Cofnij Strona główna IPM IDSS Modele zarazy ziemniaka  
Motto:
"The first step towards amendment is the recognition of error.", Seneca

Spis treści
  1. Zaraza ziemniaka
  2. Charakterystyka wybranych modeli zarazy ziemniaka
  3. Literatura

Zaraza ziemniaka
Szkodliwość
Dawniej choroba ta prowadziła do strat plonów katastrofalnych w skutkach. Najbardziej dotknęła Irlandię w latach 1845-1849, gdzie przyczyniła się do śmierci głodowej 1 mln osób [Henahan 2006].
Obecnie wielkość strat w świecie określa się na 8-10% [Sawicka 2005]. Szkodliwość zarazy ziemniaka polega na obniżaniu plonu i bezpośrednim porażeniu bulw, które w następstwie gniją w czasie przechowywania i są wtórnie atakowane przez inne grzyby i bakterie.
W Polsce szkodliwość tej choroby jest duża ze względu na znaczny udział ziemniaka w areale upraw oraz warunki klimatyczne sprzyjające rozwojowi patogena [Kryczyński 2002]. Straty plonu wahają się od 2% do powyżej 20% w latach silnych epidemii (epidemie występują mniej więcej co 4 lata, co oczywiście nie jest regułą).
Biologia
Jej sprawcą jest grzyb phytophthora infestans [Borecki 1996, Häni i inni 1998, Kołodziejak-Nieckuła 2001, Kryczyński 2002, PIORIN 2005]. Typ A1 patogena rozmnaża się bezpłciowo, produkując zarodniki zwane sporami. Zarodniki te przenoszą się na inne rośliny z wiatrem i kiełkują na wilgotnych liściach i łodygach (infekcja liści i łodyg) lub są spłukiwane przez deszcz do gleby (infekcja bulw). Spory, które nie trafią na żywiciela, szybko giną. Rozmnażanie płciowe jest możliwe tylko przy udziale dwóch typów kojarzeniowych. W Polsce występowanie drugiego typu (A2) stwierdzono po raz pierwszy w 1988 roku, a jego populacja stale wzrasta [Kryczyński 2002].
Główne źródła zarazy ziemniaka to rośliny wyrastające z chorych ziemniaków (sadzeniaków lub odpadów - np. na wysypiskach, grzyb zimuje w porażonych bulwach), rośliny zainfekowane w czasie wegetacji (porażenie wtórne) oraz resztki porażonych roślin.
Phytophthora infestans niszczy powierzchnię asymilacyjną liści i łodyg, co hamuje wzrost bulw i obniża plon lub nawet całkiem wstrzymuje jego przyrost (przy zniszczeniu powyżej 50% powierzchni asymilacyjnej roślin). Pojawia się w końcu czerwca lub na początku lipca, w latach wilgotnych w drugiej dekadzie czerwca [Borecki 1996]. Punktem krytycznym jest osiągnięcie przez bulwy 80% masy docelowej, później rozwój choroby na naci jest już mniej groźny. Niemniej bulwy ziemniaka, zwłaszcza znajdujące się płytko, wskutek bezpośredniej infekcji zarazy ziemniaka są porażane przez inne grzyby i bakterie.
Duże znaczenie dla rozwoju epidemii ma pojawienie się pierwszych chorych roślin, ponieważ zarodniki z jednej rośliny wystarczają do zakażenia 100 ha plantacji. Warunki sprzyjające rozwojowi zarazy ziemniaka to wysoka wilgotność względna powietrza (przy wilgotności powyżej 87% dochodzi do masowych infekcji) oraz odpowiednia temperatura (pierwsza infekcja 12-15°C, dalszy rozwój choroby powyżej 18°C). Warunki takie występują często po kilkudniowych opadach, powodujących pojawienie się na dłuższy czas (do późnych godzin południowych) rosy i mgły. Okres inkubacji choroby w warunkach optymalnych dla grzyba (częste deszcze przy temperaturze 16-24°C) wynosi 4 dni, dziennie choroba może wtedy zniszczyć do 10% naci ziemniaka. Ciepła i słoneczna pogoda przyhamowuje rozwój patogena, ale go nie niszczy [PIORIN 2005].
