Woda elektrolizowana i zeolit w ochronie buraka cukrowego

Projekty rozporządzeń Komisji Europejskiej zakładają znaczną redukcję chemizacji rolnictwa. W miejsce wycofywanych substancji czynnych producenci rolni powinni mieć możliwość zastosowania innych, skutecznych i zarazem bezpiecznych preparatów, których na ogół brakuje.

Autorzy: dr hab. Mirosław Nowakowski, prof. IHAR-PIB, dr inż. Grzegorz Gryń, Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin-PIB, Oddział w Bydgoszczy

Nowym, innowacyjnym rozwiązaniem jest zastosowanie wody elektrolizowanej (WE), zawierającej kwas podchlorawy i zeolit (Z). Woda elektrolizowana, zwana również wodą elektro-chemicznie aktywowaną, jest produktem znanym i stosowanym od ponad 100 lat.

Już w latach 50. i 60. XX wieku badania wykazały, że kwas podchlorawy ma wyjątkowe właściwości dezynfekujące, ponieważ działa skutecznie w neutralnym pH, niszcząc bakterie, wirusy i grzyby. W latach 90. ubiegłego wieku rozpoczęto prace nad udoskonalaniem technologii jej stosowania. Opryskiwanie wodą elektrolizowaną w ostatniej dekadzie cieszyło się coraz większym zainteresowaniem producentów owoców i warzyw jako nowoczesna technologia dezynfekcji.

Z powodzeniem zastępuje ona technologie oparte na działaniu czynników:

• chemicznych (kwas nadoctowy, podchloryn sodu, czwartorzędowe związki amonowe, związki jodu itp.),
• czynników pochodzenia biologicznego (olejki eteryczne),
• fizycznych (promieniowanie gamma, promieniowanie UV, zimna plasma itp.).

Właściwości wody elektrolizowanej

Woda elektrolizowana powstaje w wyniku elektrolizy roztworu chlorku sodu lub potasu w komorze elektrolitycznej. Główną substancją czynną powstałą w tym procesie jest kwas podchlorawy (HClO) o wysokim potencjale oksydoredukcyjnym, charakteryzujący się silnym działaniem przeciwdrobnoustrojowym.

Niszczy on komórki wielokierunkowo:

• hamuje biosyntezę białek,
• oddychanie komórkowe,
• metabolizm węglowodanów (poprzez utlenianie wiązań disiarczkowych w ważnych enzymach),
• powoduje dekarboksylację aminokwasów i degradację DNA.

W procesie produkcyjnym można otrzymać wodę elektrolizowaną o różnym pH: kwaśną, lekko kwaśną, neutralną i zasadową. Wyniki z kilku doświadczeń potwierdziły, że zastosowanie WE z podchlorynem sodu podczas nawadniania w hydroponicznej uprawie szklarniowej sałaty i szpinaku umożliwia efektywną dezynfekcję, redukując liczebność bakterii Escherichia coli, Listeria innocua oraz Salmonella enterica serovar Enteritidis. Skuteczność WE wykazano również w doświadczeniach polowych prowadzonych na plantacjach winogron, gdzie wodę elektrolizowaną zastosowano zamiennie z fungicydami jako ochronę przed infekcją grzybem Aspergillus carbonarius.

Charakterystyka kwasu podchlorawego

Mimo licznych wcześniej prowadzonych badań dopiero w 2018 r. Unia Europejska oficjalnie zatwierdziła kwas podchlorawy jako środek odkażający do użytku prywatnego i w sektorze zdrowia publicznego, a także do uzdatniania wody pitnej, dezynfekcji powierzchni mających kontakt z żywnością i do utrzymania higieny weterynaryjnej. W Polsce pierwszy środek biobójczy na bazie kwasu podchlorawego został dopuszczony do obrotu w maju 2019 r.

Wśród dodatkowych ważnych cech kwasu podchlorawego należy wymienić to, że jest on w 100% biodegradowalny oraz wytworzony z naturalnych, niesyntetycznych składników. Kwas podchlorawy uznawany jest za środek hipoalergiczny, bezpieczny – nie powoduje poparzeń. Nie wymaga stosowania okresu karencji ani nie pozostawia żadnych pozostałości. Jest nieszkodliwy dla ludzi, zwierząt, roślin i środowiska przyrodniczego.

