja cukrów zwiększyła się o 91% w porównaniu do produkcji cukrów przy zbiorach do 30 czerwca, jednak wielkość plonu ogólnego była większa średnio o 9,7%. Przy zbiorach do 30 czerwca, krótszy okres asymilacji był kompensowany przez rośliny szparaga między innymi poprzez zmianę pokroju pędów asymilacyjnych umożliwiającą lepsze wykorzystanie światła, bardziej efektywne wykorzystanie cukrów do wzrostu pędów asymilacyjnych oraz mniejsze zużycie cukrów na potrzeby oddychania korzeni i pędów asymilacyjnych. Rośliny szparaga magazynowały w korzeniach także większy udziału produkowanych cukrów niż rośliny, u których zbiory trwały do 10 czerwca. Do korzeni było eksportowanych średnio 75% produkowanych cukrów. Procent eksportowanych cukrów zależał od odmiany a nie od terminu kończenia zbiorów. Najwięcej cukrów eksportowanych było do korzeni odmiany ‘Gijnlim’ (średnio 78%), a mniej do korzeni odmian ‘Backlim’ i ‘Thielim’ (73%). W okresie zbiorów, rośliny szparaga wykorzystywały średnio 13,6% z wszystkich wyprodukowanych cukrów. Z 1 t·ha⁻¹ cukrów zużywanych w tym okresie zbierano 4,8 t·ha⁻¹ plonu ogólnego. Efektywność wykorzystania cukrów do wzrostu wypustek nie zależała od terminu kończenia zbioru. Tempo uwalniania cukrów było ściśle skorelowane z ilością cukrów w karpach przed rozpoczęciem okresu zbiorów i, niezależnie od terminu kończenia zbiorów, wynosiło średnio 11% cukrów zgromadzonych w korzeniach spichrzowych szparaga na każde 100°Cd. Szybkość wyrastania wypustek w przeliczeniu na sumę temperatury powietrza zależała od odmiany i terminu kończenia zbiorów. Im wcześniej kończono zbiory, tym więcej było cukrów w korzeniach i szybciej wyrastały wypustki, przez co zbierano większy plon ogólny w przeliczeniu na sumę temperatury. Przy zbiorach do 10 czerwca plon ogólny wynosił 5,1 t·ha⁻¹·100°Cd⁻¹, natomiast przy zbiorach do 30 czerwca 2,7 t·ha⁻¹·100°Cd⁻¹. U odmiany ‘Gijnlim’ średni plon ogólny w przeliczeniu na sumę temperatury był największy i wynosił 4,2 t·ha⁻¹·100°Cd⁻¹, a u odmiany ‘Backlim’ najmniejszy (3,5 t·ha⁻¹·100°Cd⁻¹). Rośliny szparaga produkowały w okresie asymilacji średnio 16,1 t·ha⁻¹ cukrów. Stwierdzono wpływ terminu kończenia zbiorów wypustek na ilość cukrów produkowanych i zużywanych na potrzeby oddychania bytowego i wzrostowego. Im krócej zbierano wypustki, tym więcej cukrów było produkowanych i zużywanych z wyjątkiem samego okresu zbiorów, w którym ilość zużywanych cukrów była podobna przy różnym terminie kończenia zbiorów.

WSTĘP

1. PRZEGLĄD LITERATURY
1.1. Pochodzenie i opis botaniczny szparaga
1.2. Rozwój części nadziemnych szparaga
1.3. Rozwój systemu korzeniowego
1.4. Plonowanie
1.5. Przebieg fotosyntezy u szparaga i dobór metody jej pomiaru
1.6. Procesy oddychania u szparaga
1.7. Synteza cukrów w roślinach szparaga
1.8. Znaczenie prognozowania wzrostu i plonowania roślin

2. MATERIAŁ I METODY BADAŃ
2.1. Zakres badań
2.2. Ocena plonowania
2.3. Karpy szparaga
2.4. Ocena parametrów pędów asymilacyjnych
2.5. Analiza procesu fotosyntezy i oddychania roślin szparaga
2.6. Cukry
2.7. Wskaźniki opisujące wzrost i plonowanie
2.8. Charakterystyka warunków klimatycznych
2.9. Analiza statystyczna otrzymanych wyników

3. WYNIKI I DYSKUSJA
3.1. Plonowanie
3.2. Karpy szparaga
3.3. Pędy asymilacyjne
3.4. Fotosynteza
3.5. Oddychanie
3.6. Cukry
3.7. Podsumowanie

