Ruukkuvihannestuotannon kehittäminen - Kuparin vaikutus salaatin kasvuun ja viljelyyn. 17.9. 23.10.2009 Keijo Juntunen Mona-Anitta Riihimäki
SISÄLLYS 1 JOHDANTO... 1 2 AINEISTO JA MENETELMÄT... 2 2.1 Lajike ja kasvualusta... 2 2.2 Taimikasvatusvaihe... 2 2.3 Taimien istutus vesiviljelyyn... 2 2.4 kasvatusolosuhteet vesiviljelyssä... 3 2.4.1 Valaistus... 3 2.4.2 Lämpötila... 3 2.4.3 Hiilidioksidi... 3 2.4.4 Kastelu ja lannoitus... 4 2.5 Kourujen harvennukset... 4 2.6 Kupari-annostelu... 4 2.7 Pythium-saastutus... 4 2.8 Mittaukset... 5 3 TULOKSET JA TULOSTEN TARKASTELU... 6 3.1 Salaattien koko... 6 3.2 Juuristo... 7 3.3 Kuparin vaikutus mikrosieniin ja leviin... 8 3.4 Kuparin kertyminen salaattiin... 9 4 JOHTOPÄÄTÖKSET... 11 LÄHTEET... 12
1 JOHDANTO Kokeen tarkoituksena oli optimoida AquaHort -laitteen toimintaa salaatin vesiviljelyssä. Alustavat kokeet keväällä 2009 olivat antaneet perustietoa sekä laitteen toiminnasta Lepaan tutkimusosastossa, että kuparin kertymisestä kauppavalmiiseen salaattiin.
2 AINEISTO JA MENETELMÄT 2.1 Lajike ja kasvualusta Lajikkeeksi valittiin Aficion RZ (lot no. 100406312). Jokaiseen taimipottiin kylvettiin käsin kolme pilleröityä siementä 17.9.2009. Siemenet kylvettiin VEFIn salaattiruukkuihin (taimipotteihin PR 306), jotka oli laitettu pottialustoille (VEFI SB 606-R). Kasvualustana oli Kekkilän kalkittu ja lannoitettu B2S vaalea kasvuturve, jossa N-P-K suhde on 14 4 20. Kasvualusta kasteltiin Gliomix-liuoksella ohjeen mukaisesti (20 g/m 2 ). 2.2 Taimikasvatusvaihe Siemenet idätettiin koehuoneessa mustavalkoisen muovin alla. Puolentoista vuorokauden jälkeen sirkkajuuri oli tullut näkyviin, muovi poistettiin ja taimia sumutettiin ensimmäisen vuorokauden ajan 15 min. välein 3 sekunnin ajan. Kaksi seuraavaa vuorokautta taimia sumutettiin 30 minuutin välein 3 sekunnin ajan. Viisi päivää kylvön jälkeen sirkkataimet olivat hiukan kasvaneet, ja niitä alettiin kastella tarpeen mukaan 5 minuutin ajan. Taimikasvatusvaiheessa päivälämpötilan asetusarvo oli 17 o C, yölämpötilan 15 o C. Päivänpituus oli 20 tuntia. Keinovalot sammuivat, kun ulkona mitattu säteilyn määrä ylitti rajan 200 W/m 2. 2.3 Taimien istutus vesiviljelyyn Taimet siirrettiin vesiviljelyyn 2.10. eli kun kylvöstä oli kulunut 15 päivää. Kourut olivat 6 metriä pitkiä ja niihin mahtui 39 40 pottia/kouru. Kouruja oli yhteensä 22 kappaletta. Kourut oli jaettu kahteen kasteluryhmään. Yhdentoista kourun salaateille annettiin kuparikäsittely kierrättämällä lannoitevesi AquaHort laitteen kautta. Toiset yksitoista kourua toimivat kokeen kontrollina (KUVA 1).