Zwalczanie
Naczelną zasadą w ochronie [Kryczyński 2002] jest likwidacja źródeł infekcji  (wysadzanie zdrowych sadzeniaków, staranne sortowanie, niszczenie bulw odrzuconych). Podczas wegetacji należy stosować modele prognostyczne do określenia ryzyka wystąpienia choroby, wyznaczenia daty pierwszego zabiegu i okresów pomiędzy kolejnymi zabiegami ochronnymi oraz koniecznej liczby zabiegów [Kapsa 2003]. Modele takie wykorzystują dane pogodowe w celu określenia okresów wysokiego ryzyka (ale nie rzeczywistej infekcji). Skuteczne zabiegi ochrony redukują chorobę na początku sezonu albo zmniejszają tempo jej rozwoju. Zbiór powinien się zaczynać, gdy łodygi ziemniaka są całkowicie uschnięte (niszczenie łodyg dwa-trzy tygodnie przed kopaniem bulw).
Charakterystyka wybranych modeli zarazy ziemniaka
Wpływ warunków pogodowych (temperatury, wilgotności względnej i ilości opadów) na rozwój grzyba phytophthora infestans został rozpoznany stosunkowo dawno [Пляхневич 2006]. Pierwsze próby analizy danych meteorologicznych i opracowania na tej podstawie prognozy rozwoju choroby przeprowadził Van Everdingen w roku 1926. W późniejszym okresie badacze opracowali wiele reguł empirycznych, pozwalających na opisanie etapów rozwoju choroby w zależności od przebiegu pogody (np. Smith Periods). Jednak dopiero nadejście ery komputerów pozwoliło na szerszy rozwój i wykorzystanie modeli zarazy ziemniaka w praktyce rolniczej.
Skuteczność zabiegów ochronnych zależy przede wszystkim od ich synchronizacji z terminami zarodnikowania grzyba oraz infekcji. Okresy krytyczne występują w temperaturze 16-24°C przy wysokiej wilgotności względnej w łanie. W okresach o temperaturze poniżej 8°C opryskiwanie plantacji nie jest celowe [Borecki 1996].
Silne sprzężenie rozwoju grzyba z warunkami pogodowymi zostało wykorzystane we wszystkich opracowanych dotychczas modelach zarazy ziemniaka. Ich liczba jest dość pokaźna, np. amerykańska baza danych modeli chorób i szkodników PestCast [California PestCast 2005] wymienia 16 modeli. Niżej podajemy charakterystykę niektórych z nich.
Model amerykański Cook’a (1949)
Dane wejściowe niezbędne do pracy modelu to średnia temperatura dobowa i dobowa suma opadów. Model zakłada, że okres krytyczny wystąpi, gdy przez co najmniej dwa tygodnie utrzymuje się temperatura poniżej 23°C (model skonstruowano dla warunków stanu Virginia) przy określonej kumulowanej wartości opadów. Model ten ma obecnie tylko historyczne znaczenie, ciekawym jest jednak fakt, że modelowaniem zarazy ziemniaka zajęto się dość dawno.
Model niemiecki "Negative Prognosis" Ullricha i Schrodtera (1966)
Model ustala datę pierwszego zabiegu ochronnego na podstawie następujących danych wejściowych: godzinowych wartości temperatury, wilgotności względnej i sumy opadów. Model oblicza dobowe i kumulowane wartości ryzyka poczynając od wschodów ziemniaka w okresach tygodniowych. Cały czas podawana jest "prognoza negatywna" dopóki nie nastąpi przekroczenie ustalonych progów kumulowanego ryzyka i dobowego ryzyka (stąd też nazwa modelu: "prognoza negatywna"). W dniu przekroczenia progów zalecany jest zabieg ochronny i to kończy pracę modelu. Schemat obliczeń podany jest w tab.1.
Tabela 1. Schemat obliczeń dobowych wartości ryzyka w modelu "Negative prognosis".
