Informatika a felsőoktatásban 2008 Debrecen, augusztus

Átírás

1 Informatika a felsőoktatásban 28 Debrecen, 28. augusztus BURGONYA (SOLANUM TUBEROSUM) KÁLIUM TÁPANYAG-ELLÁTÁSI KÍSÉRLET KIÉRTÉKELÉSE KÜLÖNBÖZŐ MÓDSZEREKKEL KÉT ÉV ADATAI ALAPJÁN EVALUATION OF AN EXPERIMENT ON THE POTASSIUM NUTRIENT SUPPLY OF POTATOES (SOLANUM TUBEROSUM) Grósz Gergely Pannon Egyetem Georgikon Mezőgazdaságtudományi Kar, Keszthely, Gazdaságmódszertani Tanszék, Informatikai Csoport Összefoglaló Szabadföldi körülmények között kétéves tápanyag-ellátási kísérletet állítottam be a kálium ellátottság hatásának tanulmányozására 26-ban és 27-ben burgonya tesztnövénnyel. A kísérlet célja a két év adatainak összehasonlítása volt. 6 kezelést alkalmaztam 4 ismétlésben a kálium hiány és többlet tanulmányozására. A kísérletben vizsgált paraméterek: zöld és légszáraz tömeg, termés mennyiség, szárazanyag %, keményítő %, főzési paraméterek és levélfelület. A kísérlet eredményei szerint a levelek és szárak esetében az optimális és a relatív K és N többletre beállított kezelések adták a legnagyobb eredményt. A legnagyobb gumótermést a kiegyensúlyozott tápanyag-ellátást biztosító N1P1K1 kezelés adta mindkét évben. A többi paraméterhez hasonlóan a levélfelület esetében szintén a kiegyensúlyozott tápanyagellátásnál kaptam a legkedvezőbb eredményt. A főzési paraméterek vizsgálatakor nem találtam szignifikáns kapcsolatot a K ellátás és a paraméterek között. A kísérlet kiértékelése során az analóg és digitális megoldások jól kiegészítették egymást. Kulcsszavak Tápanyag-ellátás, kálium, burgonya Abstract A field experiment was carried out with potato for studying the effects of potassium supply in 26 and 27. Six treatments were applied in 4 replicates for comparing the effects of balanced potassium supply, deficiency and excess. Parameters measured after the harvest: average fresh and dry matter weight, yield quantity, specific gravity, dry matter %, starch %, cooking technology index and leaf area. The average leaf and stem weight was highest at the balanced (optimum) treatment and at the relative excess of K and N. Yield quantity responded to the level of potassium level and it was highest at the optimum treatments in both years. Like the other parameters, leaf area showed the highest values at the balanced nutrient supply. Cooking technology differences between cooking parameters measured and K supply were not significant in our experiment. The analogue and digital methods proved to be complementary to each other for evaluating the results of the experiment. Keywords Nutrient supply, potassium, potato 1

