ZAWARTOŚĆ ORGANICZNYCH ZWIĄZKÓW WĘGLA I FOSFORU ORAZ AKTYWNOŚĆ ENZYMATYCZNA RYZOSFERY KUKURYDZY

Transkrypt

1 ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE TOM LX NR I WARSZAWA 2009: JOANNA LEMANOWICZ, JAN KOPER ZAWARTOŚĆ ORGANICZNYCH ZWIĄZKÓW WĘGLA I FOSFORU ORAZ AKTYWNOŚĆ ENZYMATYCZNA RYZOSFERY KUKURYDZY CONCENTRATIONS OF ORGANIC COMPOUNDS OF CARBON AND PHOSPHORUS AND ENZYMATIC ACTIVITY OF THE MAIZE RHIZOSPHERE Katedra Biochemii, Wydział Rolniczy, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy A b stra c t: A significan t effect o f fertilization with farmyard manure and mineral nitrogen on changes o f activities o f enzym es as w ell as on the content o f organic com pounds o f carbon and phosphorus w as studied. The high est activity o f the oxidored uctive and hydrolytic enzym es w as found in the rhizosphere sam ples taken from the objects fertilized with the FYM dose o f 40 t-ha_l. Mineral nitrogen used in the dose 90 kg*ha_l caused a significantly increase o f both investigated m acroelem ents. Słow a kluczow e: w ęgiel, fosfor, katalaza, dehydrogenazy, fosfataza alkaliczna i kwaśna, ryzosfera. Key words: carbon, phosphorus, catalase. dehvdrodenase, alkaline and acid phosphatase, rhizosphere. WSTĘP Aktywność enzymatyczna gleby uznawana jest za jeden z ważniejszych wskaźników aktywności biologicznej, któiy odzwierciedla jej żyzność, zasobność i urodzajność. Nawożenie gleby przyczynia się do wzrostu jej aktywności mikrobiologicznej oraz produktywności roślin, ale jednocześnie może obniżać poziom aktywności niektórych enzymów [Kieliszew'ska-Rokicka 2001]. Ryzosfera to gleba będąca pod bezpośrednim wpływem korzeni roślin. Tam właśnie następuje intensywne namnażanie mikroorganizmów będących jednym ze źródeł enzymów glebowych, głównie należących do klasy oksydoreduktaz i hydrolaz. Celem przeprowadzonych badań było określenie wpływu nawożenia zróżnicowanymi dawkami obornika i azotu m ineralnego na zawartość węgla i fosforu związków organicznych w glebie ryzosfery na tle aktywności wybranych enzymów. MATERIAŁ I METODY Próbki gleby z ryzosfery pobrano w 24 roku trwania wieloletniego, statycznego doświadczenia polowego, założonego na terenie Rolniczego Zakładu Doświadczalnego w Grabowie nad Wisłą, prowadzonego przez Zakład Żywienia Roślin i Nawożenia. Instytutu