Pythium, ei kuparia Pythium + kupari KUVA 1 Koejärjestely AquaHort laitteen kupariannostelun vaikutuksesta Pythiumsienen esiintymiseen ja salaatin kasvuun vesiviljelyssä. Kaksi kourua molemmilla reunoilla sekä keskimmäiset kourut toimivat suojariveinä. Myös kourujen päähän jätettiin kokeen purkuvaiheessa viiden salaatin suojavyöhyke. 2.4 Kasvatusolosuhteet vesiviljelyssä Kokeessa käytettiin samoja ilmastonsäädön asetusarvoja, kuin aiemmissa Lepaalla toteutetuissa salaattikokeissa. Vesiviljelyyn siirtymisen jälkeen päivänpituutta lyhennettiin, ja tuuletuslämpötilaa nostettiin. Epäedullisilla kasvatusolosuhteilla pyrittiin luomaan otolliset olosuhteet Pythium-sienen lisääntymiseen vesiviljelyssä ja sen kautta kupari-annostuksen vaikutuksen testaamiseen. 2.4.1 Valaistus Valoisanajanpituus viljelyn alussa oli 20 h. Valot sammuivat, kun ulkona mitattu säteilyn määrä ylitti rajan 200 W/m 2. Viikon kuluttua vesiviljelyn aloittamisesta (9.10.) päivänpituus muutettiin 15 tuntiin säteilyrajan pysyessä samana. 2.4.2 Lämpötila Asetusarvo päivälämpötilalle oli 17 ºC ja yölämpötilalle 15 ºC. Viikon kuluttua vesiviljelyn aloittamisesta (9.10.) muutimme valoisanajan tuuletuslämpötilan asetuksen 19 ºC:sta 20 ºC:een. 2.4.3 Hiilidioksidi Hiilidioksidin lisäys (600 ppm) aloitettiin samana päivänä, kun taimet siirrettiin kouruihin. Hiilidioksidia lisättiin, kun tuuletusluukut olivat kiinni. Luukkujen avautuessa lopetettiin hiilidioksidin annostelu kokonaan.
2.4.4 Kastelu ja lannoitus Kastelu toteutettiin jatkuvana kasteluna käyttäen Kekkilän kuukausittaisia lannoitussuosituksia. Kastelut tapahtuivat Vihannes-Superex ja kalkkisalpietari-magnesiumnitraatti -liuoksella. Kasteluliuoksen johtokyky oli viljelyn aikana 1,8-2 ms/cm ja ph 5,5-6,5. Pienten vesimäärien vuoksi on happamuuden hallinta koeosastossa hankalaa. Sen vuoksi viljelyn lopussa ph nousi lähelle seitsemää. Huonekosteus oli 65 75 %. 2.5 Kourujen harvennukset Ensimmäinen harvennus tehtiin 3 päivää istutuksen jälkeen (6.10.). Kourut harvennettiin siten, että kourujen väliin jäi noin 8 cm, eli yhden kourun leveys. Toinen harvennus tapahtui 13.10. Tällöin kourujen väliin jätettiin tilaa noin 15 cm. 2.6 Kupari-annostelu AquaHort -laite käynnistettiin 5.10., kolme päivää vesiviljelyn aloittamisen jälkeen. Annostelun asetus pyrittiin säätämään siten, että vedestä mitattu kuparipitoisuus pysyi 1-2 ppm:ssa koko viljelyn ajan. Asetusarvot ja vedestä mitatut pitoisuudet on esitetty taulukossa 1. Kupari-ioneja annosteltiin veteen joka toinen tunti. TAULUKKO 1 Kasteluvedestä mitatut kuparipitoisuudet sekä AquaHort -laitteen annosteluasetukset. Pitoisuus kourussa (mg/l) Kupari - Viikko Pvm alku loppu annostelu (ppm) 5.10. 0 0 0,5 41 6.10. 0,3 0 1,0 7.10. 1,0 0,6 1,0 8.10. 0,6 0,6 1,0 9.10. 2,0 2,0 0,5 11.10. 0,6 0,6 0,5 42 13.10. 1,5 1,5 1,0 14.10. 1,5-1,0 15.10. 1,5 1,5 1,0 16.10. 1,5 1,0 1,0 43 19.10. 7,0 5,0 1,0 20.10. 7,0 5,0 0,1 21.10. 0,6 0,6 0,1 2.7 Pythium-saastutus MTT:ltä tilattiin 15 petrimaljaa, joilla oli viljelyssä Pythiumsienikasvustoa (Pythium ultimum). Pythium lisättiin lannoiteveteen 13.10. Tässä vaiheessa AquaHort-laite oli ollut päällä noin viikon, ja mitattu ku-
paripitoisuus vedessä oli 1,5 mg/l. Pythium-maljalle laitettiin noin 10 ml vettä ja sienikasvusto kaavittiin maljojen pinnoilta keräyskouruun. 2.8 Mittaukset Kasvuton saavuttaessa kauppakoon koe purettiin ja kasveista mitattiin korkeus sekä paino. Silmämääräisesti arvioitiin salaattien tiiviys ja juurten kunto. Molempien laatutekijöiden arviointiin käytettiin kolmeluokkaista asteikkoa. Vedestä otettiin näytteet vuorokausi Pythium-saastutuksesta. Näytteet lähetettiin Verderalle analysoitavaksi. Kokeen lopussa lähetimme vesinäytteet lähetettiin Hortilabiin ravinnemäärityksiä varten. Myös salaateista otettiin näytteet. Hortilab analysoi kasveihin kertyneet ravinteet, mukaanlukien kuparin.
