ZMIANY ZAWARTOŚCI FOSFORU PRZYSWAJALNEGO I AKTYWNOŚCI FOSFATAZ GLEBOWYCH W WYNIKU NAWOŻENIA MINERALNEGO

Transkrypt

1 ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE TOM LXI NR 4 WARSZAWA 2010: JOANNA LEMANO WICZ, JAN KOPER ZMIANY ZAWARTOŚCI FOSFORU PRZYSWAJALNEGO I AKTYWNOŚCI FOSFATAZ GLEBOWYCH W WYNIKU NAWOŻENIA MINERALNEGO CHANGES OF AVAILABLE PHOSPHORUS CONTENT AND SOIL PHOSPHATASES ACTIVITY IN RESULT OF MINERAL FERTILISATION Katedra Biochemii, Wydział Rolnictwa i Biotechnologii, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy Abstract: The paper presents the content of available phosphorus as well as the alkaline and acid phosphatase activity in soil under maize cultivation fertilized with P, K, Mg, Ca and S and variable N doses. Significant influence of fertilization on the content of available phosphorus was noted. The lowest content of available phosphorus was determined in soil samples taken from objects without phosphorus fertilization, while the phosphatase activities were the highest in these samples. The highest nitrogen doses caused the decrease of alkaline phosphatase activity and content of available phosphorus, accompanied with the decrease of soil reaction. Słowa kluczowe: fosfor przyswajalny, fosfatazy, gleba, nawożenie mineralne. Key words: available phosphorus, phosphatases, soil, mineral fertilization. W STĘP Intensyfikacja produkcji roślinnej przez stosowanie nawożenia przyczynia się w widocznym stopniu do wzrostu plonów roślin uprawnych, ale jednocześnie nie pozostaje bez wpływu na zmiany biologiczne zachodzące w glebie, jak również może powodować niekorzystne zmiany w składzie chemicznym roślin przez modyfikację właściwości gleby [Stępień 2000; Podsiadło i in. 2005]. Gospodarka nawozami mineralnymi w agroekosystemach powinna być skierowana na zapewnienie produkcji roślinnej ilości składników odżywczych, które są potrzebne do uzyskania optymalnych pod względem ilościowym i jakościowym plonów, z jednoczesnym zachowaniem właściwych proporcji między nimi [Koper, Lemanowicz 2008; Filipek, Skowrońska 2009; Wojcieszuk, Wojcieszuk 2009]. Poprzez nawożenie można zarówno zwiększyć zawartość przyswajalnych dla roślin pierwiastków, jak i zakłócić pobieranie innych. Brak równowagi między wysokimi dawkami azotu a niewystarczającym poziomem nawożenia pozostałymi składnikami pokarmowymi może doprowadzić do degradacji gleby, co w konsekwencji skutkuje

2 Wpływ nawożenia mineralnego na ilość fosforu i aktywność fosfataz glebowych 141 obniżeniem plonów roślin uprawnych. Wielu autorów [Abgenin, Goladi 1997; Sienkiewicz i in. 2004] podaje jednak, że wyłączne nawożenie mineralne nie pokrywa w pełni zapotrzebowania roślin na C, N i P. Celem pracy było określenie zmian zawartości fosforu przyswajalnego oraz aktywności fosfatazy alkalicznej i kwaśnej w glebie spod uprawy kukurydzy na ziarno, nawożonej azotem przy zróżnicowanej zasobności gleby w P, K, Mg, Ca i S. MATERIAŁ I METODYKA Do badań pobrano próbki glebowe z wieloletniego, statycznego