Vliv povětrnostních podmínek, zavlažování a stáří rostlin na výnos a obsah alfa-kyselin u českých odrůd chmele (Humulus lupulus L.)

Pavel Donner^1,2*, Jaroslav Pokorný² , Josef Ježek² , Karel Krofta² , Josef Patzak² , Josef Pulkrábek¹ 

1 Katedra agroekologie a rostlinné výroby, Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů, Česká zemědělská univerzita v Praze, Praha, Česká republika
2 Hop Research Institute Co. Ltd., Žatec, Česká republika
*Odpovídající autordonner@chizatec.cz

Článek byl z originálu v anglickém jazyce přeložen pomocí pomocí programu DeepL.

Článek v originálním znění ke stažení zde

Citace: Donner P., Pokorný J., Ježek J., Krofta K., Patzak J., Pulkrábek J. (2020): Vliv povětrnostních podmínek, závlahy a stáří rostlin na výnos a obsah alfa-kyselin u českých odrůd chmele (Humulus lupulus L.). Plant Soil Environ., 66: 41-46. 

Abstrakt: Tato studie kvantifikuje vliv povětrnostních podmínek, závlahy a stáří rostlin na výnos a obsah alfa-kyselin u českých odrůd chmele Saaz, Sládek, Premiant a Agnus v 25letém období, tj. od roku 1993 do roku 2018. Výnosy českých odrůd chmele se v prvních třech letech věku rostlin zvyšovaly, až se ustálily a poté začaly mírně klesat po dobu 15 až 20 let, dokud nedosáhly optimální doby pro přesazení. Nejvyššího obsahu alfa-kyselin ve chmelových šišticích bylo dosaženo v prvním roce pěstování, v dalších letech následoval logaritmický pokles. Srážky byly nejvýznamnějším faktorem, který pozitivně ovlivňoval výnos chmele Saaz s korelací r = 0,59 a 0,61 (P < 0,01) pro celkové sezónní srážky (duben-srpen), 0,65 (P < 0,01) pro celkové sezónní srážky (duben-srpen) a 0,65 (P < 0,01) pro celkové sezónní srážky (duben-srpen).001) a 0,60 (P < 0,01) pro denní srážky nad 3 mm, 0,37 (P< 0,05) a 0,58 (P < 0,01) pro srážky v květnu a 0,50 (P < 0,01) a 0,32 (P < 0,05) v červenci v oblasti Saaz a na farmě Stekník. Výnos odrůd Sládek, Premiant a Agnus nebyl statisticky ovlivněn množstvím srážek, ale byl zjištěn pozitivní vliv úrovně zavlažování na zvýšení výnosu s korelací 0,58 (P < 0,01), 0,55 a 0,49 (P < 0,05). Nejvýznamnějším faktorem, který negativně ovlivnil obsah alfa-kyselin, byly vysoké teploty vzduchu v létě s korelacemi v rozmezí -0,56 až -0,83. Vliv na obsah alfa-kyselin byl negativní. V případě cv. Agnus vykazoval stabilní obsah alfa-kyselin nezávislý na počasí. 

Klíčová slova: změna klimatu; vodní stres; suché počasí; biosyntéza; pivovarnictví.

Chmel (Humulus lupulus L.) je vytrvalá bylina, jejíž samičí květenství, nazývané také chmelová šiška nebo chmel, se používá především v pivovarnictví, trochu ve farmacii a kosmetice. Stabilita produkce je důležitá pro ekonomické příjmy pěstitelů i obchodníků s chmelem, ale může být ohrožena klimatickými změnami, které jsou schopny ovlivnit kvantitu a kvalitu produkce (Možný et al. 2009). 

