Wapnowanie a aktywność biologiczna gleb

Transkrypt

1 Wapnowanie a aktywność biologiczna gleb Prof. dr hab. inż. Stanisław J. Pietr Zakład Mikrobiologii Rolniczej Prośrodowiskowy aspekt wapnowania gleb IV KONFERENCJA - NAUKA BIZNES ROLNICTWO Puławy, 26 listopada 2014

2 Tezy referatu Regularne wapnowanie (CaCO 3 / CaCO 3 +MgCO 3 ) - Ograniczenie negatywnych skutków przyorywania resztek pożniwnych (słomy), - Stymulacja bioróżnorodności i procesów wiązania wolnego azotu przez bakterie glebowe, - Stymulacja procesów symbiozy z grzybami VAM, Prośrodowiskowy aspekt wapnowania gleb IV KONFERENCJA - NAUKA BIZNES ROLNICTWO Puławy, 26 listopada 2014

3 Dominuje przekonanie że konieczne jest okresowe (minimum raz na 4-ry lata) wapnowanie gleb; W celu obniżenia kwasowości i w tym celu zaleca się stosowanie jesienią nawozów wapniowych do odkwaszania gleb. Ponieważ wraz ze zwiększaniem zakwaszenia zmniejsza się dostępność składników pokarmowych w glebie (m.in. fosforu, wapnia, magnezu), a zwiększa metali ciężkich.

4 Ograniczenie negatywnych skutków przyorywania resztek pożniwnych produkty rozkładu Hydroliza biopolimerów roślinnych (celuloza, ligniny, pektyny, skrobia, białka) Produkty hydrolizy (cukry, aminokwasy) Warunki Warunki beztlenowe Mokra jesień, warstwa słomy na dnie bruzdy, podeszwa płużna Sucha jesień, wymieszanie z warstwą orną, brak podeszwy FERMENTACJE (kwasy płużnej organiczne, alkohole) Oddychanie tlenowe, Mineralizacja Oddychanie beztlenowe metan CH 4, siarkowodór H 2 S

5 Fitotoksyczność produktów fermentacji Wschody jęczmienia Kwasy 5 moli m -3 Odczyn gleby ph 6,5 ph 5,5 Mrówkowy (HCOOH) 61% 81% Octowy (CH 3 COOH) 100% 75% Propionowy (C 2 H 5 COOH) 48% 50% Masłowy (C 3 H 7 COOH) 34% 29% Lynch (1983)

6 Fitotoksyczność produktów fermentacji Podatność na patogeny glebowe

7 Fitotoksyczność produktów oddychania beztlenowego Siarkowodór produkt oddychania beztlenowego Blokada oddychania w komórkach korzeni - wypadanie roślin (żółknięcie), Wytrącanie siarczków, uwstecznianie kationów Mg, Fe, Mo, Zn i innych Nawożenie NH 4 SO 4 dostarcza substratu do oddychania siarczanowego

8 Ograniczenie negatywnych skutków przyorywania resztek pożniwnych Zbiór słomy i wykorzystanie jako źródło energii. Czy warto? Wykorzystanie jako nawozu organicznego poprzez nawożenie azotowe w celu zawężenia stosunku C:N analogicznie jak w oborniku. Czy jest konieczne? Zastosowanie bionawozów w celu przyśpieszenia rozkładu. Czy jest konieczne?

9 Zawartość wybranych składników mineralnych w słomie Pszenica, pszenżyto Kukurydza Azot N kg kg Fosfor P 2 O kg kg Potas K 2 O kg kg Wapń CaO 8 15 kg kg Magnez MgO kg kg` Cynk Zn g g` Bor B Czy warto 15 sprzedać 25 g słomę 50? 75 g

10 Azot czy wapnowanie Zawartość kwasów organicznych produktów fermentacji w glebie (mg / kg gleby) w zależności od sposobu nawożenia przyoranej słomy pszenicy Bez nawożenia Azot 75 kg N ha -1 CaCO kg ha -1 Jesień normalna ,9 4,5 4,3 Jesień mokra ,8 6,4 1,9 Jesień sucha ,10 0,12 0,16

11 Wapnowanie słomy jako czynnik stymulujący proces wiązania wolnego azotu N 2 NH 4 + Związanie 20 gram azotu kosztuje 1 kg cukrów!!!