doświadczenia polowego założonego przez Zakład Żywienia Roślin i Nawożenia, IUNG w Puławach. Doświadczenie prowadzone jest na terenie RZD w Grabowie nad Wisłą. Gleby, na których usytuowany jest Rolniczy Zakład Doświadczalny w Grabowie, reprezentują gleby płowe typowe [PN-R-04033,1998] zaliczane do kompleksu żytniego bardzo dobrego. Doświadczenie prowadzone było w czteroletnim zmianowaniu: pszenica ozima + międzyplon, kukurydza na ziarno, jęczmień jary, rzepak ozimy. Doświadczenie prowadzono jako dwuczynnikowe w układzie losowanych bloków w dwóch replikacjach. Pierwszym czynnikiem było nawożenie P, K, Mg, Ca i S w sześciu poziomach: 1 - P, K, Mg, Ca i S, 2 - K, Mg, Ca i S, 3 - P, Mg, Ca i S, 4 - P, K, Ca i S, 5 - P, K, Mg, Ca, 6 - P, K, Mg, S. Czynnikiem drugim było nawożenie azotem w dawkach: 0, 50, 100, 150, 200, 250 kg N- ha-1. Zastosowano następujące nawozy: w obiektach z S stosowano nawozy P i K zawierające siarkę - superfosfat pojedynczy i siarczan potasu, w obiekcie bez siarki użyto nawozów P i K, które nie zawierają siarki - superfosfat potrójny i wysokoprocentową sól potasową w obiekcie z Ca i Mg zastosowano dolomit zawierający 30% CaO i 10% Mg, na poletkach bez Mg wykorzystano wapno tlenkowe w ilości 200 kg CaO-ha"1, natomiast w przypadku braku Ca użyto siarczan magnezu w ilości 70 kg MgOha-1. Dawki składników mineralnych zastosowanych w doświadczeniu: 80 kg P20 5*ha-1, 140 K2Oha_1, 70 MgO-ha-1, 200 CaO-ha1. Dawka S wynika z ilości S wprowadzonej z odpowiednimi dawkami P, K, Mg. Próbki glebowe zostały pobrane w czerwcu 2008 roku spod uprawy kukurydzy przeznaczonej na ziarno. W odpowiednio przygotowanym materiale glebowym oznaczono fosfor przyswajalny (PE-R) metodą Egnera-Riehma [Lityński i in. 1976], aktywność fosfatazy alkalicznej (A1P) i kwaśnej (AcP) metodą Tabatabai i Bremnera [1969]. Uzyskane wyniki poddano analizie wariancji, a istotność różnic między średnimi weryfikowano testem Tukeya na poziomie ufności p=0,05. Do obliczeń wykorzystano program FR-ANALWAR na bazie Microsoft Excel. WYNIKI I DYSKUSJA Zawartość fosforu przyswajalnego (PE-R) w glebie kształtowała się średnio na poziomie 39,6 mg P*kg_1. Według kryteriów zawartych w PN-R [1996] badana gleba należy do klasy IV o niskiej zawartości PE-R dla roślin. Fotyma i in. [1996] twierdzą że optymalna zawartość fosforu przyswajalnego (DL - oznaczonego metodą Egnera-Riehma) powinna wynosić mg P*kg_1. Jako krytyczną zawartość fosforu dla roślin przyjmuje się 30 mg P-kg'1 gleby. Najmniejszą zawartość fosforu przyswajalnego (29,6 mg P-kg'1 średnio dla nawożenia mineralnego) stwierdzono na obiektach nienawożonych fosforem (K, Mg, Ca, S) (rys.l). Brak Ca i Mg w zastosowanym nawożeniu istotnie wpłynął na