2 Informatika a felsőoktatásban 28 Debrecen, 28. augusztus Bevezetés A korszerű adatelemzés elképzelhetetlen digitális adattárolás nélkül. Nem csak környezetvédelmi szempontokból (kevesebb papírfelhasználás), hanem a gyorsabb visszakeresés, rendszerezés és a számítógépes kiértékelés miatt, amely jelentősen automatizálja és szubjektív hibától mentessé teszi a feldolgozást. Ezért tartottam szükségesnek, hogy a hagyományos módszerekkel vizsgálható paraméterek (zöldtömeg, száraztömeg, stb.) mellett válasszak digitálisan vizsgálhatót is (levélfelület). 2. Irodalmi áttekintés Az informatika minden részterülete egyre gyorsuló ütemben fejlődik, nem kivétel ez alól a digitális képfeldolgozás sem. A tudomány és a hétköznapi élet sok területe elképzelhetetlen nélküle. Ezért választottam a levélfelület digitális mérési módját. A digitális képfeldolgozás leggyakoribb mezőgazdasági alkalmazásai: szín-információ vizsgálat, pl.: levélfelület-mérés (Lőke - Soós, 22) és a háromdimenziós objektumok vizsgálata. A digitális képfeldolgozással és ennek növénytermesztési kutatásokban történő felhasználásaival Magyarországon először Berke, Fischl, Győrffy, Kárpáti és Bakonyi foglalkozott (Berke et al., 1993). A digitális kép készítésének egyik eszköze a szkenner. A lapolvasó a nyomtatott formátumú anyagokat alakítja információt tartalmazó bitekké. Minden digitális kép képpontokból (pixel) épül fel. Ezek a pixelek közel helyezkednek el egymáshoz, így szemünk egybefüggő képként érzékeli őket (Gilbert, 23). A kiegyensúlyozott tápanyag-ellátás a nagyobb hozam elérésének feltétele (Frageria et al. 1995). A megfelelő K-ellátás döntő fontosságú, sokoldalú biokémiai, fiziológiai funkciói miatt. Koncentrációja 1-5 % K között van a száraztömegre vetítve. Elősegíti a levelekben képződő cukrok, keményítők képződését, szállítását és felhalmozását (Debreczeni, 21). Kisebb mérvű hiánya esetén ún. rejtett éhség alakul ki, jelentősebb hiánynál jelentkező tünetei a klorózis és a nekrózis. Tipikus káliumtoxicitás nem fordul elő, de a kation-egyensúly eltolódása miatt magnézium és kalcium hiánytünetek mutatkozhatnak (Sárdi, 1999). A kálium igényes növényeken, mint például a burgonyán, a tünetek kifejezettebbek, ezért jól megfigyelhetők, ezért választottam tesztnövénynek ezt a kultúrát. Élelmezési szempontból a burgonya az egyik legfontosabb növényünk. Világviszonylatban a búza, rizs és kukorica után a negyedik helyet foglalja el. Éves fogyasztás 5-6 kg/fő/év (Debreczeni, 21). Hazánkban az eltelt néhány évben csökkent a vetésterülete, 26-ban 24 ha volt, 27-re azonban ismét növekedés mutatkozott: ha volt. Termésátlaga 14,8-16,5 t/ha közötti (KSH, 27). A megtermelt termésmennyiség több mint felét élelmezési célokra hasznosítjuk, ezen kívül jelentős még a takarmányozás, vetőanyag és a keményítőgyártás (Szalay, 1999). A burgonya 1 tonna gumótermésének átlagos tápelem-szükséglete az 1. táblázatban látható (Antal, 1999). 1. táblázat - 1 tonna gumóterméshez felvett tápanyagok átlagos mennyisége Nitrogén (N) 5 kg/t Mész (CaO) 3 kg/t Foszfor (P 2 O 5 ) 2 kg/t Magnézium (MgO) 1 kg/t Kálium (K 2 O) 9 kg/t 3. Célkitűzések A kálium igényes burgonya tesztnövénnyel 26-ban beállított tápanyag-ellátási kísérletet (Grósz, 27) 27-ben megismételtem az eredmények ellenőrzése céljából. A kísérletben alkalmazott kezelések, a vizsgált vegetatív és generatív paraméterek, valamint a körülmények 2

