REAKCJA ZBÓŻ NA SILNE ZAKWASZENIE GLEB CZ.I. ŻYTO (SECALE CEREALE L.)

Transkrypt

1 ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE T. XLIV NR 1/2 WARSZAWA 1993: TADEUSZ FILIPEK, ALEKSANDRA B ADORA REAKCJA ZBÓŻ NA SILNE ZAKWASZENIE GLEB CZ.I. ŻYTO (SECALE CEREALE L.) Katedra Chemii Rolnej Akademii Rolniczej w Lublinie W STĘP Nasilające się działanie przyrodniczych i antropogenicznych czynników zakwaszania środowiska prowadzi do zwiększenia udziału gleb kwaśnych i bardzo kwaśnych na obszarze kraju. Kwaśny odczyn wywołuje wiele niekorzystnych zmian we właściwościach fizycznych, chemicznych i biologicznych gleb. Zewnętrznymi objawami silnego zakwaszenia gleb uprawnych jest słaby wzrost i rozwój roślin [2-4,8], na których widoczne są najczęściej symptomy niedoboru magnezu, fosforu lub nadmiaru manganu [6, 7, 12]. Skutki silnego zakwaszenia gleb ujawniają się najbardziej jaskrawo na zbożach w okresie od strzelania w źdźbło do kłoszenia (od 2 do 10,5 stopni według skali Feekesa). Na plantacjach widoczne są duże różnice we wzroście i rozwoju roślin w obrębie tych samych pól. Obok powierzchni całkowitego wypadania roślin występują miejsca o dobrej wegetacji roślin bez jakichkolwiek objawów chorób fizjologicznych. Niekorzystne oddziaływanie niskiego ph na rośliny spowodowane jest zazwyczaj nie tyle wysokat koncentracją jonów wodorowych, ile tak zwanymi wtórnymi efektami zakwaszania, wśród których na glebach mineralnych największą rolę odgrywa duże stężenie glinu ruchomego [1, 2, 6, 8, 10]. Celem prezentowanych badań było określenie warunków pojawiania się i występowania glinu ruchomego w glebach oraz skutków tego zjawiska w odniesieniu do roślin zbożowych.

2 48 T. Filipek, A. Badora METODYKA BADAŃ W latach pobierano próbki glebowe z pól zlokalizowanych w północnej części rejonu środkowo-wschodniego z warstw 0-20, 20-40, cm z plantacji, na których rośliny wykazywały symptomy wtórnych skutków silnego zakwaszenia. W tych badaniach przyjęto, że rośliny pobiera jąskładniki pokarmowe głównie z warstwy 0-2 0, a w okresie suszy również z warstw głębszych niż 60 cm. Na plantacjach wydzielono powierzchnie o różnej intensywności nasilenia na roślinach symptomów wtórnych skutków zakwaszania gleb, mianowicie: A - powierzchnie, na których rośliny wypadały całkowicie lub nie osiągały generatywnej fazy rozwoju, В - powierzchnie, na których rośliny wykazywały wyraźne symptomy wtórnych skutków silnego zakwaszenia gleb i rosły gorzej od normalnych, lecz osiągały fazę generatywnego rozwoju, С - powierzchnie, na których rośliny rosły dobrze, nie wykazywały żadnych objawówch chorób fizjologicznych. Próbki gleb i rośliny z poszczególnych powierzchni pobierano w fazie kłoszenia zbóż (10,5 według skali Feekesa). W próbkach glebowych oznaczono: skład granulometryczny metodą areometryczną, zawartość węgla organicznego metodą Tiurina, рнксь kwasowość hydrolityczną metodą Kappena, kwasowość wymienną i zawartość glinu ruchomego metodą Sokołową, zawartość kationów wymiennych traktując glebę roztwwem CH3COONH4 w stężeniu 1 mol/dm3 o ph 7. W przesączu zawartość kationów Ca 2+, K+, Na+ oznaczano metodą fotometrii płomieniowej, Mg2+- metodą ASA. Zawartość przyswajalnych form fosforu i potasu oznaczono metodą Egnera-Riehma, a magnezu - metodą Schachtschabela. W próbkach roślin po ich mineralizacji w stężonym H2O2 oznaczono: potas i wapń - fotopłomieniowo, magnez, mangan i żelazo - metodą ASA. WYNIKI BADAŃ Objawy choroby fizjologicznej na życie, spowodowanej silnym zakwaszeniem gleb w północnej części regionu środkowowschodniego kraju, występowały głównie gdy zboże to było uprawiane na utworach polodowcowych o składzie granulometrycznym piasków gliniastych lub glin lekkich spiaszczonych. Mimo wyraźnych różnic we wzroście żyta na poszczególnych powierzchniach tych samych plantacji, skład granulometryczny gleb okazał się dość stabilny i nie mógł być czynnikiem różnicującym warunki wzrostu (tab. 1). Warstwa orna gleb z powierzchni A, gdzie żyto wykazywało najsilniejsze objawy chorobowe, zawierała najmniej węgla organicznego. W glebach z powierzchni В było średnio o 17, a z powierzchni С (rośliny bez żadnych objawów chorobowych) o ponad 25 % więcej С organicznego niż w glebach z powierzchni A. Gleby o większej zawartości próchnicy i większych zdolno