3 142 J Lemanowicz, J. Koper RYSUNEK 1. Zawartość fosforu przyswajalnego [mg Pha l] w glebie FIGURE 1. The content of available phosphorus [mgp-ha_1] in soil zmniejszenie zawartości PE-R w glebie. Największą zawartość PE-R (49,9 mg P*kg_1 średnio dla dawek azotu) uzyskano w glebie z pełnym nawożeniem mineralnym (P, K, Mg, Ca, S). Tkaczyk i Chwil [2004] stwierdzili istotny wzrost zawartości fosforu przyswajalnego spowodowanego nawożeniem NPK z CaO i MgO, a następnie NPK z MgSO. W glebie nienawożonej potasem (P, Mg, Ca, S) oraz siarką (P, K, Mg, Ca) stwierdzono zwiększenie zawartości fosforu przyswajalnego. Według Kaczora i Łaszcz- Zakorczmennej [2009] niedobór siarki w glebie może ograniczyć pobieranie przez rośliny podstawowych składników pokarmowych, w tym również fosforu. Mniejsze zaopatrzenie roślin w siarkę zmniejszyło pobranie fosforu przez rośliny, w wyniku czego gleba z obiektów nienawożonych siarką charakteryzowała się wysoką zasobnością w przyswajalną formę fosforu. Największą zawartość PE-R (54,5 mg P-kg"1) stwierdzono w glebie z poletek, na których zastosowano azot w dawce 50 kg N*ha_1 (rys.l). Wraz ze wzrostem dawek azotu zawartość fosforu przyswajalnego w glebie zmniejszała się, osiągając najmniejszą (25,6 mg P-kg"1) wartość w obiektach nawożonych najwyższą dawką azotu (250 kg N-ha"1). Jest to zawartość poniżej wartości krytycznej dla roślin. Zawartość fosforu jest związana z odczynem gleby. Pięćdziesiąt procent gleb bardzo kwaśnych wykazuje jednocześnie niską zasobność w przyswajalny fosfor. Wysokie dawki nawozów azotowych powodują zwiększenie biomasy kukurydzy, a tym samym pobranie fosforu z gleby jest większe. Zwiększenie poziomu nawożenia azotem na obiekcie bez nawożenia fosforem (K, Mg, Ca, S) spowodowało najsilniejszy spadek ilości fosforu w badanej glebie. Największą aktywność fosfatazy alkalicznej (1,284 mm pnp*kg-1-h" ) i kwaśnej (2,676 mm pnp-kg_1-h_1) stwierdzono w glebie z wariantu bez nawożenia fosforem (K, Mg, Ca, S) (tab.l). W glebach o niskiej zasobności w fosfor, aktywność fosfohydrolaz jest większa, co sugeruje, że aktywność tych enzymów w glebie jest odwrotnie proporcjonalna do zawartości fosforu przyswajalnego. Odpowiedzią roślin na deficyt fosforu dostępnego dla roślin jest synteza fosfataz, które stymulująprzemiany organicznych

4 Wpływ nawożenia mineralnego na ilość fosforu i aktywność fosfataz glebowych 143 związków fosforu w nieorganiczne, które są bezpośrednio dostępne [Heflik i in. 2007]. Podczas niedoboru fosforu, enzymy te działąjąjak system ratowniczy, hydrolizując substrat do fosforu nieorganicznego, który może być przyswajalny przez rośliny [Ciereszko 2005]. Zwykle badania aktywności fosfataz glebowych mogą być pomocne przy określaniu zawartości dostępnego fosforu dla roślin. W glebie z obiektów, na których nie zastosowano wapnia (P, K, Mg, S), aktywność A1P była najmniejsza (0,753 mm pnp*kg_1*h"1średnio dla dawek azotu), szczególnie w glebie z obiektów, na których zastosowano największą (250 kg N-ha-1) dawkę azotu (tab. 1). Według Wyszkowskiego [2001 ] magnez modyfikuje właściwości mikrobiologiczne i biochemiczne gleby powodując wzrost liczebności większości mikroorganizmów glebowych, a tym samym stymuluje aktywność fosfatazy alkalicznej i kwaśnej. Na podstawie aktywności fosfatazy alkalicznej i fosfatazy