ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE TOM LIX NR 1/2 WARSZAWA 2008: JAN KOPER, JOANNA LEMANOWICZ

Transkrypt

1 ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE TOM LIX NR 1/2 WARSZAWA 2008: JAN KOPER, JOANNA LEMANOWICZ ODDZIAŁYWANIE ZRÓŻNICOWANEGO NAWOŻENIA OBORNIKIEM I AZOTEM MINERALNYM NA KSZTAŁTOWANIE SIĘ ZAWARTOŚCI WĘGLA, AZOTU I FOSFORU ORAZ AKTYWNOŚCI FOSFATAZY KWAŚNEJ W POZIOMIE A GLEBY PŁOWEJ THE IMPACT OF DIFFERENTIATED FERTILIZATION WITH MANURE AND MINERAL NITROGEN ON CARBON, NITROGEN AND PHOSPHORUS CONTENT AS WELL AS АСЮ PHOSPHATASE ACITIVITY IN A HORIZON OF LUVISOLS Katedra Biochemii Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego w Bydgoszczy A b stra c t: Soil sam ples w ere co llected from long-term field experim en t carried out on a Luvisol com posed o f strong loam y sand. Four farm yard cattle m anure doses (0, 20, 40, 60 and 80 t ha~ ') w ere applied every other four years under potatoes, w hile four doses (0, 40, 80 and 120 kg N- ha-1) o f am m onium nitrate (m ineral nitrogen) w ere used yearly. C oncentrations o f nutrients in soil w ere significantly affected by fertilization w ith organic and m ineral nitrogen and their interaction. Słowa kluczow e: gleba, naw ożenie, obornik, azot, węgiel, fosfor, fosfataza kwaśna. Key w ords: soil, fertilization, m anure, nitrogen, carbon, phosphorus, acid phosphatase. WSTĘP Przez systematyczne nawożenie organiczne oraz mineralne zapobiega się spadkowi produktywności gleby, a jednocześnie wpływa na jej właściwości fizyko-chemiczne. Wykorzystanie przez rośliny składników pokarmowych z obornika zależy przede wszystkim od terminu jego przyorania, rodzaju gleby, gatunku uprawianej rośliny oraz od ilości i przebiegu opadów atmosferycznych. Nawożenie azotowe, stosowane w optymalnych dawkach i proporcjach, oprócz wyraźnego wpływu na plon roślin decyduje w znacznym stopniu o składzie chemicznym pozyskiwanej biomasy.

2 Wpływ zróżnicow anego naw ożenia na w ybrane w łaściw ości gleby p ło w ej 113 Celem podjętych badań było poszukiwanie zależności pomiędzy zawartością węgla, azotu i fosforu oraz aktywnością fosfatazy kwaśnej w poziomach próchnicznych gleby płowej w aspekcie wieloletniego i zróżnicowanego nawożenia obornikiem i azotem. MATERIAŁ I METODY Próbki glebowe pobrano z wieloletniego, statycznego doświadczenia polowego założonego w 1980 roku przez Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa w Puławach na terenie Rolniczego Zakładu Doświadczalnego w Grabowie nad Wisłą. Gleby te według Systematyki Gleb Polski [1989] określono jako gleby płowe typowe o składzie granulometrycznym piasku gliniastego mocnego. Należą do klasy bonitacyjnej IVa i kompleksu przydatności rolniczej żytniego bardzo dobrego. W zmianowaniu zastosowano następujący dobór roślin - ziemniak, pszenica ozima, jęczmień jary i kukurydza na kiszonkę. Jest to doświadczenie dwuczynnikowe prowadzone w układzie losowanych podbloków (split-plot), w którym pierwszym czynnikiem było nawożenie obornikiem bydlęcym, zastosowanym jesienią 2000 roku pod ziemniaki