3 TULOKSET JA TULOSTEN TARKASTELU Salaattien kasvu kauppavaatimukset täyttävään kokoon kesti 36 vuorokautta. Koe purettiin 23.10. 3.1 Salaattien koko Kupariannostelu ja Pythium-saastutus eivät aiheuttaneet salaatteihin tilastollisesti merkitseviä eroja kupari- ja kontrollikäsittelyiden välille (KUVA 2). Kuparilisäyksen lannoiteveteen saaneet salaatit olivat kevyempiä kuin kontrollisalaatit. Salaattien tiiviydessä ei havaittu eroja. Sekä kupari-, että kontrolli salaatit olivat kasvutavaltaan suhteellisen löysiä. Löysään kasvutapaan on todennäköisesti vaikuttanut lyhyt päivänpituus ja normaalia hieman korkeampi tuuletuslämpötila. KUVA 2 Kuparilisäyksen vaikutus salaattien korkeuteen ja painoon. Kuvaajissa on esitetty muuttujien keskiarvo ja keskihajonta.
3.2 Juuristo Viikon kuluttua vesiviljelyn aloituksesta 9.10. havaittiin ensimmäiset muutokset juuristossa. Ruskeita juurenkärkiä havaittiin sekä kupari- että kontrollialueella. Juurenkärkien ruskettuminen ei kuitenkaan lisääntynyt kokeen aikana, eikä eroa tässä suhteessa tullut kupari- ja kontrollikäsittelyiden välillä. Myöhemmin samalla viikolla (15.10.) havaittiin muutokset salaatin juurten haaroittumisessa. Salaateissa, joiden viljelyveteen lisättiin kupari-ioneja, oli selvästi enemmän sivujuurten muodostumista kuin kontrollisalaateissa. Sivujuuria muodostui sekä salaattiruukun alueelle, että vapaana vedessä oleviin juuriin (KUVA 3). Juurten pituuskasvun häiriintyminen ja runsas haaroittuminen ovat yleisiä oireita kupari huonosti sietävillä kasveilla (Sonmez ym. 2006). Kupariannostelun vaikutuksesta juuriston haaroittumiseen on raportoitu myös muiden viljelylajien kohdalla AquaHort laitevalmistajan www -sivuilla. A) B) KUVA 3 Kupari-annostelun vaikutus salaatin juuriston morfologiaan. A) kontrolli, B) kupari-annostelu. Haaroittumisen vuoksi suurin osa kupari-käsittelyn saaneista salaateista arvioitiin juuriston suhteen keskiverto-kuntoluokkaan (KUVA 4). Juuristo vaikutti kuitenkin terveeltä ja elinkykyiseltä (KUVA 3). Juurten kärsissä ei havaittu värimuutoksia. Juuriston hyvän kunnon puolesta puhuu myös se, ettei kasvien koossa ollut eroja kontrolli- ja kupari-viljelyssä.
KUVA 4 Kuparilisäyksen vaikutus salaatin juuriston kuntoon. 3.3 Kuparin vaikutus mikrosieniin ja leviin Verderan analyysien mukaan Pythium -määrät kasteluvedessä olivat niin pieniä, ettei saastutusta voi pitää kovin onnistuneena. Näytteet analyysejä varten otettiin vain vuorokausi saastutuksesta, mikä saattoi olla liian aikaista. Vaikutti kuitenkin siltä, että kupari-annostelu vähentää Pythiumin määrää vedessä (TAULUKKO 2). Verderan analyyseissä näkyi myös muiden mikrosienten määrän vähentyminen kuparilisäyksen seurauksena. TAULUKKO 2 Pythiumin ja muiden mikrosienten esiintyminen. Luvut ilmaisevat, kuinka monessa testipisarassa mikrobi on havaittu. Kaikkiaan testattiin 96 pisaraa/käsittely. Pythium Fusarium Trichoderma Mucoraceae Kontrolli 6 19 87 3 Kupari-annostelu 3 0 61 0 Kupari-ionien annostelun lannoiteveteen havaittiin vähentävän merkittävästi levienkasvua keräyskouruissa (KUVA 5). Makroleviä ei käytännössä kasvanut lainkaan viljelyssä, jossa veteen annosteltiin kuparia.