Woda elektrolizowana w buraku cukrowym

Wykorzystanie wody elektrolizowanej z zeolitem do ochrony roślin okopowych, w tym buraka cukrowego, stanowi nowy kierunek badań i wdrożeń. Zeolity posiadają strukturę szkieletową z wolnymi przestrzeniami (przestrzenie te wypełniają duże jony i cząsteczki wody) i posiadają dużą pojemność sorpcyjną. Dodatek zeolitu do roztworu cieczy użytkowej ma na celu związanie wody elektrolizowanej i wydłużenie jej działania na powierzchni roślin.

W celu sprawdzenia możliwości wykorzystania wody elektrolizowanej w ochronie buraka cukrowego, a także ziemniaka, zrealizowano w latach 2023 i 2024 projekt Grupy Operacyjnej Solanum-Beta pt.: „Wykorzystanie wody elektrolizowanej i zeolitu w innowacyjnej technologii, zwiększającej zdrowotność plantacji i ograniczającej zużycie chemicznych środków ochrony roślin w produkcji ziemniaka i buraka cukrowego” (umowa z ARiMR, 00079. DDD.6509.00215.2022.15). Partnerami i konsorcjantami w projekcie byli: Spółdzielcza Grupa Producentów SOLANUM z siedzibą w Wiśniewko 10A, 62-110 Damasławek, rolnik Jarosław Kołodziej oraz Zakład Uprawy i Podstaw Hodowli Roślin Okopowych, IHAR-PIB Oddział w Bydgoszczy.

Głównym celem było opracowanie podstaw i wdrożenie udoskonalonej technologii produkcji buraka i ziemniaka z zastosowaniem wody elektrolizowanej i zeolitu, które pozwolą zachować zdrowotność roślin i jednocześnie znacznie ograniczą stosowanie chemicznych, syntetycznych środków ochrony roślin, szkodliwych dla środowiska.

Etapy projektu

Początkową fazę projektu stanowiły badania wschodów w warunkach laboratoryjnych i polowych, zaplanowane po potraktowaniu materiału siewnego buraka cukrowego różnymi stężeniami WE+Z i technikami odkażania nasion. W przygotowaniu nasion do testów wzięła udział Kutnowska Hodowla Buraka Cukrowego.

Ścisłe badania poletkowe przeprowadzono na polu doświadczalnym IHAR-PIB w Bydgoszczy. Doświadczenie składało się z 6 wariantów:

• I – WE 2,5%+Z,
• II – WE 5%+Z,
• III – WE 7,5%+Z,
• IV – WE 5%+Z przemiennie z fungicydami (F),
• V – ochrona fungicydowa (F),
• VI – niechroniona kontrola (K).

Terminy i liczba zabiegów dostosowano do przebiegu warunków pogodowych. Oceny porażenia roślin buraka cukrowego przez chwościk buraka wykonano zależnie od warunków pogodowych i pojawiającego się porażenia.

Równocześnie z badaniami nasion i wschodów oraz doświadczeniami poletkowymi prowadzone były prace i badania rozwojowe na łanowych/polowych doświadczeniach wdrożeniowych. Wykonano je w układzie pasowym, w dwóch lokalizacjach w gospodarstwie rolnym należącym do konsorcjanta, w zróżnicowanych warunkach glebowych i pogodowych.

Zastosowano następujące kombinacje:

• I – 4x WE 10% + 0,5 kg/ha Z,
• II – 4x WE 10% + 0,75 kg/ha Z,
• III – 2x WE 10% + 0,5 kg/ha Z i 2x fungicyd (przemiennie),
• IV – 4x fungicyd.

Ocenie podlegał – zebrany z wytypowanych losowo miejsc – plon korzeni buraka cukrowego, ich jakość przetwórcza i porażenie liści przez chwościk buraka.

Dezynfekcja materiału siewnego

Ocena laboratoryjna i polowa

W ramach zaplanowanych w projekcie prac badawczych przetestowano skuteczność dezynfekcji nasion buraka cukrowego (odmiana Jamajka, KHBC) z zastosowaniem trzech stężeń – 2, 6 i 10% – roztworu bazowego wody elektrolizowanej (WE) z zeolitem (Z) i dwóch metod aplikacji (opryskiwanie i moczenie), w porównaniu do wariantu z użyciem fungicydu Tachigaren 70 WP i wariantu kontrolnego bez dezynfekcji/zaprawiania.

W obu latach badań oceniona została najpierw laboratoryjna zdolność kiełkowania (LZK) – po 7 i 14 dniach od wyłożenia w wilgotnej bibule. Nie wykazano wyraźnych różnic w kiełkowaniu nasion pomiędzy wariantem kontrolnym, wariantem fungicydowym i większością wariantów WE+Z.