Výnos chmele je komplexem vzájemně se ovlivňujících faktorů, jako je genetická determinace odrůdy, půdní a výživářské možnosti lokality, agrotechnické a fytosanitární operace, podmínky prostředí atd. Produkční potenciál rostlin je obvykle 30 až 70 teoretického maxima (Pokorný 2011). Prvním krokem k dosažení dobré produkce plodin je volba odrůdy, vhodné stanoviště s ideálními půdními a vodními podmínkami, následně vyvážená výživa a agrotechnické a rostlinolékařské zásahy (Kopecký a kol. 2008a). I když jsou všechny tyto faktory zajištěny, významnou roli při ovlivňování výnosu hrají povětrnostní podmínky v jednotlivých ročních obdobích. Zejména vodní stres v době kvetení a vývoje a dozrávání šišek výrazně snižuje výnos a obsah alfakyselin (Hniličková a Novák 2000, Keukeleire et al. 2007, Srečec et al. 2008). Výnos chmele je silně závislý na transpiraci rostlin a je ovlivněn výparem (Fandiño et al. 2015). Závlaha je významným faktorem, který stabilizuje výnos chmele, ale nemá vliv na obsah alfa kyselin (Kopecký et al. 2008b, Svoboda et al. 2008, Nakawuka et al. 2017). Na druhé straně obsah alfakyselin v chmelových šišticích je výrazně snížena vyšší sumou sezónních teplot (Srečec et al. 2004, 2008, Možný et al. 2009). Vliv na to mají především vysoké letní teploty v období od poloviny června do sklizně v srpnu (Kučera a Krofta 2009, Pavlovič et al. 2012).

MATERIÁL A METODY 

Lokalita a produkce chmele. Polní pokusy probíhaly na sto hektarech Chmelařského výzkumného ústavu, Co. Ltd. (Žatec, Česká republika) ve Stekníku (GPS: 50.325017N, 13.623077E). Produkční plocha jednotlivých chmelnic se pohybovala od 0,27 až 6,65 ha, průměrně 1,86 ha. V tomto experimentě bylo zkoumáno celkem 18 chmelnic žateckého chmele (1-22 let), 21 chmelnic Sládka (1-18 let), 8 chmelnic Premiant (1-20 let) a 13 chmelnic Agnus (1-16 let). Všechny chmelnice byly udržovány v rámci správné zemědělské praxe s vyváženou výživou, ochranou rostlin a agrotechnickými operacemi (Kopecký et al. 2008a). Celá pokusná plocha byla zavlažována systémem kapkové závlahy. Závlahová dávka a rozvrh dodávky vody byly stanoveny graficko-analytickou metodou (Kopecký et al. 2008b). 

Měření dat a zdroje. Výnosy chmele z pokusných chmelnic byly vypočteny z hmotnosti balíků sklizených a usušených z každé chmelnice v každém roce.

Obsah alfa-kyselin byl rovněž každoročně stanoven ze vzorků odebraných z každé pokusné chmelnice. Obsah alfa-kyselin byl měřen pomocí titrace olovem podle metody EBC 7.4 (Analytica EBC 1998). Hořké látky byly extrahovány toluenem z práškově rozemletých sušených šištic. Alikvotní část toluenového extraktu byla zředěna methanolem a hořké látky v roztoku byly stanoveny konduktometrickou titrací methanolovým roztokem octanu olovnatého na modulárním titračním systému Metrohm (Herisau, Švýcarsko). Obsah alfa-kyselin je vyjádřen jako LCV (hodnota vodivosti olova) v hmotnostních procentech.

Získané údaje o výnosech a obsahu alfa-kyselin chmele sklízeného každoročně z pokusných chmelnic ve Výzkumném ústavu chmelařském, považovaných za zavlažovanou variantu tohoto pokusu, byly porovnány s oficiálními údaji každoročně zveřejňovanými Ústředním kontrolním a zkušebním ústavem zemědělským a Ministerstvem zemědělství ČR v rámci chmele Saaz, považované za nezavlažovanou variantu. Průměrné hodnoty výnosů v oblasti Saaz jsou vypočítány ze všech zemědělských podniků (zavlažovaných i nezavlažovaných), přičemž přibližně 20 % ploch je zavlažováno. Přesné údaje o zavlažovaných plochách nejsou k dispozici, protože evidence zavlažovacích systémů není v ČR povinná. Odhad zavlažovaných ploch vychází z dobrovolného investičního šetření, které provedl Svaz pěstitelů chmele ČR v roce 2015. 