3 Informatika a felsőoktatásban 28 Debrecen, 28. augusztus megegyeztek mindkét évben. Az eredmények igazolására hagyományos és digitális módszereket is alkalmaztam 4. Anyag és módszer A kísérletet mindkét évben 47 m 2 -es parcellákon állítottam be a Pannon Egyetem Georgikon Mezőgazdaságtudományi Karának Burgonyakutatási Központjában, Kánkán középkései burgonyafajtával (199-ben nyert állami minősítést). Gumója hosszúovál, középnagy, szép formájú, rózsa héjú, sekélyen ülő rügyekkel, fehér hússal. Szárazanyag tartalma közepesen magas. Lombozata magas és erősszárú, sötétzöld levélkéi középnagyok, oválisak. Lila virágzata középnagy. Leginkább mélyfagyasztott és félkész termékek készítésére alkalmas étkezési burgonya. Bőtermő, hosszú nyugalmi idejű, jól tárolható (Horváth, 2). A kísérletet mindkét évben Keszthelyen, Ramann-féle barna erdőtalajon (II. termőhelyi kategória) folytattuk, melyeknek fontosabb paramétereit a 2. táblázat tartalmazza. 2 táblázat - A kísérleti parcellák főbb paraméterei Év Fizikai talajféleség Könnyű vályog Könnyű vályog ph H2O 7,85 7,3 ph KCl 7,26 5,96 K A 3,2 36 CaCO 3 % 2,87%,61% Humusz % 1,59% 2,19% N-ellátottság közepes jó AL-P 2 O 5 mg/kg 23 mg/kg 74, mg/kg P-ellátottság jó közepes AL-K 2 O mg/kg 47,5 mg/kg 158,67 mg/kg K-ellátottság igen gyenge közepes A kísérlet során 6 kezelést alkalmaztam 4 ismétlésben, melyek jelölését, valamint a 25 t/ha termésátlaghoz kiszámított hatóanyag-mennységeket a 3. sz. táblázat tartalmazza. 3. táblázat - A kísérlet során alkalmazott kezelések és a kijuttatott hatóanyagok 25 t/ha tervezett termésátlaggal számolva (kg/ha) Sorszám Jelzés N P 2 O 5 K 2 O NPK 2 N1P1K1 4,5 4,2 2,5 3,1 1 9,5 3 N1P1K 4,5 4,2 2,5 3,1 4 N2P2K 9 8,4 5 6,2 5 NPK1 1 9,5 6 NPK A kísérletben kijuttatott műtrágyák Mészammon-salétrom (Pétisó) N 27 %, 3

4 Informatika a felsőoktatásban 28 Debrecen, 28. augusztus Szuperfoszfát P 2 O 5 2,5 %, Patentkáli K 2 SO 4 3 % és MgSO 4 1 % A levélfelületméréshez használt hardwerek és softwerek: Hardwerek: Hewlett-Packard Scanjet 467c szkenner AMD Athlon XP 32+, 2,21 GHz processzoros számítógép, 512 Mbyte memória, 8 Gbyte merevlemez, Softwerek: Adobe Photoshop 6. CE, IrfanView 3.91, Microsoft Excel XP. A levélfelület-méréshez szükséges képeket virágzáskor (26. június 11-én és 27. június 21-én) készítettem. A mintavételt követően a leveleket eltávolítottam a szárról, majd fehér lapra helyeztem őket, a homogén háttér elérése miatt. A képek szélére a referenciaérték (1 pixel területe cm 2 -ben kifejezve) meghatározásához milliméterpapír csíkokat fektettem horizontálisan és vertikálisan is. A szkennelést 171*234*24 bit felbontásban laboratóriumi körülmények között végeztem mindkét évben. A szkennelést követően megnyitottam a képeket az Adobe Photoshop CE programmal, majd körbevágtam a milliméterpapír csíkokat. Megszámoltam a hozzájuk tartozó pixelek számát és a függőleges és vízszintes érték szorzatából megkaptam egy képpont területét cm 2 -ben kifejezve. A következő lépésben kivágtam a leveleket a lehetséges legnagyobb pontossággal, majd Median szűrő alkalmazásával csökkentettem a pontszerű zajokat a képen. Ezt követően a Treshold funkcióval kétszintre vágtam a képeket, így a vizsgált objektumok feketék, a háttér pedig fehér színű lett (1. ábra). Kétszintre vágás után Histogram segítségével megszámoltam a fekete képpontok számát, ezt megszoroztam a referencia értékkel, így megkaptam a levélfelületet cm 2 -ben. A kísérlet során vizsgált többi paramétert hagyományos eljárással vizsgáltam mindkét évben. 1. ábra - Kétszintre vágás a programmal 4

