Forbedret mulighed for reduktion af fungicidforbruget i kartofler
1 Baggrund
- 1.1 Kartoffelproduktion i Danmark
- 1.2 Kartoffelskimmel (Phytophthora infestans)
- 1.3 Bekæmpelse
- 1.4 Beslutningsstøtte
- 1.5 Forbedrede vejrprognoser
- 1.6 Nedskalering af dmi-hirlam prognoser til lokale prognoser
- 1.7 Projektets formål
1.1 Kartoffelproduktion i Danmark
Kartoffelarealet i Danmark udgør 38.000 ha (Danmarks Statistik, 2006) fordelt på læggekartofler (4.000 ha), spisekartofler (15.000 ha) samt industrikartofler (19.000 ha) og repræsenterer en produktionsværdi for kartoffelavlerne på over én milliard kroner. Hovedparten af kartoffelarealet er koncentreret i Midtjylland (figur 1) og samlet på få ejendomme med kartofler som den primære indtægtskilde.
Figur 1. Fordeling af kartofler i Danmark 2002-2005. Arealanvendelsen til kartofler. Arealet til kartofler er regnet som et 3-års gennemsnit (2002-2005). Kilde: Danmarks Statistik (2005) og (2006a).
1.2 Kartoffelskimmel (Phytophthora infestans)
Kartoffelskimmel er den mest udbytte- og kvalitetsforringende skadegører i kartofler. Et kraftigt angreb af kartoffelskimmel kan reducere udbyttet til det halve, og selv et meget lille angreb af kartoffelskimmel i marken kan medføre, at kartoffelknoldene kan inficeres ved høst. Selv ganske få inficerede knolde kan give anledning til råd på lageret, og for en række specialproduktioner af f.eks. tidlige kartofler, læggekartofler eller kartofler til forarbejdning er der en nul-tolerance for kartoffelskimmel.
Kartoffelskimmel er forårsaget af den svampelignende mikroorganisme Phytophthora infestans, der tilhører en gruppe organismer, som betegnes oomyceter eller ægsporesvampe. Tidligere var oomyceter klassificeret som svampe, men der er store forskelle mellem oomyceter og ægte svampe. For eksempel består oomyceters cellevægge fortrinsvis af cellulose, mens ægte svampes cellevægge består af kitin. Desuden er oomyceter diploide (to kromosomsæt) i den vegetative form (den mycelielignende vækst) i modsætning til svampe, hvis mycelium består af haploide (ét cromosomsæt) celler. Oomyceterne er desuden karakteriseret ved deres sværmeceller (zoosporer) samt deres kønnede sporer (oosporer) (se figur 2), som mangler hos de egentlige svampe. P. infestans er tættere beslægtet med brunalger end med de ægte svampe, og oomyceterne regnes nu for at høre til et rige (Straminipilia) for sig selv (Judelson og Blanco, 2005). Økologisk og plantepatologisk kan kartoffelskimmel dog stadig opfattes som en svampelignende organisme, og i denne rapport beskrives kartoffelskimmel som en ”svamp”.
Figur 2. Sygdomscyklus for kartoffelskimmel (Phytophthora infestans). På det angrebne blad danner skimmelsvampen sporer på undersiden (midterst i figuren). Under gunstige vejrforhold spredes sporerne, og lander de på fugtige blade, kan de på få timer inficere planten. Svampen har to kønstyper A1 og A2), og findes de samtidigt på bladene, kan der opstå en kønnet formering med dannelse af hvilesporer (oosporer), som kan overleve i jorden i flere år. Hvis jorden er smittet, og der er fugtige forhold ved kartoffelplantens fremspiring, kan planterne inficeres fra oosporerne. Mest almindelige smittevej er dog via knoldene, hvor sporer fra angrebne blade lander på jorden og herfra smitter de nye knolde. Svampen kan så overleve på lager inde i knolden og kan det efterfølgende år give anledning til nye angreb(Kilde:http://www.plantpath.cornell.edu/fry/index.htm).
