LICZEBNOŚĆ I AKTYWNOŚĆ MIKROORGANIZMÓW W GLEBIE SPOD UPRAWY KUKURYDZY W DOLINIE RZEKI DAYI NA TERENIE GHANY

Transkrypt

1 WODA-ŚRODOWISKO-OBSZARY WIEJSKIE 2010: t. 10 z. 2 (30) WATER-ENVIRONMENT-RURAL AREAS s Instytut Technologiczno-Przyrodniczy w Falentach, 2010 LICZEBNOŚĆ I AKTYWNOŚĆ MIKROORGANIZMÓW W GLEBIE SPOD UPRAWY KUKURYDZY W DOLINIE RZEKI DAYI NA TERENIE GHANY Krystyna PRZYBULEWSKA 1), Michał KUPIEC 2), Andrzej ŁYSKO 2), Robert CYGLICKI 3) 1) Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, Katedra Mikrobiologii i Biotechnologii Środowiska 2) Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, Katedra Ochrony i Kształtowania Środowiska 3) Polska Zielona Sieć w Szczecinie Słowa kluczowe: drobnoustroje, gleba, strefa subtropikalna S t r e s z c z e n i e Próbki gleby (piasek słabogliniasty) pobrano z uprawy kukurydzy usytuowanej w gęsto zalesionej dolinie rzeki Dayi, płynącej przez dystrykt Kpandu we wschodniej części Ghany. Określono w niej liczebność podstawowych i fizjologicznych grup mikroorganizmów oraz zawartość biomasy żywych drobnoustrojów. Liczebność i aktywności mikroorganizmów w glebie usytuowanej w gęsto zalesionej dolinie rzeki Dayi w Ghanie są porównywalne do liczebności i aktywności drobnoustrojów spotykanych w glebach o podobnym składzie granulometrycznym w Polsce. Liczebność bakterii, a także promieniowców w badanej glebie kształtowała się na poziomie 10 6 jtk w 1 g s.m. gleby, a grzybów i drobnoustrojów rozkładających białko i tłuszcz na poziomie 10 4 jtk w 1 g s.m. gleby. Najmniejsza była liczebność drobnoustrojów rozkładających skrobię. Zawartość biomasy mikroorganizmów w badanej glebie (600 mg C (100 g) 1 ) odpowiada jej wartości w warunkach Polski w glebie uprawnej, po zastosowaniu nawożenia mineralnego i wapnowania co 4 lata. Adres do korespondencji: dr hab. inż. K. Przybulewska, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, Katedra Mikrobiologii i Biotechnologii Środowiska, ul. Słowackiego 17, Szczecin, tel. +48 (91) , krystyna.przybulewska@zut.edu.pl

2 154 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie t. 10 z. 2 (30) WSTĘP Gleba jest naturalnym środowiskiem życia różnych drobnoustrojów [BADURA, 1985; BARABASZ, SMYK, 1997; SZEMBER, 2001]. Olbrzymia różnorodność żywych organizmów [MARCINOWSKA, 2002; NANNIPIERI i in., 2003; ØVREÅS, TOR- SVIK, 1998; TORSVIK, GOKSØYR, DAAE, 1990; TORSVIK, SØRHEIM, GOKSØYR, 1996; WHITMAN, COLEMAN, WIEBE, 1998] stanowi niezwykle czynny pod względem metabolicznym mechanizm, który przerabia ogromne ilości substancji organicznych i mineralnych, wzbogacając gleby uprawne w pierwiastki biogenne, substancje wzrostowe, antybiotyczne i inne substancje biologicznie czynne. Dokonując tych przemian, współtworzą one glebę i kształtują jej żyzność, przekształcając w odpowiednią dla życia i rozwoju roślin [MYŚKOW, 1981; PAUL, CLARK, 2000; STRZELCZYK, 2001]. Stopień rozwoju drobnoustrojów w glebie zależy od wielu czynników agroekologicznych, właściwości fizycznych i chemicznych gleby, a zwłaszcza jej zasobności w materię organiczną, która jest źródłem energii i składników biogennych dla mikroorganizmów. Ilość i jakość, w tym różnorodność mikroorganizmów, zależy również od strefy klimatycznej i panujących tam warunków [BADURA, 2006; BARABASZ, VOŘIŠEK, 2002; MYŚKÓW, 1981]. MATERIAŁ I METODY BADAŃ Próbki gleby (piasek słabogliniasty) pobrano z uprawy kukurydzy usytuowanej w gęsto zalesionej dolinie rzeki Dayi, płynącej przez dystrykt Kpandu we wschodniej części Ghany (rys. 1). Wartość ph H2O gleby w dniu wykonania analiz wynosiła 6,2. Liczebność mikroorganizmów (jtk) określano metodą płytkową posiewu rozcieńczeń glebowych: bakterii na podłożu według BUNTA-ROVIRY [1955], grzybów według MARTINA [1950], promieniowców według CYGANOWA i ZU- KORVA [1964] i wybranych grup drobnoustrojów fizjologicznych rozkładających białko (proteolitycznych) [KĘDZIA, KONIAR, 1974] tłuszcz (lipolitycznych) [BUR- BIANKA, PLISZKA, 1971] oraz skrobię (amylolitycznych) [COONEY, EMERSON, 1964]. Liczebność drobnoustrojów (jtk) przeliczano na 1 g s.m. gleby. Oznaczono również zawartość biomasy żywych mikroorganizmów fizjologiczną metodą ANDERSONA i DOMSCHA [1978]. W tym celu próbki glebowe o masie 10 g wzbogacono w dodatkowe źródło węgla w postaci mieszaniny glukozy i talku (w stosunku wagowym 1:5). Ilość glukozy określono na postawie ustalonego w badanej glebie maksymalnego oddychania początkowego. Tak przygotowane próbki gleby przenoszono do kolumn pomiarowych analizatora Ultragas U4S i mierzono ilość CO 2 wydzielonego po upływie trzech godzin. Otrzymane wyniki przeliczono według równania podanego przez ANDERSONA i DOMSCHA [1978], a zawartość biomasy żywych drobnoustrojów podano w mg C (100 g) 1 gleby: x = 40,4y + 0,37