4. WNIOSKI

LITERATURA

The aim of the study was to extend the knowledge about the growth and yield of asparagus, including the carbohydrate balance and to analyse the effect of climatic conditions on the yield of asparagus in the pre-harvest and harvest years. In addition, the influence of the air temperature on the respiration rate of roots, spears and summer stalks was determined and the amount of carbohydrates required for the respiration of individual plant organs was analysed. The influence of the air temperature and solar radiation on the photosynthesis rate was also assessed. The research also included an attempt to develop a model allowing the calculation of the weight of summer stalks based on their diameter and height. In consequence, it was possible to determine the leaf area index of summer stalks, the amount of light absorbed by these stalks, the production of carbohydrates during the assimilation period and the amount of carbohydrates required for the respiration of summer stalks. The results were used as the basis for indicators describing the efficiency of carbohydrate consumption in relation to the amount of light absorbed by summer stalks and yield. The research included 7 experiments conducted in a field, plastic tunnel, greenhouse and growth chambers between 1994 and 2012. The field experiments included an analysis of the yield of five asparagus cultivars planted in three subsequent years and the influence of the harvest end date on the growth and yield of three asparagus cultivars. The influence of temperature on the photosynthesis and respiration of several asparagus cultivars was determined in experiments conducted under controlled conditions. The first experiment showed that the total and marketable yield of five asparagus cultivars depended on the cultivar and harvest year, but it did not depend on the climate conditions in the year when the seedlings were planted. These conditions significantly modified the effect of the cultivar and the harvest year. The higher the total yield in one year was, the smaller it was in the next year. The ‘Gijnlim’ cultivar gave the highest total and marketable yields. In the next experiments the total and marketable yields as well as the mean weight of spears also depended on the harvest end date and cultivar. The total and marketable yields of the ‘Gijnlim’ cultivar were higher than the yields of the ‘Backlim’ cultivar, but the ‘Backlim’ had thicker spears. When the harvest period was extended to June 30, the total yield increased in the first three years of harvesting. In the following years the total yield tended to decrease, because the longer harvest period shortened the assimilation period and resulted in weaker plants than in the traditional or shortened harvest periods. The harvest end date affected the parameters of summers stalks. The longer the harvest period was, the smaller the diameter, height and weight of summer stalks were and the plants absorbed less light than when the harvest ended on July 30. However, when the harvest lasted until June 30, the summer stalks had a higher share of shoots with cladophylls and higher SLA, and there was higher PPFD inside canopy. The research showed that the diameter and (dPA) height (HPA) of summer stalks could be used to calculate their weight (MPA) according to the following equation:
M_Pa = 0,00785 ·d²_PA · H_PA ·(0,871 −0,0145 ·d_PA +9,74 ·exp(−d_PA))
The quantum efficiency of photosynthesis, light saturation point, light compensation point and maximum net photosynthesis depended on the cultivar and air temperature. The higher the temperature within the range of 15–30°C was, the lower the quantum efficiency of photosynthesis was and the higher the light saturation point and the light compensation point were. The respiration of roots, spears and assimilation stalks depended on the temperature and at 20°C it amounted to 97 mg CO₂·kg⁻¹·h⁻¹, 225 mg CO₂·kg⁻¹·h⁻¹ and 212 mg CO₂·m⁻²·h⁻¹, respectively. When the harvest period was shortened to June 10, the assimilation period was extended and the amount of carbohydrates was increased. Despite the longer assimilation period, the increased production of carbohydrates had minimal effect on the total yield. When the harvest ended on June 10, the production of carbohydrates increased by 91%, as compared with the production when the harvest lasted until June 30. However, the average total yield was 9.7% higher. When the harvest lasted until June 30, the asparagus plants compensated for the shorter assimilation period by changing the shape of assimilation stalks to allow better use of light, more efficient use of carbohydrates for the growth of summer stalks and lower consumption of carbohydrates for the respiration of roots and summer stalks. The asparagus plants also stored in the roots a bigger share of carbohydrates produced than the plants harvested until June 10. On average, 75% of produced carbohydrates was exported to the roots. The percentage of exported carbohydrates depended on the cultivar but did not depend on the harvest end date. The highest amount of carbohydrates was exported to the roots of the ‘Gijnlim’ cultivar (on average, 78%), whereas the lowest amount was exported to the roots of the ‘Backlim’ and ‘Thielim’ cultivars (73%). On average, during the harvest the asparagus plants used 13.6% of all carbohydrates produced. During this period there was 1 t·ha⁻¹ of carbohydrates used per 4.8 t·ha⁻¹ of spears harvested. The efficiency of the use of carbohydrates for the growth of spears did not depend on the harvest end date. The rate of release of carbohydrates was closely correlated with the amount of carbohydrates before the beginning of harvest and, irrespective of the end of harvest, on average 11% of carbohydrates was accumulated in the asparagus storage roots per 100°Cd. The rate of spear growth in relation to the sum of the air temperature depended on the cultivar and the harvest end date. The earlier the harvest end was, the more carbohydrates was in the roots, and the faster the spears grew. It resulted in a higher total yield per total temperature. When the harvest lasted until June 10, the total yield was 5.1 t·ha⁻¹·100°Cd⁻¹, whereas for harvests lasting until June 30 the total yield was 2.7 t·ha⁻¹·100°Cd⁻¹. The ‘Gijnlim’ cultivar had the highest total yield per total temperature (4.2 t·ha⁻¹·100°Cd⁻¹), whereas the ‘Backlim’ cultivar had the lowest yield (3.5 t·ha⁻¹·100°Cd⁻¹). On average, during the assimilation period the asparagus plants produced 16.1 t·ha⁻¹ of carbohydrates. The harvest end date had significant effect on the amount of carbohydrates produced and consumed for maintenance and growth respirations. The shorter the harvest period was, the more carbohydrates were produced and consumed, except for the harvest period itself when the amount of carbohydrates consumed was similar regardless of different harvest end dates.