De primære smittekilder er inficerede knolde, affaldsdynger, spildkartofler og hvilesporer (oosporer). Tidligere var det kun inficerede knolde, som var af betydning i Danmark, men siden 1997 har der været mange indikationer på, at kønnet formering finder sted i Danmark (Lehtinen et al., 2007; Bødker et al., 2006). De milde vintre betyder også, at spildkartofler og kartofler i affaldsdynger kan overleve og spire med skimmel i det tidlige forår. Hvis nogle af disse planter er inficerede kan det være en alvorlig smittekilde. Fra en inficeret knold kan P. infestans vokse op igennem stænglen og lave en sporulerende læsion på stænglen lige over jorden. Herfra spredes smitstof – først til de nærmeste blade og senere til naboplanter eventuelt med regnplask eller ved vanding. Når der er dannet en plet i marken (et fokus), kan svampens sporer (sporangierne) spredes til større partier af marken under gunstige vejrbetingelser. Sporangierne er ikke levedygtige i lang tid på grund af risiko for udtørring, og fordi UV stråling dræber sporangierne (Mizibuti et al., 2000). Derfor skal spredte sporangier hurtigst muligt lande i en dråbe vand fra dug eller fra regn og starte infektion. Hvis det er varmt, går der kun 4-5 dage fra infektion til svampen begynder at danne sporer på kartoffelbladets underside. Under fugtige og varme vejrbetingelser kan svampen opformers meget hurtigt, og angreb kan ødelægge en hel mark i løbet af 10-14 dage. Under nedbør kan sporangierne vaskes ned gennem jorden og inficere knoldene. Latent inficerede knolde kan overleve en vinter i jorden eller i lageret og dermed overlevere smitstof til næste sæson. Kartoffelskimmel har kønnet formering, og hvis skimmel af to parringstyper (A1 og A2) angriber det samme blad eller stængel, kan der ske en kønnet formering og efterfølgende dannelse af oosporer (hvilesporer) i bladet. Når bladet dør og falder af til jorden, vil oosporerne kunne ligge i jorden og være en latent smittekilde i 3-5 år. Begge parringstyper findes nu i Danmark, og sidste undersøgelse fra 2003 viste en ligelig forekomst af A1 og A2 (Lehtinen et al., 2007). I de senere år er der i nogle tilfælde set meget tidlige angreb af kartoffelskimmel kort tid efter kartoflernes fremspiring, som kunne tyde på angreb fra oosporer i marken (Hansen et al., 2006).
1.3 Bekæmpelse
For at beskytte sin kartoffelavl er landmanden nødsaget til at sprøjte flere gange i løbet af sæsonen mod kartoffelskimmel. Bekæmpelsen foregår dels ved anvendelse af kontaktfungicider (f.eks. Dithane NT, Shirlan, Electis, Ranman) hen gennem sæsonen eller ved anvendelse af systemiske fungicider (f.eks. Ridomil Gold, Tattoo) eller semi-systemiske midler (f.eks. Tyfon, Acrobat WG), hvor det virksomme stof optages helt eller delvis i bladet (Nielsen, 2003; Nielsen, 2008). Ved anvendelse af kontaktfungiciderne opnås udpræget en forebyggende behandling, hvor selve infektionen forhindres, mens der ved anvendelse af systemiske midler kan opnås en egentlig bekæmpelse af et eksisterende angreb inde i bladet (kurativ behandling). Erfaringerne har vist (Bødker & Nielsen, 2001; Nielsen & Bødker, 2002; Nielsen, 2004), at langt den mest effektive bekæmpelse opnås ved sprøjtning forud for svampens infektion (forebyggende behandling), og hele grundlaget for bekæmpelse af kartoffelskimmel bygger netop på, at sprøjtning mod kartoffelskimmel sker, førend svampen har etableret sig i bladet.