kwaśnej obliczono wartości stosunku AlP:AcP, określane jako enzymatyczny wskaźnik poziomu ph. Za odpowiednią do wzrostu i rozwoju roślin można uważać taką wartość ph gleby, przy której występuje właściwy stosunek aktywności AlP:AcP [Dick i in. 2000]. Według tych autorów, wartość stosunku AlP:AcP mniejsza niż 0,50 świadczy o kwaśnym odczynie gleby i wskazane jest jej wapnowanie. Wartości stosunku AlP:AcP w trakcie prowadzonych badań własnych wynosiły 0,257-0,953 (tab. 1). Dawki azotu powyżej 100 kgn-ha-1 spowodowały zmniejszenie badanego wskaźnika poniżej 0,5, co świadczy o ich zakwaszającym wpływie. Gleby ubogie w wapń i magnez są najczęściej silnie zakwaszone, co potwierdzają niskie T A B E L A 1. A k ty w n o ść fosfatazy alkalicznej (A IP ) i k w aśnej (A cp ) [m M p N P -k g '^ h -1] oraz w artość stosunku A lp :A cp w glebie T A B L E 1. The activity o f alkaline (A IP ) and acid (A cp ) p h osp h atase [mm pn P*kg-1-h_1] and the values o f the ratio A lp A c P in soil Czynniki F actors F osfataza alkaliczna A lkaline p h osp h atase F osfataza kw aśna A cid Iphosphatase AIP A c P I czynnik PKMg CaS 1, , ,5 0 0 I factor KMgCaS 1, , ,4 7 8 N a w o ż e n ie P M g C a S 0, , ,4 8 5 m ineralne P K C as , , M ineral P K M g S 0, , ,3 7 8 fertilization P K M g C a 1, , ,5 2 9 II czynnik 0 1, , ,7 3 1 II factor 50 1, , ,5 7 3 D a w k i N 100 1,081 1, ,9 5 6 D o s e s N 150 0, , ,4 5 1 [kg-h a-1] , , , , , ,2 5 2 Średnio M ean 1, ,1 7 6 N IR 0 05 L S D u,uj U.uJ I czynnik I factor 0, ,0 3 9 II czynnik II factor 0, ,0 3 9 Interakcja I/II 0, ,0 9 5 Interaction II/I 0, ,0 9 5

5 144 J. Lemanowicz, J. Koper wartości stosunku AlP:AcP w glebie z obiektów, na których nie zastosowano nawożenia Ca (0,378) oraz Mg (0,481) (tab. 1). Zakwaszenie gleb powoduje wiele negatywnych skutków, które wywołują zmniejszenie ich produktywności, żyzności oraz obniżenie odporności gleb na procesy prowadzące do ich degradacji [Filipek, Skowrońska 2009]. WNIOSKI 1. Pełne nawożenie mineralne (P, K, Mg, Ca, S) wpłynęło na wzrost zawartości w glebie fosforu przyswajalnego. 2. Brak fosforu w zastosowanym nawożeniu spowodował zwiększenie aktywności fosfatazy alkalicznej i kwaśnej. 3. Badana gleba wykazała niską zawartość fosforu przyswajalnego dla roślin i nie powinno się stosować nawożenia mineralnego z pominięciem fosforu. 4. Wysokie dawki azotu spowodowały zmniejszenie się zawartości fosforu przyswajalnego w glebie, przy czym najwyższa dawka 250 kg N*ha_1 obniżyła zawartość tego składnika pokarmowego poniżej wartości krytycznej dla roślin. 5. Enzymatyczny wskaźnik poziomu ph gleby wskazuje na kwaśny odczyn gleby na większości obiektów, szczególnie nawożonych azotem powyżej 100 kg N*ha_1, jak również przy braku w nawożeniu wapnia i magnezu. LITERATURA AGBENIN J.O., GOLADI J.T. 1997: Carbon, nitrogen and phosphorus dynamics under continuous cultivation as influenced by farmyard manure and inorganic fertilizers in the savanna o f northern Nigeria. Agric. Ecosys. Envir. 