A) B) KUVA 5 Kupari-annostelun vaikutus levien kasvuun keräyskouruissa. A) kontrolli, B) kupari-annostelu. 3.4 Kuparin kertyminen salaattiin Kuparipitoisuudet olivat selkeästi kohonneet kupari-annostelun saaneilla salaateilla. Kupari-lisäyksen saaneissa salaateissa pitoisuus oli 96 mg/kg. Kontrollissa pitoisuus oli 8,5 mg/kg. Suomalaisten ravitsemussuositusten mukainen kuparinsaanti aikuisilla on 0,9 mg/vrk (Suomalaiset ravitsemussuositukset 2005). Suomalaisten päivittäinen kuparinsaanti on 1,3-1,6 mg, sukupuolesta riippuen (Finravinto 2007 tutkimus, 79). Kuparimyrkytys on ihmisellä hyvin harvinainen. Suosituksen mukaan tavallista salaattia voi turvallisesti syödä noin kilon päivässä. Kokeemme kupari-lisäys kymmenkertaistaa kauppavalmiista salaatista mitatut kupariarvot, ja silloin suositusten mukaisesti voi salaattia syödä 100 g päivässä. Huolimatta kohonneista kuparipitoisuuksista ei minkäänlaisia vioituksia tai myrkytysoireita viljelmässä havaittu. Kasvusto oli kauttaaltaan tasainen (KUVA 6).
KUVA 6 Koeosaston salaattiviljelmä lokakuussa 2009. Kuvassa takimmaisena oleviiin kouruihin annosteltiin vapaita kupari-ioneja. AquaHort laite on kuvan keskellä, takaseinällä oleva harmaa laatikko. Koko viljelmä saastutettiin Pythiumilla. Kokeen aikana vedestä mitattu kuparipitoisuus oli 1,0 2,0 mg/l. Tavoitteena oli hyödyntäen edellisten kokeiden kokemuksia pystyä pitämään kuparipitoisuus tällä välillä koko viljelyn ajan mahdollisimman vähillä säädöillä. Kokeen lopussa, vajaa viikko ennen viljelyn päättämistä, kuparipitoisuus kuitenkin nousi rajusti (TAULUKKO 1). Syynä nousuun saattoi olla turpeen puskuriominaisuuksien muuttuminen viljelyn kuluessa. Mahdollisesti turve ei enää sitonut vapaita kupari-ioneja kuten aiemmin. Toinen syy saattoi olla kasvien vegetatiivisen kasvun hidastuminen, jolloin kuparin kertyminen kasveihin hidastui.
4 JOHTOPÄÄTÖKSET Havainnot juuriston morfologian muutoksista ja levien kasvun vähentymisestä kupari-annostelun seurauksena antavat aiheen jatkotutkimuksiin syksyllä 2009. Saadut tulokset ovat yhdenmukaisia muiden AquaHort laitteistolla suoritettujen kokeiden kanssa. Varsinaiseen Pythium - saastunnan torjumiseen emme tässä kokeessa saaneet vastausta, koska olosuhteet eivät olleet sienitaudin oireiden ilmenemiseen suotuisat. Tulevassa kokeessa tarkoituksena on viljely- ja kasteluveden lämpötilaa nostamalla sekä valotusjaksoa lyhentämällä luoda otollisemmat kasvuolosuhteet Pythium-sienelle. Johtuen havaituista muutoksista juuriston morfologiassa lisäämme toiseen kokeeseemme salaatin kuivapainomääritykset. Pyrimme selvittämään, vaikuttaako muuttunut morfologia myös biomassan muodostumiseen lehtiin ja juuristoon. Tulemme myös tutkimaan, onko kupariannostelulla vaikutusta salaatin varastokestävyyteen.
LÄHTEET Finravinto 2007 tutkimus. The National FINDIET 2007 Survey. 2008. Paturi M, Tapanainen H, Reinivuo H, Pietinen P. (toim.) Kansanterveyslaitoksen julkaisuja B 23. Sonmez, S., Kaplan, M., Sonmez, N. K., Kaya, H. ja Uz, I. 2006. High Level of copper application to soil and leaves reduces the growth and yield of tomato plants. Suomalaiset ravitsemussuositukset ravinto ja liikunta tasapainoon. Valtion ravitsemusneuvottelukunta 2005. Valtion ravitsemusneuvottelukunta. Edita publishing Oy, Helsinki.