I den økologiske produktion af kartofler, hvor det i Danmark ikke er muligt at anvende nogen form for pesticider, prøver man at få startet produktionen så tidligt som muligt (forspiring, tidlige kartofler mv.), således at kartoflerne har sat en del af deres knolde, førend skimmelsvampen angriber. Det kan redde noget af udbyttet, men en meget stor del i både kvalitet og kvantitet vil gå tabt som følge af skimmelangreb. Forsøg med anvendelse af alternative sprøjtemidler har hidtil ikke kunnet vise en effektiv bekæmpelse (Nielsen et al., 2003; Lærke et al., 2005).
Konventionel dyrkning af kartofler er i dag karakteriseret ved en intensiv fungicidanvendelse. Fungicidforbruget i kartofler udgør i dag 23% af det samlede fungicidforbrug i dansk landbrug, mens kartoffelarealet kun udgør 1,8% af landbrugsarealet. Behandlingsindekset (antal hele standarddoseringer pr. ha) har ifølge bekæmpelsesmiddelstatistik fra Miljøstyrelsen (Miljøstyrelsen, 2006) været stigende over de sidste 10-15 år fra 4-5 behandlinger i 1992 til ca. 9 behandlinger i 2005 og 7 behandlinger i 2006 (figur 3). I 2007 forventes det, at fungicidforbruget i kartofler overstiger forbruget i 2005 på grund af en udsædvanlig skimmelfavorabel vækstsæson med udbredt skimmel i markerne allerede i juli måned.
Figur 3. Udvikling i behandlingsindeks (BI) for fungicider i kartofler 1992-2006. (Bekæmpelsesmiddelstatistik, 2006).
De vigtigste årsager til det øgede forbrug er bl.a. mere alvorlige epidemier af kartoffelskimmel forårsaget af 1) nye og mere aggressive smitteracer, 2) tidlig oosporesmitte fra jorden samt 3) mere gunstigt vejr for kartoffelskimmel de seneste år, som omtalt i afsnit 1.1.
1.4 Beslutningsstøtte
Et beslutningsstøttesystem (DSS) integrerer og organiserer alle typer af information, som er nødvendige for at tage beslutninger om produktionen. Kompleksiteten kan variere fra en meget simpel databeregning til et computerbaseret ekspertsystem. Fremtidens landbrug i de mest udviklede lande går mod færre avlere med mange marker, øget anvendelse af ny teknologi, og driften bliver ”business”-præget (Magarey et al., 2002). Dette har øget behovet for beslutningsstøttesystemer. Tidligere lavede man Pc-programmer, men i dag er formidlingsmetoden primært Internettet og mobilteknologi. Systemerne kan variere fra omfattende ”super-konsulent” typer, over en webportalløsning, som samler viden fra mange kilder til ”open source” systemer, hvor alt er åbent og dokumenteret, men hvor de enkelte applikationer ofte ikke er integrerede (Magarey et al., 2002).