w dawkach 0, 20, 40, 60, 80 t ha-1. Czynnikiem drugim było nawożenie azotem mineralnym w postaci saletry amonowej w dawkach: NQ- 0, N - 40, N - 80, N kg N- ha-1. Nawożenie fosforowe i potasowe było jednakowe dla cafego doświadczenia i wynosiło: superfosfat potrójny 55 kg P ha-1 i sól potasowa 120 kg К ha-1. Zabiegi uprawowe przeprowadzono zgodnie z ogólnie przyjętymi zasadami prawidłowej agrotechniki dla pszenicy ozimej. Warunki panujące na terenie RZD podczas pobierania próbek glebowych: ilość opadów atmosferycznych - 84,9 mm, średnia temperatura powietrza 21 C. Próbki glebowe pobrano z poziomu próchnicznego w 22 roku trwania doświadczenia w miesiącu lipcu, spod uprawy pszenicy ozimej (odmiana Korweta). Po odpowiednim przygotowaniu stanowiły materiał wyjściowy do przeprowadzenia poszczególnych analiz laboratoryjnych, wykonywanych w czterech powtórzeniach (w tabelach zamieszczono średnie z tych powtórzeń). W materiale glebowym oznaczono: zawartość węgla związków organicznych (C ) metodą Tiurina oraz azotu ogółem (N ) metodą Kjeldahla [Lityński i in. 1976], zawartość fosforu związków organicznych (P ) wyliczono z różnicy pomiędzy ogólną zawartością fosforu, oznaczonego w próbkach zmineralizowanych a zawartością fosforu nieorganicznego oznaczonego w próbkach niezmineralizowanych metodą Mehta i in. [1954], aktywność fosfatazy kwaśnej (AcdP) metodą Tabatabai i Bremnera [1969], ph w H90 i 1 mol dm-3 KCl oznaczono potencjometrycznie [Lityński i in. 1976]. Wyniki oznaczeń laboratoryjnych poddano analizie wariancji, a istotność różnic między średnimi określono przy użyciu testu Tukeya na poziomie istotności p = 0,05. Do obliczeń wykorzystano program FR-ANALWAR na bazie Microsoft Excel. Stopień zależności pomiędzy badanymi cechami gleby określano metodą analizy korelacji prostej (p<0,05). Analizę korelacji wykonano w programie Statistica fo r Windows РГ\ WYNIKI I DYSKUSJA Zastosowane w doświadczeniu nawożenie w stosunkowo niewielkim stopniu różnicowało odczyn gleby (tab.l). Odczyn mierzony w H70 wahał się w granicach 5,8-6,2, natomiast w roztworze KC1 mieścił się w granicach 5,2-5,8. Na podstawie uzyskanych wartości ph badaną glebę można zakwalifikować do gleb kwaśnych i słabo kwaśnych. Spadek wartości ph w H^O i w KC1 zaobserwowano (w poziomie próchnicznym gleby) po zastosowaniu azotu mineralnego w dawce N.

3 114 J. Koper, J. Lem anow icz Stwierdzono istotny wpływ zastosowanego nawożenia obornikiem i azotem mineraln y m, jak również ich wzajemne oddziaływanie na zmiany zawartości węgla związków organicznych w badanym poziomie. Zawartość węgla związków organicznych w glebie płowej wynosiła średnio 7,96 g С kg-1. We wcześniejszych badaniach Łabuda i in. [2003] stwierdzili, że w glebie nawożonej zróżnicowanymi dawkami obornika i azotu zawartość С, wyniosła średnio 7,13 g С kg-1. W glebie z doświadczenia w Grabowie najwyższą zawartość węgla związków organicznych (średnio 8,62 g С kg 1) oznaczono w próbkach gleby nawożonej dawką obornika 80 t ha 1. Zawartość ta była wyższa o 17% w porównaniu z zawartością tego