Denní úhrn srážek a maximální, minimální a průměrné teploty byly měřeny meteorologickou stanicí (EMS, Brno, Česká republika), kterou spravuje Chmelařský institut, spol. s r. o., Brno. Ltd. v Žatci od roku 1993. 

Všechny srovnávací výsledky jsou založeny na porovnání údajů z farmy Výzkumného ústavu chmelařského s údaji z oblasti pěstování chmele Saaz v daných letech. Všechny ostatní (nesrovnávací) údaje (vliv stáří rostlin na výnos a obsah alfa-kyselin) pocházejí z farmy Výzkumného ústavu chmelařského. 

Statistické analýzy. K vyhodnocení dat byl použit program Statistica 8.0 CZ (StatSoft, Tulsa, USA) s využitím základních statistických funkcí, vícefaktorové analýzy rozptylu (ANOVA), korelace, lineárních a nelineárních modulů. Pro regresní analýzy a konstrukci grafů byl použit software Excel (Microsoft, Redmond, USA).

VÝSLEDKY A DISKUSE 

Vliv povětrnostních podmínek, zavlažování a stáří rostlin na výnos. Podle ANOVA byly zjištěny statisticky významné rozdíly (P < 0,001) ve výnosech způsobené buď ročními sezónními povětrnostními podmínkami, nebo věkem rostlin u jednotlivých odrůd. Dále byly zjištěny statisticky významné rozdíly (P < 0,01) ve výnosu způsobené lokalitou chmelnice u odrůd Saaz a Sládek. Pro statistickou analýzu vlivu stáří rostliny na výnos však byla použita data. Výnosy českých odrůd chmele se v prvních třech letech zvyšovaly, až se ustálily (obr. 1). Stabilita produkce mírně klesala po dobu 15 až 17 let v závislosti na odrůdě. To koresponduje s dřívějšími poznatky o přesazování chmelnic při dosažení věku 20-25 let u žateckého chmele a 15-17 let u hybridních kultivarů (Kopecký et al. 2008a, Pokorný 2011). 

Sezónní povětrnostní podmínky jsou jedním z hlavních faktorů, které každoročně ovlivňují růst a fyziologickou reakci chmelových rostlin. Nejvýznamnějším faktorem pozitivně ovlivňujícím výnos žateckého chmele byly srážky (tab. 1). Pozitivně působil jak celkový sezónní úhrn srážek (obr. 2), tak počet dnů s denním úhrnem srážek nad 3 mm. Statistická analýza neprokázala žádný významný vliv srážek nižších než 3 mm za den. 

Obrázek 1. Vztah mezi věkem rostlin a výnosem čtyř českých odrůd chmele. Chybové úsečky představují směrodatnou odchylku

Tabulka 1. Korelační koeficienty mezi nejvýznamnějšími meteorologickými parametry a výnosy chmele Saaz

Možný et al. (2009) rovněž uvádí významný vliv letních srážek (červen až srpen) na výnos žateckého chmele v České republice v období 1954-2006. Podle této studie jsou pro vývoj výnosu klíčové měsíce květen a červenec. Horké a suché počasí v květnu významně snížilo výnos chmele Saaz. Množství srážek v červenci a na začátku srpna bylo jedním z klíčových faktorů pro vývoj a růst chmelových šištic. Získané výsledky jsou v souladu s údaji, které publikovali Črepinšek a Čeh (2018) pro odrůdy Aurora a Savinjski Golding ve Slovinsku. Stejný vliv na výnos byl dříve zjištěn u odrůdy Celeia (Črepinšek a Čeh 2016).