3 K. Przybulewska i in.: Liczebność i aktywność mikroorganizmów w glebie 155 Rys. 1. Miejsce pobrania próbek Fig. 1. Sampling site gdzie: x zawartość węgla w biomasie żywych mikroorganizmów, y maksymalne oddychanie początkowe. WYNIKI I DYSKUSJA Żyzność gleby jest funkcją wielu czynników środowiskowych, wzajemnie od siebie zależnych. Wśród nich bardzo istotny jest czynnik biologiczny. Decyduje o tym ogromna różnorodność drobnoustrojów o dużej liczebności i aktywności metabolicznej [NANNIPIERI i in., 2003; ØVREÅS, TORSVIK, 1998; TORSVIK, GOK- SØYR, DAAE, 1990; TORSVIK, SØRHEIM, GOKSØYR, 1996; WHITMAN, COLEMAN, WIEBE, 1998]. Zwartość biomasy żywych drobnoustrojów w badanej glebie pochodzącej ze strefy subtropikalnej wynosiła powyżej 600 mg C (100 g) 1. Była ona, zgodnie z danymi przedstawionymi przez MYŚKOWA [1981], zbliżona do zawartości w glebach uprawnych o podobnym składzie granulometrycznym, nawożonych nawozami mineralnymi i wapnowanych na terenie Polski. Liczebność bakterii i promieniowców kształtowała się na poziomie 10 6 jtk w g s.m. gleby. W badanych próbkach stwierdzono średnio 2,1 mln jtk w g s.m. gleby bakterii, a promieniowców dwukrotnie mniej (rys. 2). Liczebność grzybów

4 156 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie t. 10 z. 2 (30) Liczebność jtk g -1 s.m. gleby Number of cfu g -1 dm soil bakterie bacteria promieniowce actinomycetes grzyby fungi Rys. 2. Liczebność podstawowych grup taksonomicznych mikroorganizmów w glebie Fig. 2. The number of basic taxonomic groups of microorganisms in soil była wielokrotnie mniejsza kształtowała się na poziomie 10 4 jtk w g s.m. gleby i wynosiła średnio 12 tys. jtk w g s.m. gleby. Liczebność mikroorganizmów badanych grup fizjologicznych, rozkładających w glebie białko i tłuszcz kształtowała się na poziomie 10 4 jtk g 1 s.m. gleby, a drobnoustrojów hydrolizujących skrobię na poziomie Najliczniej wystąpiły mikroorganizmy lipolityczne i było ich średnio 17 tys. jtk w g s.m. gleby. Wśród drobnoustrojów badanych grup fizjologicznych najmniej liczne były drobnoustroje amylolityczne, których w 1 g s.m. gleby było kilka tysięcy (rys. 3) Liczebność jtk g -1 s.m. gleby Number of cfu g -1 dm soil amylolityczne amylolitic proteolityczne proteolytic lipolityczne lipolytic Rys. 3. Liczebność fizjologicznych grup taksonomicznych mikroorganizmów w glebie Fig. 3. The number of physiological taxonomic groups of microorganisms in soil

