Negativní vliv zasolení na fyziologický stav rostlin a jeho dopady na zemědělskou produkci

Jaroslav Štěrba

Master's thesis

The negative effect of salinity on the physiological state of the plant and its effects on agricultural production

Abstract:

Pokusné varianty vychází z podmínek, které nejsou typické jen pro přímořské oblasti, ale i pro Českou republiku. Zasolení v našem klimatickém pásmu je způsobeno především pěstování monokultur, či nadměrným použitím chemických hnojiv. V České republice v roce 2009 činila výměra slabě zasolených půd kolem 6600 ha (0,2 %) zemědělské půdy. Existuje reálný předpoklad, že se výměra zasolených půd v ČR do současnosti zvýšila. Cílem této diplomové práce je sledování vlivu zasolení na rychlost výměny plynů a fluorescenci chlorofylu 3 vybraných druhů listové zeleniny: špenátu setého (Spinacea oleracea L.), šruchy zelné (Portulaca oleracea var. sativa Haw.) a čtyřboče rozkladité (Tetragonia tetragonioides Pall.). Součástí práce je také výpočet efektivity využití vody (WUE) u sledovaných rostlinných druhů v závislosti na stresu zasolením. Sledované druhy špenátové zeleniny byly pěstovány v přirozeně řízených světelných podmínkách a částečně řízených teplotních podmínkách, ve fyziologickém skleníku katedry botaniky a fyziologie rostlin FAPPZ ČZU v Praze. Teplota byla nastavena na 25 °C ve dne a 18 °C v noci. Rostliny byly pěstovány v nádobách 11×11 cm ve směsi zahradního substrátu A a říčního křemičitého písku v poměru 2:1. Schéma pokusu zahrnovalo dvě základní varianty. První varianta byla představována kontrolními podmínkami, kdy rostliny byly zavlažovány neionizovanou vodou. Druhá varianta byla představována variantou pokusnou, která zahrnovala stres zasolením. Uvedená varianta byla dále členěna na tři dílčí varianty. První varianta byla zavlažována solným roztokem o koncentraci 0,15 M, druhá varianta představovala rostliny zavlažované solným roztokem o koncentraci 0,25 M a poslední varianta byla zaměřena na rostliny zavlažované solným roztokem o koncentraci 0,5 M. Rostliny byly zavlažovány v intervalech 2 -- 3 dnů. Pro měření CO2 byl využit infračervený analyzátor plynů LCpro+ (ADC BioScientific Ltd.) a pro měření aktivity fluorescence chlorofylu byl využít fluorimetr typ (ADC BioScientific Ltd.). Z naměřených údajů jsou patrné rozdíly v rychlosti výměny plynů v průběhu ontogeneze u všech sledovaných druhů listové zeleniny. Rychlost fotosyntézy a transpirace byla u všech rostlin vyšší u kontroly v porovnání se stresovými variantami. Nejnižší pokles kvantového výtěžku byl zaznamenán u stresované varianty S3 a naopak nejvyšší hodnoty byly naměřeny u stresované varianty S1 (0,15 M). V podmínkách zatížených zasolením je vhodné pěstovat čtyřboč, která má velmi vysokou odolnost vůči tomuto abiotickému stresoru. Naopak kultivovat špenát v prostředí, které je zasažené zasolením, není příhodné, neboť ze sledovaných rostlinných druhů vykázal špenát nejnižší odolnost vůči i nízké koncentraci soli.

Abstract:

Experimental variations are based on conditions that are not typical only for coastal areas, but also for the Czech Republic. Salination is caused in our climate zone mainly due to the cultivation of monocultures or excessive use of chemical fertilizers. Moderate salty soils were present in the Czech Republic in 2009 on area around 6600 ha (0.2 %) of agricultural land. There is a realistic assumption that the acreage of saline soils in the Czech Republic have increased to the present day . The aim of this diploma thesis is to observe the impact of salinization on the speed rate of gas exchange and chlorophyll fluorescence of 3 selected species of leafy vegetables: spinach (Spinacea oleracea L.), purslane (Portulaca oleracea var. sativa Haw.) and New Zealand spinach (Tetragonia tetragonioides Pall.). The work also includes the calculation of water use efficiency ( WUE ) in the investigated plant species depending on the salinity stress. The investigated species of leafy plants were cultivated in the greenhouse of the physiological Department of Botany and Plant Physiology FAPPZ CULS under naturally controlled lighting conditions and partly controlled temperature conditions. The temperature was set at 25 ° C during the daytime and 18 ° C at night. The plants were grown in containers with dimensions of 11x11 cm. The plants were grown in a mixture of garden substrate A and river silicic sand in the ratio 2:1. The scheme of the experiment included two basic variants. The first option was presented by controled conditions, where plants were irrigated with deionized water. The second option presented experimental variants that included salinity stress. That option has been further divided into three sub-options. The first option was irrigated with saline solution with concentration of 0,15 M, the second variant represented plants irrigated with saline solution with concentration of 0,25 M and the final variant was focused on the plants irrigated with saline solution with a concentration of 0,5 M. The plants were irrigated at intervals of 2 -- 3 days. Infrared gas analyzer LCpro + (ADC BioScientific Ltd.) was used for the measurement of CO2 and a fluorimeter type (ADC BioScientific Ltd.) for measuring the chlorophyll fluorescence activity was used. The measured data have noticeable differences in the rate of gas exchange during ontogeny in all monitored types of leafy vegetables. The rate of transpiration and photosynthesis of the treated plants was higher in the controled group compared to the stress variations. The lowest decrease of quantum yield was observed in stressed S3 variants, while the highest values were found in stressed variants S1 (0,15 M). New zealand spinach is convenient to cultivate in terms of burdened salination to which has very high resistance to the abiotic stressors. Conversely cultivation of spinach in an environment that is affected by salinity is not convenient because the monitored plant species showed that spinach has the lowest resistance even in low salt concentration.

Keywords

fotosyntéza, transpirace, WUE, fluorescence, šrucha, čtyřboč, špenát, zasolení

Keywords

purslane, New Zeland spinach, salinization, photosynthesis rate, spinach, transpiration rate, fluorescence, WUE

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 8. 4. 2015

Thesis defence

• Supervisor: Ing. František Hnilička, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Care of Biosphere / Sustainable Biosphere Development