Významné negativní korelace byly zjištěny mezi průměrnou teplotou od 1. července do 15. srpna a výnosy Sládka (r = -0,68, P < 0,001) a Premianta (-0,42, P < 0,01) v žatecké oblasti (obr. 3). Na farmě Stekník však tento vliv nebyl zjištěn vzhledem závlaze, která je schopna během horkých letních dnů snížit teplotu až o 5 °C (Kopecký et al. 2008b). Obecně je pozitivní vliv závlahy na výnos chmele dobře znám (Svoboda et al. 2008, Možný et al. 2009, Fandiño et al. 2015, Nakawuka et al. 2017); v této studii byl potvrzen zvýšením výnosu chmele u odrůd Sládek, Premiant a Agnus (obr. 4). Přestože nebyl zjištěn statistický vliv celkové úrovně zavlažování v průběhu sezóny na výnos chmele Saaz obecně, dávka vody v červenci byla významně důležitá pro jeho výnos (tab. 2). To bylo v souladu s výše uvedenými výsledky s ohledem na červencové srážky. Vliv závlahy na výnosy chmele Saaz na farmě Stekník (obr. 4) spočívá ve stabilizaci výnosu v období s vyšší průměrnou teplotou a suchým obdobím během vegetace. Přestože se zvyšující se úrovní závlahy výnos nezvyšoval, závlaha pomáhala udržovat příznivé mikroklima a stabilizovat výnosy Saazu (Kopecký a Ježek 2007).

Obrázek 2. Lineární regrese mezi sezónními srážkami (duben-srpen) a výnosem chmele Saaz v období 1993- 2018

Obrázek 3. Lineární regrese mezi průměrnou teplotou od 1. července do 15. srpna a výnosem chmele odrůd Sládek a Premiant v období 1998-2018.

Obrázek 4. Lineární regrese mezi úrovní sezónní závlahy a nárůstem výnosu pro čtyři české odrůdy chmele v období 2007-2018

Korelační koeficienty mezi úrovní zavlažování a výnosy byly u ostatních odrůd rozdílné v závislosti na měsíčním významu vody pro jednotlivé odrůdy (tab. 2). Na základě získaných údajů lze konstatovat, že hybridní odrůdy lépe prosperují v teplejších podmínkách, pokud mají dostatek vody. Tyto výsledky jsou v souladu s údaji publikovanými Pokorným (2011) nebo Nakawukou et al. (2017), kteří zjistili, že úroveň zavlažování byla ve významné pozitivní korelaci s dosaženými výnosy čtyř odrůd: Hood, Willamette, Columbus a Chinook ve Washingtonu (USA). 

Vliv povětrnostních podmínek, zavlažování a stáří rostlin na obsah alfa-kyselin. Obsah alfa-kyselin ve chmelových šišticích je jedním z nejdůležitějších kvalitativních parametrů pro pivovarský průmysl. Přestože obsah alfa-kyselin je genotypově závislá vlastnost chmele, která se pohybuje v rozmezí 2-21 % HS (hmotnosti sušiny), vliv povětrnostních podmínek během vegetace je velmi významný a projevuje se každoročními výkyvy. Byly zjištěny statisticky významné rozdíly (P < 0,001) v obsahu alfa-kyselin způsobené buď diferentními sezónními povětrnostními podmínkami nebo stářím rostlin pro každou odrůdu pomocí ANOVA. Podobně byly zjištěny statisticky významné rozdíly (P < 0,01) v obsahu alfa-kyselin u odrůd Saaz a Sládek z různých chmelařských lokalit. Všechny studované odrůdy vykazovaly nejvyšší obsah alfa-kyselin v prvním roce svého stáří (obr. 5). Logaritmický pokles obsahu alfa-kyselin s rostoucím věkem rostliny byl zřejmý u všech odrůd, vyšší pokles byl však zjištěn u odrůd Sládek a Saaz. 

Statistická analýza získaných údajů byla provedena s cílem potvrdit dříve publikovaný vliv počasí na obsah alfa-kyselin (Srečec et al. 2004, 2008, Možný et al. 2009, Kučera a Krofta 2009, Pavlovič et al. 2012).