Współczynnik Liczba godzin, kiedy średnia godzinowa temperatura jest w podanym zakresie Reguły obliczeń
0,8990 10,0 – 11,9 Licz tylko te godziny, które występują razem z 4 godzinami o wilg. wzgl. >= 90% lub opadem >= 0,1 mm/godz
0,4118 14,0 – 15,9
0,5336 16,0 – 17,9
0,8816 18,0 – 19,9
1,0498 20,0 – 21,9
W tab.1 przedstawiono pięć pierwszych wierszy tabeli modelu, która w rzeczywistości posiada 14 wierszy. W celu obliczenia wartości ryzyka należy pomnożyć w każdym wierszu tabeli Współczynnik przez Liczbę godzin, uwzględniając Reguły obliczeń, a następnie zsumować wartości ze wszystkich 14 wierszy. Model określa, że infekcja zarazy ziemniaka jest prawdopodobna, gdy kumulowana wartość ryzyka przewyższy 150. Jest to wartość dla regionu w Niemczech, w którym model testowano. W zależności od warunków lokalnych wartość tę trzeba zmienić (np. w Internetowym systemie wspomagającym podejmowanie decyzji w integrowanej ochronie roślin w Polsce - IPM IDSS, zastosowano próg 130). Model "Negative Prognosis" poddano walidacji w warunkach Niemiec, gdzie był także stosowany. Oprócz Niemiec był także wykorzystany do prognoz daty pierwszego zabiegu ochronnego w innych krajach Europy (m.in. w Danii, patrz rozdział poświęcony programowi NegFry).
Model amerykański BLITECAST (połączenie modeli Hyre’a i Wallin’a, 1975)
Dane wejściowe: dobowa suma opadów, temperatura minimalna i maksymalna. Model zaleca datę wykonania pierwszego i kolejnych zabiegów ochronnych [Gudmestad 1997].
Model niemiecki PHYTEB Gutschego (SIMPHYT1 + SIMPHYT2, 1993)
Dane wejściowe: godzinowa temperatura, wilgotność względna i suma opadów. PHYTEB jest jednym z komponentów zintegrowanej grupy modeli prognostycznych o nazwie PROGEB do generowania zaleceń w ochronie ziemniaka i zbóż przeciw głównym agrofagom w tych uprawach [Gutsche 2001, California PestCast 2005]. PHYTEB składa się z dwóch pod-modeli, SIMPHYT I i SIMPHYT II. SIMPHYT I prognozuje początek epidemii na 7-10 dni do przodu biorąc pod uwagę odmianę ziemniaka, datę wschodów i przebieg pogody. SIMPHYT II jest modelem symulacyjnym pozwalającym opisać przebieg epidemii dla różnych odmian i różnych scenariuszy ochrony, włącznie z jej brakiem. Interesującą cechą modelu SIMPHYT II jest szczegółowa reprezentacja matematyczna działania fungicydów oraz funkcja pozwalająca obliczyć jak długo można bez ryzyka dla uprawy wstrzymywać zabieg ochronny.
System szwajcarski PhytoPRE (1993)
PhytoPRE składa się z epidemiologicznego modelu prognostycznego, zbioru reguł decyzyjnych i systemu informacji. Dane wejściowe: temperatura, wilgotność względna, suma opadów. Model oblicza: wartości ryzyka (opracowane przez Ullricha i Schrodtera, 1966) oraz prawdopodobieństwo infekcji. Prognozy są podawane od momentu pierwszego pojawu zarazy w skali kraju. Data pierwszego i następnych zabiegów zależy od odporności odmianowej, wartości prawdopodobieństwa infekcji, opadów, zastosowanych środków ochrony roślin i daty ostatniego zabiegu.
Model holenderski ProPhy Schepers’a (1995)
Dane wejściowe: temperatura, wilgotność względna, suma opadów i wilgotność liści. ProPhy jest komputerowym systemem eksperckim opracowanym dla potrzeb rolników. Odzwierciedla on aktualną wiedzę dotyczącą zwalczania zarazy ziemniaka w uprawie ziemniaka w Holandii. ProPhy formułuje zalecenia na podstawie obliczonego okresu ochronnego zastosowanego fungicydu i krótkoterminowej prognozy pogody. Wybór fungicydu jest ograniczony do fungicydów z substancją aktywną o nazwie cymoxanil.