5 Informatika a felsőoktatásban 28 Debrecen, 28. augusztus Eredmények és értékelésük A két kísérleti év során a következő analóg technikával mért paramétereket hasonlítottam össze: zöldtömeg, légszáraz tömeg, termés mennyiség, fajsúly, szárazanyag %, keményítő % és főzéstechnológia mutatók. A levélfelület-mérést mindkét évben digitális módszerrel végeztem A levelek zöldtömegének alakulása A levélek zöldtömegének alakulása (26) A levelek zöldtömegének alakulása (27) 16, 14, 12, 1, 8, 6, 4, 2,, Ke zelése k 2-3. ábra - A levelek zöldtömegének alakulása a kísérlet éveiben (26-27) A levelek zöldtömege mindkét évben hasonló tendenciát mutatott (2-3. ábra). A kezeletlen kontrollhoz képest mindkét kísérleti évben statisztikailag igazolható különbségek mutatkoztak a kezelések hatására. A legnagyobb zöldtömeg 26-ban az optimálisnak tekintett N1P1K1 kezelés, míg 27-ben a relatív káliumtöbblet (NPK2) hatására volt a legmagasabb. 5.2 A levelek légszáraz tömegének alakulása A levél légszáraz tömegének alakulása (26) Levelek légszáraz tömegének alakulása (27) 25, 35 2, 15, 1, 5,, ábra A levelek légszáraz tömegének alakulása A levelek légszáraz tömegének alakulása hasonló volt a zöldtömeghez (3-4. ábra). Statisztikailag igazolható különbséget többnyire csak a légszáraz tömegnél találtam. 5.3 A szár zöldtömegének alakulása A szárak zöldtömegének alakulása (26) A szár zöldtömegének alakulása (27) 12, 1, 8, 6, 4, 2, , SzD 5% 6-7. ábra A szárak zöldtömegének alakulása

6 Informatika a felsőoktatásban 28 Debrecen, 28. augusztus A szárak zöldtömegének alakulása követte a levelek tendenciáját. A legnagyobb az optimális és a relatív kálium többlettel kezelt volt (6-7. ábra). 5.4 A szár légszáraz tömegének alakulása A szár légszáraz tömegének alakulása (26) A szár légszáraz tömegének alakulása (27) 14, 12, 1, 8, 6, 4, 2,, ábra A szárak légszáraz tömegének alakulása A légszáraz tömegek alakulásának tendenciája, szintén hasonlít a már korábban ismertetett paraméterekéhez (8-9. ábra). 5.5 A termésátlagok alakulása A termésátlagok tendenciája mindkét évben azonos volt. A kontrollhoz képest kezelésenként szignifikáns eltéréseket találtam (1-11. ábra). 26-ban az kezelés 46%-kal, míg 27- ben 36%-kal haladta meg a kontrollt. A termésátlagok alakulása (26) A termésátlagok alakulása (27) Tömeg (t/ha) Tömeg (t/ha) ábra A termésátlagok alakulása A levélfelület alakulása A levélfelület alakulása (26) A levélfelület alakulása (27) Levélfelület (cm 2 ) 35, 3, 25, 2, 15, 1, 5,, SzD 5 % Levélfelület (cm 2 )