Tabulka 2. Korelační koeficienty mezi úrovní zavlažování a výnosy českých odrůd chmele na farmě Stekník

*P < 0,05; **P < 0,01

Obrázek 5. Vztah mezi stářím rostlin a obsahem alfa-kyselin u čtyř českých odrůd chmele. Chybové úsečky představují směrodatnou odchylku. DW - hmotnost sušiny

Nejvýznamnějším faktorem negativně ovlivňujícím obsah alfa-kyselin u českých odrůd chmele byla teplota vzduchu (tab. 3). Dalšími faktory s negativní korelací k obsahu alfa-kyselin byly vysoké teploty v červenci (obr. 6) a srpnu, počet dnů s maximální teplotou nad 30 °C a také suma sezónních teplot (tab. 3). Odrůdy Saaz a Premiant byly citlivější na vysoké teploty. Naopak obsah alfa-kyselin u odrůdy Agnus nebyl horkým počasím významně ovlivněn. Předpokládá se, že je to dáno genotypem odrůdy Agnus, protože její šlechtitelský původ je v americké zárodečné plazmě (Patzak a Henychová 2018), která byla zvyklá na horkého počasí v polopouštních oblastech. Prvotřídní šlechtitelský původ mají Saaz kultivary a evropské landrace kultivary, které byly zvyklé na mírné kontinentální počasí v Evropě (Patzak et al. 2010). Vyšší součet sezónních teplot výrazně snížil obsah alfa-kyselin v chmelových hlávkách odrůdy Saaz (Možný et al. 2009) nebo Aurora (Srečec et al. 2004, 2008). Vysoké teploty od poloviny června do sklizně v srpnu měly na obě odrůdy nejnegativnější vliv (Kučera a Krofta 2009, Pavlovič et al. 2012). 

V této studii nebyl zjištěn významný vliv závlahy na obsah alfa-kyselin v českých odrůdách chmele, což koresponduje s dříve publikovanými výsledky (Svoboda et al. 2008, Fandiño et al. 2015, Nakawuka et al. 2017). Nicméně kapková závlaha snižuje teplotu a zvyšuje vlhkost uvnitř chmelnice a potlačuje negativní vliv vysoké teploty na biosyntézu hořkých kyselin. Proto byly pro výsledky získané na farmě Stekník srovnány sklony lineárních regresí (obr. 6). 

Poděkování. Děkujeme všem pracovníkům farmy Stekník za technickou údržbu a obhospodařování chmelnic ve všech ročních obdobích.

Tabulka 3. Korelační koeficienty mezi nejvýznamnějšími meteorologickými parametry a obsahem alfa kyselin v českých odrůdách chmele

*P < 0,05; **P < 0,01; ***P < 0,001

Obrázek 6. Lineární regrese mezi průměrnou červencovou teplotou a obsahem alfa kyselin u chmelů Saaz, Sládek a Premiant. DW - hmotnost sušiny

ODKAZY 

Analytica EBC (1998): Metoda 7.4. Nürenberg, Hans Carl Getränke Fachverlag. 

Črepinšek Z., Čeh B. (2016): Výnos chmele odrůdy Celeia v závislosti na povětrnostních podmínkách do konce července. Chmelařský zpravodaj, 23: 14-26. (Ve slovinštině) 

Črepinšek Z., Čeh B. (2018): Závislost výnosu chmele cv. Aurora a Savinjski Golding na povětrnostních podmínkách do konce července. Chmelařský zpravodaj, 25: 5-17. (Ve slovinštině) 

Fandiño M., Olmedo J.L., Martínez E.M., Valladares J., Paredes P., Rey B.J., Mota M., Cancela J.J., Pereira L.S. (2015): Hodnocení a využití vody a rozdělení evapotranspirace zavlažovaného chmele (Humulus lupulus) a vztah transpirace k výnosu chmele a alfakyselinám. Industrial Crops and Products, 77: 204-217.

Hniličková H., Novák V. (2000): Změny obsahu energie ve vegetativních a generativních orgánech chmele (Humulus lupulus L.) během vegetace. Scientia Agriculturae Bohemica, 31: 241–248, 31: 241-248. 