Behovet for beslutningsstøtte vedrørende kartoffelskimmel drejer sig ofte om fungicidbehandling, det vil sige, hvornår skal man starte med at behandle og hvor meget og hvor ofte gennem sæsonen med forskellige fungicidtyper og dosis. I Europa findes der adskillige beslutningsstøttesystemer for fungicidanvendelse i kartofler (Schepers, 2005). Seks forskellige DSS blev sammenlignet i en fælles europæisk test i 2001: Simphyt (Tyskland), PLANT-Plus (Holland), NegFry (Danmark), ProPhy (Holland), Guntz-Divoux/Milsol (Frankrig) og PhytoPre+2000 (Schweiz). Anvendelsen af beslutningsstøttesystemerne reducerede fungicidforbruget med 8–62% sammenlignet med rutinebehandling. Niveauet af kartoffelskimmel ved slutningen af vækstsæsonen var den samme eller lavere ved at bruge systemerne sammenlignet med rutinebehandling i 26 ud af de 29 testforsøg (Hansen et al., 2002b). Tilsvarende resultater blev opnået ved test af PLANT-Plus, ProPhy, NegFry og Simphyt i Irland i årene derefter (Dowley & Burke, 2004). De fleste af de nævnte systemer er koblet til anvendelsen af vejrdata fra ordinære klimastationer, men Prophy, PLANT-Plus og NegFry bruges med en lokal klimastation. Kun Prophy anvender data fra mikroklimaet. Alle andre systemer bygger på vejrdata fra 2 m højde, og relationen mellem 2 m vejrdata og mikroklima er som sådan indbygget i modellerne. Modeller som PLANT-Plus, Prophy og NegFry kan betegnes som beslutningsmodeller, fordi de giver en konkret vejledning om tidspunkt for behandling, fungicidtype og dosis. PLANT-Plus og Prophy er kommercielle systemer, og de kræver licens og integration med egne lokale vejrstationer. Både Plant Plus og Prophy findes også som Internet versioner. De modeller og metoder, som er implementeret i de kommercielle systemer, er naturligt nok ikke publiceret i detaljer. Det mest udviklede system i Europa - PLANT-Plus - sælges nu som en pakkeløsning inklusive vejrdata, prognosedata og rådgivning over det meste af verdenen (Ratjes et al., 2004). Det har været testet i Sverige og i Danmark, men det har ikke slået an i praksis af forskellige årsager. For svenske forhold nævnes, at det er for tidskrævende at anvende, fungicidbesparelsen er for lille i forhold til risiko og tidsforbrug, og det passer ikke ind i den praktiske hverdag (Wiik, 2006). Tilsvarende forhold vil sandsynligvis være gældende i Danmark.
I Danmark blev Pc-NegFry udviklet i starten af halvfemserne (Hansen et al., 1995). En væsentlig motivation var, at registreringer i forsøg og fra praksis viste, at starten af angreb varierede op til en måned (Hansen, 1995), og at testforsøg i de nordiske lande viste et stort potentiale i at nedsætte fungicidforbruget uden markant øget risiko for skimmel (Hansen et al., 1995; Hermansen & Amundsen, 2003). Videreudviklingen af PC-NegFry stoppede i 2002, bl.a. fordi brugen af Hardi Klimaspyd var for ustabil, og prognosen for tidlige angreb fejlede (Bødker et al., 1998). Pl@nteInfo på Internettet var startet i 1996, og det var naturligt at arbejde videre med beslutningsstøtte om skimmel i Pl@nteInfo (www.planteinfo.dk). Den komponent i Planteinfo, som beregnede dosis og intervaller blev udviklet i perioden 1999-2003 (Hansen et al., 2003). Selvom forsøgsresultaterne med både Pc-NegFry og Skimmelstyring har været lovende (Hansen et al., 1995; 2001; 2002a; 2002b), har risikoen ved anvendelse af systemerne alligevel været for stor i forhold til den økonomiske gevinst. Usikkerhederne har bl.a. drejet sig om kvaliteten af vejrdata, vejrprognosedata og beregning af skimmelvejr (Hansen et al., 2003).
Indflydelsen af temperatur og relativ luftfugtighed på udviklingen af kartoffelskimmel er blevet beskrevet i mange artikler (Review i Harrison, 1992; Harrison, 1995; Schepers, 1998 og Hansen, 2002 og på nettet: http://www.ipm.ucdavis.edu/DISEASE/DATABASE/potatolateblight.html). De fleste epidemiologiske modeller, som anvendes i beslutningsstøttesystemer i Europa i dag, er baseret på data fra klimakammerundersøgelser helt tilbage fra 1930’erne (Crosier, 1934; Harrison, 1992). De små forskelle, der er, skyldes bl.a. forskelle i systemernes anvendelse af vejrdata og arkitekturen af systemerne. Et vigtigt aspekt har været, i hvor høj grad disse basale modeller stadig er pålidelige i dag, hvor skimmelens biologi har ændret sig, og nogle steder er blevet mere aggressiv (Schepers, 1998; Hansen et al., 2005). Derfor er der et behov for at undersøge betydningen af nye smittekilder og at gentage de basale undersøgelser om vejrets indflydelse på skimmelens biologi – både i klimakammer og under markforhold.