biopierwiastka w glebie pobranej z poletek, na których nie zastosowano naw ożenia obornikiem. Wykazano, że zawartość С >w badanym poziomie gleby płowej wzrastała w miarę zwiększania ilości substancji organicznej dostarczonej w postaci obornika. Zawartość azotu ogółem była istotnie modyfikowana pod wpływem zastosowanych w doświadczeniu czynników, jak również ich interakcji. Zawartość N j kształtowała się na poziomie średnio 0,931 g N kg 1. Najniższą zawartość Nqj (średnio 0,844 g N kg 1) stwierdzono w glebie z obiektów, gdzie nie zastosowano obornika. Natomiast najwyższą zawartość (średnio 1,02 g N kg 1) oznaczono w glebie przy zastosowaniu obornika w dawce 80 t ha 1. Zarówno zwiększające się dawki obornika, jak też azotu mineralnego powodowały zwiększenie zawartości N т w badanym poziomie. Ze względu na równoległość przemian węgla i azotu, uruchamianie azotu z połączeń organicznych zależy w dużej mierze od właściwego stosunku wartości С ^ N j w glebie, który najczęściej wynosi 10:1. W badaniach własnych wartości tego stosunku wahały się w zakresie od 6,70 do 10,0 (tab. 1). Różnice w wartościach stosunku С fj: N j świadczą o zróżnicowanym tempie mineralizacji organicznych związków węgla i azotu. We wcześniejszych badaniach Kondratowicz-Maciejewska i Gonet [2005] uzyskali wartości stosunku С : N?w zakresie 10,5 do 11,1 zależnie od rodzaju zmianowania i nawożenia gleby. Zawartość fosforu związków organicznych w badanej glebie wynosiła średnio 0,243 g P kg-1. Najmniejszą zawartość P (średnio 0,197 g P kg 1) stwierdzono w glebie nienawożonej obornikiem (tab. 1). W badaniach własnych zaobserwowano wzrost zawartości fosforu związków organicznych w glebie z doświadczenia polowego w Grabowie pod wpływem wzrastających dawek zastosowanego nawozu organicznego. Największy istotny wzrost zawartości P (średnio 0,305 g P kg 1) stwierdzono w próbkach glebowych pobranych z poletek nawożonych obornikiem w dawce 60 t-ha 1. Zastosowanie obornika w dawce 80 t-ha 1 spowodowało spadek zawartości P o 19% w porównaniu z zawartością badanej frakcji fosforu w glebie z obiektów nawożonych obornikiem w dawce 60 t ha 1. Szara i in. [2005] stwierdzili, że ilość fosforu w połączeniach organicznych na obiektach nawożonych obornikiem była wyższa w porównaniu z obiektami, na których nie zastosowano tego nawozu. Azot mineralny w dawce 120 kg ha 1 powodował istotny spadek zawartości fosforu związków organicznych w badanej glebie. Prawdopodobnie może mieć to związek z zakwaszającym wpływem najwyższej dawki zastosowanego nawozu azotowego. Dostępność dla roślin fosforu związków organicznych zależy od tempa ich m ineralizacji, a nie od jego ogólnej zaw artości w tych zw iązkach. W artość stosunku С : P uw ażana jest za dobry wskaźnik m ineralizacji fosforu zw iązków organicznych w glebie. W badaniach własnych wartości stosunku С : P kształtowały się w granicach 22,8-38,7 (tab. 1). Uzyskane wartości świacfczą o tym, że po wprowadzeniu do gleby obornika, fosfor ze związków organicznych został uw olniony do roztw oru glebowego i uległ szybkiej m ineralizacji.