Po sprawdzeniu LZK nasiona zostały wysiane w 1. dekadzie kwietnia zarówno w 2023, jak i 2024 r. w miejscowości Kołybki (woj. wielkopolskie; gm. Damasławek). Pasowe doświadczenie „nasienne” wykonano na stanowisku z glebą płową typową. Buraki cukrowe siano co 18 cm. Polowa zdolność wschodów (PZW), oceniona w fazie 2. par liści właściwych, była na dosyć wysokim poziomie, powyżej 80%.

Najwyższe wartości uzyskano w wariancie z 3-krotnym opryskiwaniem 10% WE+Z, przy czym nie różniły się one istotnie od PZW nasion zaprawianych fungicydem:

Podsumowanie

Badania laboratoryjne nie wykazały fitotoksycznego wpływu opryskiwania lub moczenia nasion buraka cukrowego roztworem WE+Z na laboratoryjną zdolność kiełkowania. Zastosowana dezynfekcja nasion sprzyjała uzyskaniu wysokiej polowej zdolności wschodów, zwłaszcza po 3-krotnym opryskiwaniu 10-procentowym roztworem.

Opryskiwanie roślin – Bydgoszcz

Ścisłe doświadczenia poletkowe

Ścisłe doświadczenia poletkowe założono w 2023 i 2024 r. na polu doświadczalnym IHAR-PIB w Bydgoszczy z czarną ziemią. Nasiona buraka cukrowego odmiany Eliska wysiano w 1. dekadzie kwietnia, a zbiór korzeni nastąpił w 1. dekadzie października.

Doświadczenie składało się z następujących wariantów:

• I – WE 2,5%+Z,
• II – WE 5%+Z,
• III – WE 7,5%+Z,
• IV – WE 5%+Z naprzemiennie z fungicydami Spyrale 475 EC (1 l/ha) oraz Kier 450 SC (1 l/ha),
• V – fungicydy Spyrale 475 EC (1 l/ha) oraz Kier 450 SC (1 l/ha),
• VI – niechroniona kontrola.

W kombinacjach I–V wykonano po 4 zabiegi.

Terminy zabiegów dostosowane zostały do przebiegu warunków pogodowych. Użyte stężenia miały na celu określenie progu skutecznego działania sanitarnego, bądź też efektu fitotoksycznego. Oceny porażenia aparatu liściowego przez chwościk buraka zostały wykonane po wystąpieniu objawów choroby, zwykle pod koniec okresu wegetacji.

Ocena liści przed zbiorem wykazała w obu latach badań najmniejsze natężenie chwościka buraka w obiekcie z przemiennymi zabiegami WE 5%+Z i fungicydowymi, które to nie różniło się istotnie od tego odnotowane w wariancie fungicydowym:

Skuteczne oddziaływanie przeciwko chwościkowi buraka przełożyło się na uzyskanie wysokich plonów korzeni i cukru technologicznego w 2023 r. porównywalnych dla obiektów WE 5%+Z/F oraz fungicydowego. W 2024 r. plony korzeni i cukru technologicznego były istotnie większe w wariancie WE 5%+Z/F niż fungicydowym:

Podsumowanie

Ochrona buraka cukrowego przed chwościkiem była najskuteczniejsza po 4-krotnym zastosowaniu przemiennym WE 5%+Z i fungicydów, co przyczyniało się do wytworzenia wyższych plonów korzeni i plonów cukru technologicznego. Stwierdzone porażenie liści buraka cukrowego oraz plony uzyskane z w/w wariantu nie wykazywały istotnych różnic w porównaniu do wariantu z użyciem wyłącznie fungicydów. W niektórych przypadkach zanotowano istotnie wyższe plony i mniejsze porażenie liści po przemiennej aplikacji.

Opryskiwanie roślin – Kołybki i Kłodzin/Wiśniewo

Równocześnie z przedstawionymi już badaniami prowadzone były także badania rozwojowe i wdrożeniowe na polach doświadczalnych w układzie pasowym, w dwóch lokalizacjach (Kłodzin/Wiśniewo i Kołybki, woj. wielkopolskie, gm. Damasławek), w gospodarstwach rolnych należących do konsorcjanta. Doświadczenia zostały przeprowadzone w zróżnicowanych warunkach glebowych (gleba średnia, gleba średnia/lekka) i pogodowych.