Vi ved fra praksis, at der hver sæson er perioder, hvor det ikke er skimmelvejr. I disse perioder går angreb af kartoffelskimmel i stå, og angrebne læsioner tørrer ind eller af anden årsag bliver inaktive. Et beslutningsstøttesystem for forebyggende sprøjtninger mod kartoffelskimmel skal med stor sikkerhed kunne udpege disse sikre perioder, hvor avlere har mulighed for at reducere doseringen eller helt undlade at sprøjte.
Beslutningsstøttesystemet slår fejl, hvis det udpeger "sikre perioder", som alligevel ikke er sikre. Vurderingen af, hvor stor en usikkerhed avlere kan tolerere for et beslutningsstøttesystem, afhænger af afgrødens værdi og aftagervirksomhedernes kvalitetstolerancer samt prisen på en behandling med forebyggende svampemidler. Disse forhold varierer meget mellem avlere, sorter og produkttyper.
1.5 Forbedrede vejrprognoser
Den relative luftfugtighed (RH, forkortet fra det engelske: relative humidity) nær jordoverfladen er en vigtig vejrparameter ved varsling for risiko for smittespredning af kartoffelskimmel. Et af formålene med projektet har derfor været at forbedre forudsigelsen af relativ fugtighed i Danmarks Meteorologiske Instituts (DMIs) prognosemodel (DMI-HIRLAM_T15), der benyttes til vejrforudsigelse i Danmark, Grønland og på Færøerne samt til vandstandsvarsling langs Danmarks kyster.
1.6 Nedskalering af dmi-hirlam prognoser til lokale prognoser
Et andet formål har været at undersøge, om en kalibrering af vejrprognoserne til lokale vejrforhold kan bidrage til at forbedre varslingen for kartoffelskimmel, idet det er kendt, at den relative luftfugtighed kan variere betydeligt som følge af lokale topografiske forhold.
DMI-HIRLAM prognosen er beregnet med en horisontal gridstørrelse på 15x15 km. Prognosen er derefter omregnet til 10x10 km i AMIS vejrdatasystemet, som anvendes i informationssystemet PlanteInfo (www.planteinfo.dk). Der kan indenfor geografiske områder af denne størrelse forekomme betydelige lokale variationer f.eks. i topografien, som vil betinge væsentlige forskelle i den relative luftfugtighed. Hvis der er tale om systematiske og vedvarende forskelle mellem vejrprognoserne og det faktisk forekommende vejr, vil det være muligt at korrigere for denne forskel og dermed kalibrere eller nedskalere vejrprognoserne til lokale prognoser.
1.7 Projektets formål
Som det fremgår af ovenstående, er der stadig en række uløste problemer, som gør, at planteværnsmodellerne i kartofler ikke er så sikre, at de kan udgøre et effektivt beslutningsstøttesystem for landmanden.
Miljøstyrelsen besluttede derfor i 2004 at yde tilskud til undersøgelser vedrørende muligheder for reduktion af fungicidforbruget i kartofler med særlig fokus på at:
• Undersøge sammenhæng mellem vejrforhold og produktion, spredning samt infektion af kartoffelskimmel
• Udvikle mere præcise prognoser for relativ luftfugtighed (RH)
• Forbedre beslutningsstøttesystem til bekæmpelse af kartoffelskimmel
• Validere beslutningsstøttesystemet i markforsøg
Version 1.0 Oktober 2008, © Miljøstyrelsen.