5 K. Przybulewska i in.: Liczebność i aktywność mikroorganizmów w glebie 157 Liczebność mikroorganizmów podstawowych grup taksonomicznych i aktywnych w rozkładzie wybranych związków organicznych w pobranej glebie są porównywalne do liczebności drobnoustrojów spotykanych w glebach o podobnym składzie granulometrycznym w Polsce. Biomasa żywych drobnoustrojów w glebie, pomimo tego, że stanowi tylko kilka procent zawartości materii organicznej, odgrywa znaczącą rolę w kształtowaniu jej żyzności [BADURA, 1985; 2006; MYŚKOW, 1981; NOWAK, 1986]. WNIOSKI 1. Na przykładzie czynnika biologicznego wykazano, że jakość badanej gleby pobranej z uprawy kukurydzy usytuowanej w gęsto zalesionej dolinie rzeki Dayi, płynącej przez dystrykt Kpandu we wschodniej części Ghany, jest porównywalna z jakością gleb uprawianych i nawożonych w Polsce. 2. Mała intensywność afrykańskiego rolnictwa wynika prawdopodobnie ze stosowania jedynie tradycyjnych technik upraw roli i niestosowania dotychczas elementów intensyfikacji rolnictwa znanych jako zielona rewolucja. LITERATURA ANDERSON J.P.E., DOMSCH K.H., A physiological method for the quantitative measurement of microbial biomass in soil. Soil Biol. Biochem. 10 s BADURA L., Rozważania nad rolą mikroorganizmów w glebie. Zesz. Nauk. UP Wroc. 89 nr 546 s BADURA L., Mikroorganizmy w ekopodsystemach glebowych ich występowanie i funkcje. Post. Mikrobiol. 24 (3) s BARABASZ W. VOŘIŠEK K., Bioróżnorodność mikroorganizmów w środowiskach glebowych. W: Aktywność drobnoustrojów w różnych środowiskach. Pr. zbior. Red. W. Barabasz. Kraków: AR s BARABASZ W., SMYK B., Mikroflora gleb zmęczonych. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. z. 452 s BUNT J.S., ROVIRA A.D., Microbiological studies of some subantarctic soil. J. Soil Sci. 6 (1) s BURBIANKA M., PLISZKA A., Mikrobiologia żywności. Warszawa: PZWN ss COONEY D. G., EMERSON R., Termofilic fungi. London: Freeman co. ss CYGANOV V.A., ZUKOVR A., Morfologobiochimičeskie osobennosti novogo vida actionomiceta. Mikrobiol. 33 (5) s KĘDZIA W., KONIAR H., Diagnostyka mikrobiologiczna. Warszawa: PZWL ss MARCINOWSKA K., Charakterystyka, występowanie i znaczenie promieniowców w przyrodzie. W: Aktywność drobnoustrojów w różnych środowiskach. Pr. zbior. Red. W. Barabasz. Kraków: AR s MARTIN J.P., Use of acid, rose bengales and streptomycin in the plate method for estimting soil fungi. Soil Sci. 69 s

6 158 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie t. 10 z. 2 (30) MYŚKÓW W., Próba wykorzystania wskaźników aktywności mikrobiologicznej do oceny żyzności gleby. Post. Mikrobiol. 20 s NANNIPIERI P., ASCHER J. CECCHERINI M.T. LANDI L., PIETRAMELLARA G., RENELLA G., Microbial diversity and soil function. Eur. J. Soil Sci. 54 s NOWAK A., Pomiary oddychania w ocenie wpływu czynników środowiskowych na mikroflorę glebową. Post. Mikrobiol. 25 (3/4) s ØVREÅS L., TORSVIK V., Microbial diversity and community structure in two different agricultural soil communities. Microbiol. Ecol. 36 s PAUL E.A., CLARK F.E., Mikrobiologia i biochemia gleb. Lublin: Wydaw. UMCS ss STRZELCZYK E., Endofity. W: Drobnoustroje środowiska glebowego. Pr. zbior. Red. H. Dahm, A. Pokojska-Burdziej. Toruń: Wydaw. A. Marszałek s SZEMBER A., Zarys mikrobiologii rolniczej. Lublin: Wydaw. AR ss TORSVIK V. SØRHEIM R., GOKSØYR J., Total bacterial diversity in soil and sediment communities a review. J. Ind. Microbiol. 17 s TORSVIK V., GOKSØYR J., DAAE F.L., High diversity in DNA of soil bacteria. Appl. Env. Microbiol. 56 s WHITMAN W.B., COLEMAN D.C., WIEBE W.J., Prokariotes: The unseen majority. PNAS 95 s Krystyna PRZYBULEWSKA, Michał KUPIEC, Andrzej ŁYSKO, Robert CYGLICKI THE NUMBER AND ACTIVITY OF MICROORGANISMS IN SOIL FROM UNDER MAIZE CROP IN THE DAYI RIVER VALLEY IN GHANA Key words: microorganisms, soil, subtropical zone S u m m a r y The paper presents data on the number and activity of microorganisms in soil from under maize crop in the Dayi River valley in Ghana. Inoculation of soil extracts and the plate method were used to determine the number of bacteria, fungi, actinomycetes (cfu) and of selected groups of physiological microorganisms decomposing protein, fat and starch. The content of live microbial biomass was also determined. It was found that live microbial biomass in the examined soil was about 600 mg C (100 g) 1 soil. The number of bacteria, including actinomycetes, amounted to 10 6 cfu per 1 g soil dry weight. Fungi were present in significantly smaller numbers in relation to numerous bacteria. The density of microorganisms of the examined physiological groups decomposing protein, fat and starch in soil was 10 4 cfu per 1 g of soil dry weight. The least abundant were amylolytic bacteria. Recenzenci: prof. dr hab. Wiesław Barabasz dr inż. Krzysztof Frączek Praca wpłynęła do Redakcji r.