Testowano następujące warianty doświadczalne:

• I – 4x WE 10% + 0,5 kg/ha Z,
• II – 4x WE 10% + 0,75 kg/ha Z,
• III – 2x WE 10% + 0,5 kg/ha Z i 2x fungicyd 1 l/ha (przemiennie),
• IV – 4x fungicyd 1 l/ha.

Zastosowano te same fungicydy, co w doświadczeniu poletkowym w Bydgoszczy. Ocenie podlegał stopień zniszczenia liści przez chwościk buraka oraz zebrany z wybranych losowo miejsc plon korzeni i cukru technologicznego. Siew buraków przeprowadzono 1. kwietnia, a zbiór 3. września.

W obu latach badań w lokalizacji Kłodzin/Wiśniewo najniższe porażenie chwościkiem przy zbiorze stwierdzono w przypadku obiektu III (2x WE 10% + 0,5 kg/ha i 2x fungicyd). Przy czym w 2023 r. wystąpiła istotna statystycznie różnica w odniesieniu do wariantu IV, a w 2024 r. ta różnica nie była statystycznie udowodniona.

Także w przypadku wcześniejszego (09.09.2024) terminu oceny:

Niskie porażenie liści buraka cukrowego przez chwościk w obiektach III i IV przyczyniło się do uzyskania wysokich plonów korzeni i cukru technologicznego:

Oba wymienione plony w 2023 r. były istotnie wyższe w wariancie III niż IV. Natomiast w 2024 r. różnice w plonach pomiędzy wymienionymi obiektami nie były istotne. Podobne tendencje w porażeniu liści buraka cukrowego i plonowaniu wystąpiły w 2023 i 2024 r. w m. Kołybki, gdzie najniższe porażenie przez chwościk buraka zanotowano przy zbiorze na obiektach IV i III.

Podsumowanie

W miejscowościach Kłodzin/Wiśniewo i Kołybki najniższe porażenie liści buraka cukrowego przez chwościk przy zbiorze odnotowano w obiekcie z przemiennym 2-krotnym stosowaniem WE 10% + 0,5 kg/ha Z oraz 2-krotnym opryskiwaniem fungicydami. Było ono zbliżone lub istotnie mniejsze od porażenia, jakie zarejestrowano na obiekcie po 4-krotnym użyciu fungicydów. W wymienionych dwóch wariantach doświadczalnych uzyskano najwyższe plony korzeni i cukru technologicznego. W niektórych latach i lokalizacjach były one istotnie wyższe lub bardzo zbliżone w przypadku wariantów, gdzie przemiennie aplikowano WE 10% + 0,5 kg/ha Z i fungicydy oraz fungicydowym.

Wnioski

Połączenie 2-krotnego opryskiwania roztworem WE 10% + 0,5 kg/ha Z oraz 2-krotnego zastosowania fungicydów (1 l/ha), stosowane przemienne, skutecznie chroniło buraka cukrowego przed chwościkiem, a efektywność działania jest porównywalna z 4-krotną aplikacją fungicydów.

Plony korzeni i technologiczne plony cukru nie różnią się zwykle istotnie dla obu w/w wariantów ochrony buraka przed chwościkiem.

Wariant ochrony z przemiennym stosowaniem 2x WE 10% + 0,5 kg/ha Z oraz 2x fungicyd może być zalecany zamiast wyłącznego użycia fungicydów. Jest uzasadnione nie tylko względami ekologicznymi, ale i ekonomicznymi, gdyż prowadzi do obniżenia kosztów ochrony roślin i poziomu degradacji chemicznej środowiska.

Dezynfekcja nasion buraka cukrowego roztworem WE+Z może być wdrożona do praktyki otoczkowania nasion, gdyż przyczynia się do uzyskania wysokiej polowej zdolności wschodów, zwłaszcza po 3-krotnym opryskiwaniu roztworem WE o stężeniu 10%.

Wschody nie odbiegają istotnie od poziomu, jaki gwarantuje zaprawianie nasion z użyciem standardowych fungicydów. Badania laboratoryjne, poletkowe, a także łanowe na plantacjach wykazały pozytywne efekty w zakresie ochrony roślin buraka cukrowego przed najgroźniejszym patogenem liści buraka, chwościkiem buraka. Niewątpliwe warto zastosować wodę elektrolizowaną z zeolitem, przemiennie z fungicydami, podczas uprawy buraka cukrowego.