63: CIERESZKO I. 2005: Czy można usprawnić pobieranie fosforanów przez rośliny? Kosmos 54 (4): DICK W.A., CHENG L., WANG P. 2000: Soil acid alkaline phosphatase activity as ph adjustment indicators. S oil Biol. Biochem. 32: FILIPEK T., SKOWROŃSKA M. 2009: Optymalizacja odczynu gleby i gospodarki składnikami pokarmowymi w rolnictwie polskim. Post. Nauk Roln. 1: FOTYMA M., GOSEK S., SZEWCZYK M. 1996: Porównanie przydatności różnych metod określania odczynu gleby oraz zawartość przyswajalnych form fosforu, potasu i magnezu. Rocz. Glebozn. 47 (1/2): HEFLIK M., KANDZIORA M., NADGORSKA-SOCHA A., CIEPAŁ R. 2007: Aktywność kwaśnych fosfataz u roślin występujących na terenach o podwyższonej zawartości metali ciężkich. Ochr. Śród. Zas. Nat. 32: KACZOR A., ŁASZCZ-ZAKORCZMENNA J. 2009: Wpływ nawożenia siarką i potasem jęczmienia i rzepaku na zasobność gleby w przyswajalne formy fosforu, potasu i magnezu. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 538: KOPER J. LEMANOWICZ J. 2008: Oddziaływanie w ieloletniego nawożenia mineralno-organicznego na zmiany zawartości wybranych frakcji fosforu i aktywności fosfatazowej gleby. Prace Nauk. UE Wrocław. Chemia. Związki fosforu w chemii, rolnictwie, medycynie i ochronie środowiska 4 (1204): LITYŃSKI T., JURKOWSKA H., GORLACH E. 1976: Analiza chemiczno-rolnicza. PWN, Warszawa: 149 ss. PN-R Analiza chem iczno-rolnicza gleby - Oznaczanie zawartości przyswajalnego fosforu w glebach mineralnych. Polski Komitet Normalizacji, Warszawa. PN-R Gleby i utwory mineralne. Podział na frakcje i grupy granulometryczne. Polski Komitet Normalizacji, Warszawa. PODSIADŁO C., JAROSZEWSKA A., THI BICH LOC N. 2005: Zmiany właściwości chemicznych i biologicznych gleby lekkiej pod wpływem nawadniania i nawożenia mineralnego w uprawie brzoskwini. Inżynieria Rolnicza 4 (64): SIENKIEWICZ S., KRZEBEETKE S., WOJNOWSKA T. 2004: Fizykochemiczne właściwości gleby w warunkach wieloletniego nawożenia organiczno-mineralnego i mineralnego. Ann. UMCS 59 (1):

6 Wpływ nawożenia mineralnego na ilość fosforu i aktywność fosfataz glebowych 145 STĘPIEŃ A. 2000: Zmiany chemicznych właściwości gleby pod wpływem różnych sposobów nawożenia w zmianowaniu. Zesz. Nauk. AR Szczecin 211, Agricultura 84: TABATABAI M.A., BREMNER J.M. 1969: Use o f p-nitrophenol phosphate for assay o f soil phosphatase activity. Soil Biol. Bioch. 1: TKACZYK P., CHWIL S. 2004: Formy i frakcje fosforu mineralnego w glebie nawożonej nawozami mineralnymi i obornikiem. Ann. UMCS 59 (2): WYSZKOWSKI M. 2001: Wpływ magnezu na kształtowanie plonów i wzajemnych relacji między niektórymi jonami w roślinach. Rozprawy i Monografie UWM, Olsztyn: 91 WOJCIESZCZUK M., WOJCIESZCZUK T. 2009: Wpływ wprowadzonych anionów do gleby w postaci soli wapnia na niektóre właściwości chemiczne. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 538: Dr inż. Joanna Lemanowicz Katedra Biochemii, Wydział Rolnictwa i Biotechnologii, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy ul. Bernardyńska 6, Bydgoszcz lemanowicz@utp. edu.pl