Keukeleire J.D., Janssens I., Heyerick A., Ghekiere G., Cambie J., Roldan-Ruiz I., Bockstaele E.V., Keukeleire D.D. (2007): Relevance of organic farming and effect of climatological conditions on the for- mation of α-acids, β-acids, desmethylxanthohumol, and xanthohumol in hop (Humulus lupulus L.). Journal of Agricultural and Food Chemistry, 55: 61-66. 

Kopecký J., Ježek J. (2007): Vliv povětrnostních podmínek a závlahy na výnos a kvalitu chmele. In: Sborník Vědecké komise Mezinárodní úmluvy pěstitelů chmele, Tettnang, 116

Kopecký J., Ciniburk V., Kořen J., Krofta K., Vostřel J., Klapal I., Brynda M., Nesvadba V., Kozlovský P., Kudrna T., Ježek J. (2008a): Zakládání chmelnic hybridními odrůdami. Metodika pro praxi 1/08. Žatec, Výzkumný ústav chmelařský spol. Ltd., 32. (v češtině) 

Kopecký J., Ježek J., Klíma B., Slavík L. (2008b): Zásady pro využití progresivních systémů v závlahách chmele v podmínkách chmelařských oblastí v ČR. Metodika pro praxi 3/08. Žatec, Výzkumný ústav chmelařský spol. s.r.o, 80. (v češtině)

Kučera J., Krofta K. (2009): Matematický model pro předpověď výnosu a obsahu alfa kyselin z meteorologických dat pro aromatickou odrůdu Saaz. ISHS Acta Horticulturae, 848: 131-139. 

Možný M., Tolasz R., Nekovar J., Sparks T., Trnka M., Žalud Z. (2009): Vliv klimatických změn na výnos a kvalitu žateckého chmele v České republice. Zemědělská a lesnická meteorologie, 149: 913-919. 

Nakawuka P., Peters T.R., Kenny S., Walsh D. (2017): Effect of deficit irrigation on yield quantity and quality, water productivity and eco- nomic returns of four cultivars of hops in the Yakima Valley, Wash- ington State. Industrial Crops and Products, 98: 82- 92. 

Patzak J., Henychová A. (2018): Hodnocení genetické variability aktuálních kultivarů chmele (Humulus lupulus L.) pomocí rozšířeného souboru molekulárních markerů. Český časopis pro genetiku a šlechtění rostlin, 54: 86–91.

Patzak J., Nesvadba V., Henychová A., Krofta K. (2010): Hodnocení genetické diverzity planě rostoucích chmelů (Humulus lupulus L.) v Evropě pomocí chemických a molekulárních analýz. Biochemická systematika a ekologie, 38: 136-145. 

Pavlovič V., Pavlovič M., Čerenak A., Košir I.J., Čeh B., Rozman C., Turk J., Pazek K., Krofta K., Gregorič G. (2012): Vliv prostředí a počasí na kvalitu a tržní hodnotu chmele. Rostlina, půda a životní prostředí, 58: 155–160.

Pokorný J. (2011): Vliv lokality a roku na produkci a kvalitu chmele. [doktorská práce] Praha, Česká zemědělská univerzita v Praze, 179. (v češtině)

Srečec S., Kvaternjak I., Kaučič D., Marič V. (2004): Dynamika růstu chmele a akumulace α-kyselin v normálních a extrémních klimatických podmínkách. Agriculturae Conspectus Scientificus (Vědecký přehled zemědělství), 69: 59-62. 

Srečec S., Kvaternjak I., Kaučič D., Špoljar A., Erhatič R. (2008): Vliv klimatických podmínek na akumulaci α-kyselin v klonech chmele. Agriculturae Conspectus Scientificus (Vědecký přehled zemědělství), 73: 161–166

Svoboda P., Hniličková H., Hnilička F. (2008): Změny výnosu a kvality chmele v závislosti na zavlažování. Komunikace o výzkumu obilovin, 36: 891-894.

Přijato: 18. listopadu 2019

Přijato: 17. prosince 2019 

Zveřejněno online: 21. ledna 2020