12 Wapnowanie słomy jako czynnik stymulujący proces wiązania wolnego azotu Proces jest hamowany przez N min. Utleniane są kwasy i alkohole Aktywny kompleks nitrogenazy wymaga kationów Mg i Ca Kofaktorami jest Fe i Mo

13 Wapnowanie słomy jako czynnik stymulujący proces wiązania wolnego azotu Zdolność wiązania azotu posiadają Procaryota (niektóre sinice i bakterie), żyjące samodzielnie lub w symbiozie z roślinami ~ 270 gatunków Oraz setki niehodowalnych wyizolowana tylko klony nifh Wśród bakteryjnych endofitów kukurydzy ~50% gatunków było diazotrofami

14 Wapnowanie słomy jako czynnik stymulujący proces wiązania wolnego azotu Gen nifh w glebie pod uprawą ziemniaków Zmianowanie 60 lat monokultury

15 Wapnowanie słomy jako czynnik stymulujący proces wiązania wolnego azotu Aktywność diazotrofów glebowych zależy od ZBILANSOWANIA składników pokarmowych mineralnych i organicznych Też obowiązuje prawo minimum Justusa von Liebiga Najczęściej jest to Ca i Mg

16 Bilans wiązania wolnego azotu w glebie Masa organiczna resztek pożniwnych ton ha -1 Strata w trakcie mineralizacji ~ 50% Udział asymilatorów N 2 wśród drobnoustrojów Ilość N 2 wiązanego na 1 kg węglowodanów in vitro Rzeczywista ilość N 2 w ciągu roku w glebie ~ 10% 2-20 g kg ha -1

17 Wpływ szczepienia słomy na zmianę aktywności diazotrofów (kg ha -1 ) w porównaniu do gleb bez nawożenia mineralnego Rodzaj bakterii / preparatów Nawożenie Ca + Mg Słoma zebrana Słoma przyorana Bez szczepienia 0,3 0,4 2,8 6,5 Azotobacter 0,5 0,6 3,0 5,2 Clostridium 0,4 0,7 3,5 4,7 Biopreparaty 0,5 0,7 3,2 5,5

18 Wapnowanie a fitotoksyczność produktów rozkładu resztek pożniwnych Wytrącanie kwasów organicznych, Ograniczenie odczynu organicznie produkcji acetonu, butanolu, kwasu propionowego, Stabilizacja błon cytoplazmatycznych, Ograniczenie oddychania beztlenowego sole Ca nie są rozpuszczalne w wodzie

19 Wapnowanie a mikoryza Endomykoryza Grzyby - obligatoryjne symbionty roślin Glomales (Morton & Benny, 1990). Glomus, Gigaspora, 80 % roślin współczesnych Wyjątkami są rośliny kapustne, komosowate, srebrnikowate

20 Wapnowanie a endomikoryza

21 Wapnowanie a mikoryza Grzyby VAM - Wymagają gleb o odczynie powyżej 6,0, - Aktywność fosfataz hydrolizujących związki P-organiczne zależna od obecności Mg, - Produkują glomaliny odpowiedzialne za trwałość agregatów glebowych a tym samym przyczyniają się do poprawy struktury gleby, Wzrost zawartości próchnicy o 1% w glebie zwiększa retencje wodną o 30%

22 Wapnowanie czynnik zwiększający zasobność gleb w próchnicę Transformacja resztek roślin w związki próchniczne - nawożenie Ca versus N Celuloza / Hemicelulozy Ligniny Skrobia Białka 50% / 25% 20% / 10% 15% / <5% 10% / <5%

23 Podsumowanie Negatywny wpływ przyorywania słomy ujawnia się szczególnie w latach mokrych. Negatywny efekt skutecznie eliminuje wapnowanie. Nawożenie azotem nie zmienia kierunku procesów metabolicznych drobnoustrojów glebowych. Wapnowanie powoduje detoksykację kwasów organicznych, które przestają być fitotoksyczne dla roślin oraz ogranicza również możliwość wydzielania metanu i siarkowodoru. Wapnowanie sprzyja procesom wiązania wolnego azotu oraz aktywności grzybów endomykoryzowych.

24 Dziękuję za uwagę Prof. dr hab. inż. Stanisław J. Pietr Zakład Mikrobiologii Rolniczej