ProPhy zaleca pierwszy oprysk fungicydowy dla odmian wrażliwych kiedy uprawa osiągnie wysokość łanu 15 cm lub 10 dni później w przypadku odmian bardziej odpornych. W razie zaobserwowania wystąpienia zarazy ziemniaka w danym regionie, pierwszy zabieg zostaje przyspieszony. Kolejne zabiegi są planowane na podstawie dotychczasowej ochrony i warunków pogodowych. System zakłada, że okres ochronny zabiegu fungicydowego na odmianach o małej odporności trwa przez 8 dni po oprysku. Dla odmian o większej odporności okres ten zostaje wydłużony od 1 do 3 dni w zależności od odporności i innych parametrów. Czynniki takie jak użycie zredukowanej dawki fungicydu, przyrost nowych liści, wystąpienie opadów oraz liczba dni podwyższonego ryzyka w ostatnim okresie wpływają na wydłużenie lub skrócenie okresu ochronnego.
Model Fry’a (1983)
Opracowany przez Fry’a, Apple’a i Bruhn’a. Dane wejściowe: dzienna suma opadów, średnia godzinowa temperatura i wilgotność względna. Model jest połączeniem dwóch modeli symulacyjnych. Pierwszy model opisuje wpływ pogody na rozkład i ilość środka ochrony ("jednostki fungicydowe"). Jednostki fungicydowe obliczane są na podstawie dziennej sumy opadów i czasu od ostatniego zabiegu. Drugi model opisuje wpływ odporności odmianowej i pogody na rozwój zarazy ziemniaka ("jednostki zarazowe"). Jednostki zarazowe (blight units): liczba kolejnych godzin o wilg. wzgl. >= 90% w pięciu okresach temperatury (<3, 3-7, 8-12, 13-22, 23-27 i >27°C) w okresach 24-godzinnych (poczynając od południa). Obliczenia zależą ponadto od reguł obliczeń.
Model duński NegFry (1995)
Duński system NegFry wykorzystuje model niemiecki o nazwie "negative prognosis" oraz model opracowany przez Fry’a i zespół [California PestCast 2005]. System opracowano w Duńskim Instytucie Nauk Rolniczych (ang. Danish Institute of Agricultural Sciences - obecnie Faculty of Agricultural Sciences, Aarhus Universitet) w latach 1992-1996.
Internetowa wersja systemu, NegFry online, powstała w IUNG-PIB w 2015 roku [NegFry online 2015].


Literatura
  1. Borecki Z. 1996. Nauka o chorobach roślin. PWRiL, Warszawa.
  2. California PestCast. 2005. Models: Late Blight of Potato. Statewide IPM Program, Agriculture and Natural Resources, University of California. HTML electronic document.
  3. Gudmestad N.C. 1997. Forecasting Late Blight and Fungicide Application Technology. North American Potato Late Blight Worskshop, February 17 - April 18, 1997. The American Phytopathological Society. In: Workshop Papers, HTML electronic document.
  4. Gutsche V. 2001. From Mathematical Models to Decision Support Systems - the Development of the German Plant Protection Forecasting System Paso. In: Jérôme Steffe (ed.): EFITA 2001. Third European Conference of the European Federation for Information Technology in Agriculture, Food and Environment, Montpellier (France), 18-20 June 2001. Conference proceedings, vol.1:7-12. Agro Montpellier, Ecole Nationale Supérieure Agronomique de Montpellier. Electronic document, http://www.efita.net.
  5. Henahan S. 2006. The Great Famine: Gone, But Not Forgotten. Access Excellence @ the National Health Museum. HTML electronic document.
  6. Häni F., Popow G., Reinhard H., Schwarz A., Tanner K., Vorlet M. 1998. Ochrona roślin rolniczych w uprawie integrowanej. PWRiL, Warszawa.
  7. Kapsa J. 2003. Ochrona ziemniaka przed najważniejszymi chorobami występującymi na plantacjach. Warszawa. Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin. Dokument elektroniczny HTML/PHP, PDF.
  8. Kapsa J. 2004. Nowe problemy w ochronie upraw ziemniaka przed alternariozą i zarazą. Biuletyn IHAR, tom XXVII z. 2 nr 232:315-324. Dokument elektroniczny PDF.
  9. Kapsa J. 2005. Wykorzystanie odporności odmian w ochronie ziemniaka przed zarazą. Ziemniak Polski 2005(4):20-23. Dokument elektroniczny PDF.
  10. Kapsa J. 2008. Nowe podejście do zwalczania zarazy ziemniaka. Ziemniak Polski 2008(2):39-44. Dokument elektroniczny PDF.