2 56 J. Lemanoxvicz, J. Koper Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa w' Puławach. Gleba charakteryzowała się odczynem kwaśnym i lekko kwaśnym. Kukuiydza (odmiana Nimba) uprawiana była w czteroletnim zmianowaniu: ziemniaki, pszenica ozima, jęczmień jary i kukuiydza. W doświadczeniu zastosowano nawożenie obornikiem w dawkach: 0,20 i 40 t-ha ] oraz azotem mineralnym w postaci saletry amonowej w dawkach: N()- 0, 'N - 45, N - 90, N kg N-ha Wszystkie zabiegi uprawowe i pielęgnacyjne przeprowadzono zgodnie z ogólnie przyjętymi zasadami prawidłowej agrotechniki. Wybrane losowo rośliny kukurydzy, będące w fazie widocznego wierzchołka wiechy (koniec lipca), wyciągnięto z wierzchniej warstwy gleby oraz odcięto krańcowe części korzeni wraz z przy legającą do nich w odległości mniejszej niż 4 mm glebą, którą pobrano poprzez otrząsanie. Tak pobraną glebę uważa się za glebę ryzosferową [Tarafdar, Jungk 1987]. W próbkach glebowych oznaczono: zawartość w'ęgla związków organicznych (CoiJ według Tiurina [Lityński i in. 1976], zaś zawartość fosforu związków organicznych (Por,D wyliczono jako różnicę ogólnej zawartości fosforu w próbkach zmineralizowanych i zawartości fosforu nieorganicznego w próbkach niemineralizowanych oznaczonych metodą Mehta i in. [1954], następnie oznaczono: aktywność katalazy (Kat) metodą Johnsona i Tempie [1964], aktywność dehydrogenaz (Deh) metodą Thalmanna [1968], fosfatazę alkaliczną (A1P) i kwaśną (AcdP) metodą Tabatabai i Bremnera [1969]. W7celu określenia stopnia zależności pomiędzy badanymi parametrami uzyskane wyniki poddano analizie wariancji, do której wykorzystano program FR-ANALWAR oparty na Microsoft Excel. Porównania grup średnich obiektowych dokonano wielokrotnym testem Tuckeya na poziomie istotności p<0.05. WYNIKI I DYSKUSJA Na podstawie przeprowadzonej analizy wariancji stwierdzono istotny wpływ zastosowanych w doświadczeniu czynników na kształtowanie się zawartości węgla i fosforu związków organicznych. Największą zawartość (10.20 g C-kg_1średnio dla dawek azotu) stwierdzono w ryzosferze kukurydzy pobranej z obiektów nawożonych obornikiem w dawce 40 t-ha-1 (tab. 1). W zrastające dawki obornika spowodowały zwiekszenie zawartości P w próbkach z rvzosferv kukurydzv. * QfU 1. - ^ Najniższą zawartość ((J,12 g P-kg średnio dla daw-ek azotu) fosforu związków' organicznych stwierdzono w glebie ryzosfery pobranej z obiektów nienawożonych obornikiem. Natomiast po aplikacji obornika w dawce 40 t-ha-1 nastąpił wzrost zaw artości P w glebie o 28% (tab. 1). Zastosowanie najwyższej dawki azotu mineralnego (N.) w istotny sposób obniżyło zawartość organicznej frakcji fosforu w badanej glebie z ryzosfery kukurydzy (0.14 g-kg 1średnio dla daw-ek obornika). Aktywność badanych enzymów oksydoredukcyjnych i hydrolitycznych w istotny sposób zależała od nawożenia zróżnicowanymi dawkami obornika i azotu mineralnego. Najwyższą aktywność badanych enzymów uzyskano w' próbkach gleby pobranych z obiektów nawożonych najwyższą dawką obornika (40 t-ha"1) (tab. 2 i 3). Według Myśkowa i in. [1996] systematyczne stosowanie nawozów' organicznych powoduje zwiększenie zawartości węgla związków' organicznych w glebie, co stymuluje wzmożoną aktywność biologiczną gleby. Stwierdzono istotny wpływ nawożenia azotem mineralnym na zmiany aktywności badanych enzymów. Najwyższą aktywność katalazy (0,30 mg H^O^-g ]-h!), dehydrogenaz (0,06 mg TPF-g ]-h ]) (tab. 2) oraz fosfatazy' alkalicznej (0.76 mmol pnp-kg ]-h 1średnio dla dawek obornika) (tab. 3) stwierdzono w glebie pobranej z obiektów nawożonych azotem mineralnym

3 Węgiel i fosfor organiczny oraz aktywność enzymatyczna w ryzosferze kukurydzy 57 TABELA 1. Zawartość węgla związków7organicznych (C org) i fosforu związków organicznych (P.) w ryzosferze kukurydzy TABLE 1. The content o f organie carbon (C ) and organie phosphorus (Porg) in maize rhizo sphere Dawka azotu II czynnik Nitrogen dose II factor [kg N-ha l] [g k g1] P OT LO [g k g 1] Dawka obornika I czynnik - FYM dose I factor [t*ha '] M ean M ean N , ,12 N , , ,14 N ,50 10, ,19 0,16 N, , , ,14 Średnio - M ean NIR os - LSD00. I ,02 II Interakcja I/II 0.52 n.i. - n.s. Interactbn II/I 0.75 n.i. - n.s. n.i. - różnice nieistotne. n.s. not significant w dawce N r Natomiast aktywność fosfataz}' kwaśnej była najwy ższa w glebie pobranej z obiektów nawożonych azotem mineralnym w dawce N v Nawozy fizjologicznie kwaśne, a do takich zaliczana jest saletra amonowa, poprzez obniżenie odczynu gleby decydują o rozwoju roślin, drobnoustrojów, jak i o nasileniu procesów biochemicznych [Kucharski 1997]. W przypadku fosfatazy kwaśnej maksymalna aktywność występuje przy' niskim ph gleby. Gostkowska i in. [1998] podają, że aktywność enzymatyczna jest czułym wskaźnikiem zarówno korzystnych, jak i niekorzystnych zmian zachodzących w glebie pod wpływam różnych czynników. TABELA 2. A ktyw ność kata lazy i dehydrogenazy w ryzosferze kukurydzy' TABLE 2. The activity o f catalase and dehydrogenase in maize rhizo sphere Daw ka azotu II czynnik N itrogen dose II factor [kgn-ha '] Katalaza - Catalase [mg H:CVg '-h '] Dawka obornika I czynnik i Dehydrogenaza i - Dehydrogenase [mg TPF-g '*h 1'1 FYM dose I factor [t-ha '] Mean!o Mean N, ,22 0,02 0, N, 0.21 i ,26 0,24 0,03 0, N, ,35 0,30 0,05 0, N, , ,04 Średnio - M ean 0, ,05 0, NIR»o< I L SD," II 0, Interakcja l/u ,01 Interaction U/l