7 Informatika a felsőoktatásban 28 Debrecen, 28. augusztus ábra - A levélfelület alakulása A levélfelületi adatokat elemezve a 2-2- kezelés az első évben meghaladta a kontroll értékét, ezt a második évben nem tapasztaltam ( ábra). Látható az is, hogy mindkét évben a kiegyensúlyozott tápanyag-ellátást biztosító kezelés hatására mért levélfelület volt a legnagyobb. Míg első évben a kontrollhoz képest az eltérések szignifikánsak voltak minden kezelésnél, addig a második évben nem minden kezelés mutatott statisztikailag igazolható eltérést. 5.7 A növénymagasság alakulása A magasság alakulása (26) Növénymagasság alakulása (27) 6 6 Magasság (cm) Magasság (cm) ábra A növénymagasság alakulása A növénymagasság esetében mindkét évben szignifikáns különbséget találtam a kezelések között ( ábra). A kezelések egymáshoz viszonyított aránya hasonló volt a 2 kísérleti évben. 5.8 Egyéb paraméterek A fajsúly, szárazanyag %, keményítő % és konyhatechnológiai vizsgálatok esetében nem találtam a kezelések között szignifikáns különbséget egyik évben sem. Következtetések A kapott eredményekből látható, hogy az analóg és digitális módszerek a kísérletsorozat korszerű kiértékelésénél jól kiegészítették egymást. Az eredményekből is bizonyítható, hogy a megfelelő terméshez a burgonya számára előfeltétel az optimális K ellátottság. A növény igényétől eltérő tápelem-arányoknál ill. káliumhiánynál a termés mennyisége csökken, a szükségletet meghaladó, túlzott kijuttatás esetén a költségeink növekedése mellett jelentős környezetterhelést is okozhatunk. Köszönetnyilvánítás Köszönöm a segítséget témavezetőimnek dr. habil. Sárdi Katalin egyetemi tanárnak és dr. Berke József egyetemi docensnek, akik szakmai útmutatást nyújtottak munkám során. Köszönettel tartozom Vaszily Zsolt agrármérnöknek, aki a Burgonyakutatási Központ részéről biztosította a szükséges szakmai segítséget a kísérlet elvégzéséhez. Irodalomjegyzék [1] ANTAL, J. (1999): A szántóföldi növények trágyázása. In: Tápanyag-gazdálkodás szerk. Füleky, Gy., Mezőgazda Kiadó, Budapest, pp

8 Informatika a felsőoktatásban 28 Debrecen, 28. augusztus [2] BERKE, J. - FISCHL, G. - GYÖRFFY, K.-KÁRPÁTI, L. BAKONYI, J. (1993): The application of digital image processing in the evaluation of agricultural experiments. 5 th International Conference CAIP 93, Budapest, Springer-Verlag, Lecture Notes in Computer Science, pp [3] DEBRECZENI, K. (21): A káliumtrágyázás jelentősége a burgonyatermesztés sikere érdekében. International Potash Institute Basel - Veszprémi Egyetem Georgikon Mezőgazdaságtudományi Kar Keszthely [4] FRAGERIA, N. A. BALIGAR N. C. JONES CH. (1995): Growth and Mineral Nutrition of Field Crops. Ed. By R. R. Bowker. Marcel Dekker Inc. USA. [5] GILBERT, J. (23): A sokoldalú szkenner. Panem Kft., Budapest pp [6] GRÓSZ, G. (27): Burgonya (Solanum tuberosum) kálium tápanyag-ellátási kísérlet kiértékelése különböző módszerekkel, KÉPAF, 28, Debrecen [7] HORVÁTH, S. (2) Fajtaismertető Veszprémi Egyetem Georgikon Mezőgazdaságtudományi Kar Burgonyakutatási Osztály, Keszthely. [8] KSH (27): Statisztikai Tükör I. évfolyam 46. szám [9] LŐKE, ZS. SOÓS - G: (22): Determination of leaf area and plant cover by using digital image processing. Journal of Central European Agriculture, Volume 3, No. 4. pp [1] SÁRDI K. (1999): A kálium szerepe a növények életében. In: Tápanyag-gazdálkodás szerk. Füleky, Gy., Mezőgazda Kiadó, Budapest, pp [11] SZALAY, A. (1999): Bevezetés a burgonyatermesztésbe, Mezőgazdasági Szaktudás Kiadó, Budapest, pp