4 Wpływ zróżnicow anego naw ożenia na wybrane w łaściw ości gleby p ło w ej 115 TABELA 1. Z aw artość węgla, azotu ogółem, fosforu, aktyw ność fosfatazy kw aśnej - A cdp [mmol pn P kg_1-h-1], w artości stosunków С t : N f i С : P f oraz zmiany ph pod w pływ em zastosow anego nawożenia obornikiem i azotem w poziomie A gleby płowej TABLE 1. The content o f organie carbon, total nitrogen, organic phosphorus, activity acid phosphatase - A cdp, values o f С : N and С : P ratios and changes o f ph in soil as depended on FY M and nitrogen fertilization g g Dawka - Dose С org N Og P org AcdP С : N org og С : P ph org org obornika o f FY M azotu o f N [g kg"1] h 2o K C 1 0 N 0 6, 4 3 0, , , , , 5 6, 2 5,8 N j 7, 3 4 0, , ,0 5 8, , 7 6, 0 5, 7 8, 4 5 0, * 0, ,11 9, , 2 6, 0 5,5 6, 4 3 0, , ,2 4 7, ,1 5, 9 5,3 n; 2 0 N 0 7,2 1 0, , ,0 4 8, , 6 6, 0 5,3 n. 5, 9 8 0, , ,0 9 6, , 5 5, 8 5,4 8, 6 4 0, , ,11 1 0,0 3 5, 4 5, 9 5, 4 8, 0 6 0, , ,3 0 9, , 5 5, 8 5, N o N, N o N, 7, 3 4 0, , ,1 0 8, , 8 5, 9 5,4 8, 8 4 0, , ,1 5 9, , 5 5, 9 5, 4 7, 6 7 0, , ,2 3 8, , 9 5, 8 5, 4 8, 3 2 0, , ,3 8 8, , 8 5, 8 5,2 8, 1 9 0, , ,2 1 8, , 8 5, 9 5, 4 8, 3 2 0, , ,3 4 8, , 5 5, 9 5,5 8, 3 8 0, , ,4 3 8, , 8 5, 9 5,5 9, 1 0 0, , ,5 3 9, , 0 5, 9 5,3 8 0 N 8, 9 0 0, , ,1 2 8, , 7 5, 9 5,5 N, 8,7 1 1,0 3 0, ,1 7 8, , 3 5, 9 5,5 7, 8 0 1,0 2 0, ,2 7 8, , 9 5, 8 5,5 9, 1 0 1,0 4 0, ,3 3 8, ,1 5, 8 5, 4 Średnio - M ean 7, 9 6 0, , ,2 1 n.i. - różnice nieistotne n ç n n t sicm ifin p n t n i r 005 l s d U,U3 U.Uj I czynnik factor 0, 2 8 0, , , II czynnik factor 0, 0 6 0, , , Interaction I/II 0, , , n. i. И Л 0, , ,0 1 1 n.i. Aktywność fosfatazy kwaśnej w badanej glebie płowej kształtowała się w zakresie 0,984-1,56 mmol pnp kg-1 h_1 (tab. 1). Stwierdzono istotny wpływ nawożenia obornikiem i azotem mineralnym na aktywność kwaśnej fosfomonoesterazy glebowej. Istotnie najwyższą aktywność badanego enzymu (średnio 1,38 mmol pnp*kg_i-h_1) zaobserwowano w glebie z obiektów, na których zastosowano obornik w dawce 60 t ha-1. Stwierdzono, że obornik w dawce 80 t ha-1 powodował inhibicję aktywności AcdP w glebie, ponieważ nastąpił spadek jej aktywności o 12% w stosunku do aktywności kwaśnej fosfomonoesterazy oznaczonej w glebie z obiektów nawożonych obornikiem w dawce 60 t ha'"1. Według Myśkowa i in. [1996] sysiematyczne stosowanie nawozów organicznych powoduje zwiększenie zawartości węi-la związków

5 116 J. Koper, J. Lem anow icz organicznych w glebie, a w następstwie tego wzmożenie ich aktywności biologicznej. Wzrastające dawki azotu mineralnego spowodowały wzrost aktywności fosfatazowej gleby. Istotnie najwyższą aktywność stwierdzono w glebie z obiektów, na których zastosowano dawkę azotu N3> Aktywujące działanie azotu w dawce N3 w przypadku aktywności fosfatazy kwaśnej związane było z zakwaszającym oddziaływaniem wysokich dawek azotu mineralnego na środowisko glebowe. Na podstawie analizy korelacji stwierdzono istotną zależność między zawartością węgla związków organicznych a zawartością fosforu związków organicznych (f =0,63*) i aktywnością fosfatazy w glebie (f =0,50*) (tab. 2). Podobnie wysoką (r=0,73*) korelację pomiędzy zawartością P f а С uzyskali Borie i Rubio [2003], co wskazuje na duże powinowactwo pomiędzy fosforem a próchnicą gleb. Wysoką wartość współczynnika (r = 0,79*) uzyskano pomiędzy zawartością azotu ogółem a aktywnością fosfatazy kwaśnej, jak również zawartością fosfom związków organicznych a aktywnością fosfatazy (f=0,58*) (tab. 2), TABELA 2. Wartości współczynników korelacji między badanymi cechami gleby płowej TABLE 2. Correlation coefficients between investigated parameters of lessivé soil Wyszczególnienie Specification P org 0,63 co sugeruje, że fosfatazy biorą istotny udział w regulacji gospodarki fosforanowej badanej gleby płowej. WNIOSKI С org N P org AcdP 0,50 0,79 0,58 1. Nawożenie obornikiem i azotem mineralnym w istotny sposób wpływało na zawartość węgla związków organicznych, azotu ogółem i fosforu związków organicznych oraz aktywność fosfatazy kwaśnej w badanej glebie płowej. 2. Zwiększające się dawki obornika powodowały z reguły wzrost zawartości węgla związków organicznych i azotu ogółem. Stwierdzono natomiast spadek zawartości fosforu związków organicznych i aktywności fosfatazy kwaśnej w glebie po zastosowaniu obornika w dawce 80 t ha Azot mineralny zastosowany w dawce N3 (120 kg N ha-1) powodował istotny spadek zawartości fosforu związków organicznych, z jednoczesnym wzrostem aktywności badanej fosfomonoesterazy glebowej. 4. Uzyskane istotne współczynniki korelacji świadczą o ścisłej zależności pomiędzy zawartością w glebie węgla związków organicznych a zawartością fosforu związków organicznych i aktywnością fosfatazy kwaśnej, jak również pomiędzy zawartością azotu ogółem i fosforu związków organicznych a aktywnością kwaśnej fosfatazy glebowej. 5. Na podstawie uzyskanych wartości stosunku Corg: Nog można stwierdzić, że w badanej glebie panują warunki sprzyjające procesom mineralizacji organicznych związków węgla i azotu. Natomiast niskie wartości stosunku Cor : Porg świadczą o przewadze uruchamianiu fosforu ze związków organicznych nad ich fmmobilizacją.

6 Wpływ zróżnicow anego naw ożenia na wybrane w łaściw ości gleby p ło w ej 117 LITERATURA BORIE F., RUBIO R. 2003: Total and organic phosphorus in Chilean Volcanic soils. Gayana Bot. 60, 1: KONDRATOW ICZ-M AC1EJEW SKA K, GONET S.S. 2005: Effect o f fertilization and crop rotation on hum us status in soil. H umic Subst. Ecosyst. 6: LITYŃSKI T., JU RKOW SK A H., GORLACH E. 1976: Analiza chem iczno-rolnicza. PW N, Warszawa: 149 ss. ŁABUDA ST.Z., M A ZU RKIEW ICZ I., M AĆKOW IAK C. 2003: Pierwiastki zm iennowartościowe w glebie pod w pływ em naw ożenia substancją organiczną i azotem w dośw iadczeniu polowym. Zesz. P ro b l Post. N auk Roln. 493: ^ 2 0. MEHTA N.C., LEGG J.O., GORING C. A., BLACK С.A. 1954: Determ ination o f organie phosphorus in soils. Soil Sei Soc. Amer. Proc. 44: M YŚKÓW W., STACHYRA A., ZIĘBA S., M A SIA K D. 1996: A ktyw ność biologiczna gleby jako wskaźnik jej żyzności i urodzajności. Rocz. Glebozn. 47, 1/2: SYSTEM ATYKA GLEB POLSKI Rocz. Glebozn. 40, 3/4: SZARA E., M ERCIK S., SOSULSKI T. 2005: Formy fosforu w dośw iadczeniach wieloletnich. Fragm. Agronom. 22, 1 (85): TA B A TA B A I M. A., B R E M N E R J. M. 1969: U se o f p-nitrophenol phosphate for assay o f soil phosphatase activity. S o il Biol. Bioch. 1: Prof. d r hab. Jan K o p er K atedra B iochem ii, W ydział Rolniczy, U niw ersytet Technologiczno-P rzyrodniczy B ydgoszcz, ul. B ernardyńska 6 e-m ail: b io ch@ utp.edu.pl