4 58 J. Lenianowicz, J. Koper TABELA 3. A ktyw ność fosfatazy alkalicznej i kw aśnej [mmol pn P -k g ' h ] w ryzosferze kukurydzy TABLE 3. The activity o f alkaline and acid phosphatase [mmol pn P*kg 1- h 1] in maize rhizo sphere D aw ka azotu II czynnik Fosfataza alkaliczna Fosfataza kwaśna Nitrogen d ose II factor Alkaline phosphatase Acid phosphatase [kg N*ha ]] Dawka obornik;a 1 czynnik - FYM d ose I factor [t ha ] M ean !M ean N o N, N, , , K 0, Średnio - M ean , NIRo < l s d (ji)5 I II Interakcja Interaction I/II II/I Wysokie wartości współczynników' korelacji (tab. 4) dowodzą, że występuje istotna zależność pomiędzy zawartością w' glebie węgla i fosforu związków organicznych a aktywnością enzymatyczną badanej gleby płowej. TABELA 4. Współczynniki korelacji między badanymi cechami gleby rvzostery kukurydz}' TABLE 4. Correlation coefficients between investigated parameters of maize rhizo sphere soil P on: /C on: P /Kat P /A1P IP /AcdP orj; t»ru or<! P /Deh C /AcdP C /Kat or»; ;>r ; uru i C ori1. /Deh P ri - fosfor związków organicznych. Deh - dehydrogenaz), dehydrogenase: organie phosphorus: A1P- fosfataza alkaliczna, alkaline phosphatase: C - węgiel związków organicznych, AcdP - kwaśna fosfataza, acid phosphatase organie carbon; Kat - katalaza. catalase WNIOSKI 1. Aktywność badanych enzymów glebowych wzrastała w'raz ze zwiększeniem dawki obornika zastosowanego w doświadczeniu, jednocześnie obserwowanej stymulacji enzymatycznej towarzyszyły pożądane zmiany zawartości C0P, i Por w ryzosferze kukurydzy. 2. Uzyskane wyniki badań ukazują negatywny wpływ stosowania wysokich dawek azotu mineralnego (N kg N-ha-1) na aktywność badanych enzymów w ryzosferze. 3. Stwierdzono, że aktywność fosfatazy kwaśnej wzrosła wraz ze zwiększaniem się dawki azotu mineralnego, co wskazuje, że wy sokie dawki tego nawozy stymulują aktywność kwaśnej fosfomonoesterazy.

5 Węgiel i fosfor organiczny oraz aktywność enzymatyczna w ryzosferze kukurydzy' 59 LITERATURA GOSTKOWSKA K., FURCZAK J., DOMŻAŁ II.. BIELIŃSKA J. 1998: Suitability o f some biochemical and microbiological tests for the degradation degree o f podzolic soil on the background o f its differentiated usage. P o l J. Soil Sci. M : JOHNSON J.I.. TEMPLE K.L. 1964: Some variables affecting the measurements o f catalase activity in soil. Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 28: KIEL1SZEWSKA-ROKICKA B. 2001: Enzymy glebowe i ich znaczenie w badaniach aktywności mikrobiologicznej gleby. W: I I. Dahm. A. Pokojska-Burdziej (red.) Drobnoustroje środowiska glebowego. Toruń: KUCHARSKI J. 1997: Relacje miedzy aktywnością enzymów a żyznością gleby. W: Drobnoustroje w środowisku, występowanie aktywność i znaczenie. AR Kraków: LITYŃSKI T., JURKOWSKA. H., GORLACFI E. 1976: Analiza chemiczno-rolnicza. PWTs1, Warszawa: 149 ss. M EHTAN.C., LEGG J.O.. GORING C.A., BLACK C.A. 1954: Detenu i nation o f organie phosphorus in soils. Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 44: M YŚKÓW W.. STACHYRA A.. ZIĘBA S.. M ASIAK D. 1996: Aktywność biologiczna gleby jako wskaźnik jej żyzności i urodzajności. Rocz. Glebozn /2: TABATABAI M.A.. BREMNER J.M. 1969: Use o f p-nitrophenol phosphate for assay o f soil phosphatase activity. Soil Biol. Bioch. 1: TARAFDAR J.C.. JUNGK A. 1987: Phosphatase activity in the rhizosphere and its relation to the depletion o f soil organic phosphorus. Biol. Fertil. So//.? 3: THALM ANN A. 1968: Zur Methodic der Estimung der Dehydrogenaseaktivitat in Boden mittels Triphenyltetrazoliumchlorid (TTC). Landwirdschąftliche Forsclning 21: P rof dr hab. Jan Koper Katedra Biochemii. Wydział Rolniczy; Uniwersytet Technol ogiczno- Przy rodn i czy Bydgoszcz, ul. Bernardyńska 6 biocwdutp. echi.pl