  11. Kapsa J. 2009. Monitorowanie wczesnych infekcji Phytophthora infestans w uprawach ziemniaka. Progress in Plant Protection/Postępy w Ochronie Roślin 49(2):645-654. Dokument elektroniczny PDF.
  12. Kapsa J. 2011. Problem zwalczania zarazy na plantacjach ziemniaka w Polsce. Ziemniak Polski 2011(3):23-29. Dokument elektroniczny PDF.
  13. Kapsa J., Gawińska-Urbanowicz H. 2004. Możliwości monitorowania występowania pierwszych infekcji zarazy (Phytophthora infestans) w uprawach ziemniaka. Biuletyn IHAR, tom XXVII z. 2:307-313. Dokument elektroniczny PDF.
  14. Kapsa J., Osowski J. 2002. Wprowadzanie i ocena systemu decyzyjnego NegFry w strategii ochrony przed zarazą ziemniaka w warunkach polskich. Biuletyn IHAR, tom XXVII z. 2, nr 223/224:351-360. Dokument elektroniczny PDF.
  15. Kapsa J., Bernat E., Kasprzak M. 2007. Przydatność systemu decyzyjnego NegFry w ochronie ziemniaka przed zarazą w różnych warunkach meteorologicznych. Biuletyn IHAR, tom XXVIII z. 2:177-186. Dokument elektroniczny PDF.
  16. Kapsa J., Gawińska-Urbanowicz H., Wójcik S. 2011. Monitorowanie wczesnych infekcji głównych patogenów na plantacjach ziemniaka. Prog. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin 51(3):1169-1173. Dokument elektroniczny PDF.
  17. Kołodziejak-Nieckuła E. 2001. Mały, wielki zabójca. Wiedza i Życie nr 11/2001. Dokument elektroniczny HTML/ASP.
  18. Kryczyński S. (red.). 2002. Choroby roślin w uprawach rolniczych. Wydawnictwo SGGW, Warszawa.
  19. NegFry online. 2015. NegFry online - system wspomagania decyzji w zwalczaniu zarazy ziemniaka. Dokument elektroniczny HTML.
  20. Osowski J., Bernat E., Gawińska-Urbanowicz H., Kapsa J. 2004. Nasilenie i zwalczanie patogenów występujących w uprawach ziemniaka w 2003 roku. Biuletyn IHAR, tom XXVIII z. 1, nr 233: 259-264. Dokument elektroniczny PDF.
  21. PIORIN. 2005. Metodyka integrowanej produkcji ziemniaków. Warszawa. Opracowanie zbiorowe Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin, Oddz. w Jadwisinie pod kierunkiem dr Wojciecha Nowackiego. Dokument elektroniczny PDF.
  22. Пляхневич М.П. 2006. Современные методы прогноза развития фитофтороза картофеля. Весці Нацыянальнай Акадэміі Навук Беларусі № 5 2006. Серыя Аграрных Навук. Dokument elektroniczny PDF.
  23. Sawicka B. 2005. Terminy pojawiania się i rozwoju Phytophthotra infestans [Mont.] de Bary w zmiennych warunkach pola uprawnego. Acta Agrophysica vol. 6(2005), nr. 2, str. 537-547. Dokument elektroniczny PDF.
  24. Schumann G.L. 2015. The Irish Potato Famine and the Birth of Plant Pathology. An Illustrated chapter from "Schumann G.L. 1991. Plant Diseases: Their Biology and Social Impact. APS Press, St. Paul, MN". The American Phytopathological Society. Online.
  25. Schumann G.L., C. J. D'Arcy. 2000. Late blight of potato and tomato. The American Phytopathological Society. Online.
  26. Tschöpe B., Kleinhenz B., Keil S. Zellner M. 2010. Öko-SIMPHYT (= Organic-SIMPHYT): A forecasting system for specific scheduling of copper fungicides against late blight. Twelfth EuroBlight workshop, pp. 153-158. Dokument elektroniczny PDF. Materiały konferencyjne (całość): PDF.
Pierwsza wersja 20.10.2006
Ostatnia modyfikacja 16.10.2015
Opracował Andrzej S. Zaliwski
Zastrzeżenia prawne
Sugerowany sposób cytowania tej strony:
Zaliwski A.S. 2010. Modele zarazy ziemniaka. System doradztwa w zakresie zrównoważonej produkcji roślinnej. IUNG-PIB Puławy.