3 Reakcja zbóż na zakwaszenie gleb 49 ściach buforowych wykazywały mniejsze zakwaszenie (tab. 2). Zróżnicowanie wartości р Н ка oraz kwasowości hydrolitycznej i wymiennej stwierdzono zarówno na poszczególnych powierzchniach, jak i w warstwach gleb. Skład granulomelryczny i zawartość C-organicznego w badanych glebach Texture and the content of organie С in soils under investigation Tabela 1 Obiekty Treatments Procentowy udział frakcji o średnicy w mm Per cent of fractions of mm in dia 1-ОД 0,1-0,05 0,05-0, ,005 0,005-0,002 <0,002 % С org. % of org. С A ,56-1,13 9,93 В ,94-1,20 1,09 С ,98-1,29 1Д7 Tabela 2 Obiekty Treatments Głębokość Depth cm Stan zakwaszenia gleb State of soils acidification ph ка Kwasowość hydrolityczna Hydrolitic acidity mmol(+)*kg'1 Kwasowość wymienna Exchangeable acidity mmo^+^kg'1 Zawartość Al ruchomego The content of Al mobile mg*kg ,93 44,6 12,4 103,3 A ,15 37,7 10,4 86, ,49 29,3 5,2 43, ,91 46,6 12,4 100,0 В ,21 37,6 8,3 66, ,89 26,2 3,2 27, ,27 41,7 7,4 57,6 С ,62 33,2 6,0 49, ,93 26,1 3,6 28,1 NIR-LSD - n.i. - n.s. 3,2 27,8 NIR-LSD - 4,6 3,2 27,8 ni. - różnice nieistotne; ns. - not significant differences.

4 50 T. Filipek, A. Badora Największą dynamikę spadku wraz z głębokością wykazywały wartości kwasowości wymiennej. Zdecydowanie niższe wartości kwasowości wymiennej odnotowano w glebach na powierzchni С w porównaniu z powierzchniami A i B. O kwasowości wymiennej gleb decydował głównie glin ruchomy, którego wzrastająca zawartość powodowała nasilenie choroby fizjologicznej na życie. Na powierzchniach, gdzie w warstwie ornej gleb było glinu ruchomego powyżej 70 mg/kg rośliny, występowały wyraźne symptomy choroby fizjologicznej, a powyżej 90 mg/kg żyto wypadało całkowicie. Wyraźny spadek zawartości glinu ruchomego w glebach z powierzchni С spowodowany był z jednej strony wyższym ph, które prowadziło do przechodzenia Al3+ w Al(OH)2+, A1(0H)2+ i А1(ОН)з', a z drugiej podwyższoną zawartością próchnicy. Jony Al(OH)2+ i А1(ОН)г+ ulegają polimeryzacji i łączą się z substancją organiczną gleby lub ulegają sorpcji na powierzchni minerałów ilastych [5, 9, 11]. Są to procesy praktycznie unieruchamiające glin, chociaż w przypadku wzrostu zakwaszenia oraz mineralizacji i starzenia się związków próchnicznych, kompleksy te mogą ulegać hydrolizie i stanowić źródło dodatkowych protonów i kwasowości gleby. Oddziaływanie próchnicy polega na tworzeniu połączeń liganolowych Al z kwasami organicznym, w których glin jest mniej aktywny niż w postaci polimerów Al(OH)2+ i Al(OH)2+ [6, 9]. Zawartość kationów wymiennych w próbkach gleb z poszczególnych powierzchni i warstw wykazywała duże zróżnicowanie (tab. 3). Próbki z poziomów akumulacyjnych z powierzchni, na których obserwowano całkowite wypadanie żyta, zawierały zdecydowanie mniej wymiennych kationów zasadowych niż próbki z powierzchni, gdzie rośliny rosły normalnie. W warstwach głębszych gleb (20-40 i 40-60) z powierzchni z wyraźnymi objawami choroby fizjologicznej żyta stwierdzono więcej kationów wapnia, potasu i magnezu. One to stanowiły główne źródło kationów dla żyta w okresie suszy. Zmiany w zawartości przyswajalnych form fosforu, potasu i magnezu w glebach (tab. 4), na których żyto wykazywało symptomy choroby fizjologicznej spowodowanej wtórnymi skutkami silnego zakwaszenia, były mniej wyraźne niż w przypadku kationów wymiennych i nie odnotowano ścisłych związków z wyglądem roślin. Najwyższą zawartość fosforu stwierdzono w glebach najsilniej zakwaszonych, zawierających dużo toksycznego glinu, gdzie żyto wykazywało wyraźne objawy niedoboru P, natomiast tam, gdzie rośliny rosły dobrze w warstwie ornej było mniej fosforu przyswajalnego niż w glebach z powierzchni A i B. Nasilenie symptomów chorób fizjologicznych na życie, spowodowane wtórnymi skutkami silnego zakwaszenia gleb, miało największy związek z występowaniem glinu ruchomego. Wzrost stężenia Al3+ w glebie ograniczał wzrost i rozwój roślin żyta, a w skrajnych przypadkach następowało ich zasychanie i wypadanie. Pierwszymi objawami choroby fizjologicznej były plamy chlorotyczne wzdłuż nerwów, przy czym wiązki naczyniowo-sitowe pozostawały przez dłuższy czas zielone. Często na źdźbłach i dolnych stronach blaszek liści

5 Reakcja zbóż na zakwaszenie gleb 51 najstarszych występowały matowe purpurowe lub fioletowe przebarwienia. W następnym etapie symptomy charakterystyczne dla braku magnezu i fosforu nasilały się, a obrzeża i końce liści starszych brązowiały i zasychały. Liście traciły turgor i zwijały się wzdłuż nerwu głównego. Takie żyto nie osiągało fazy kłoszenia, chociaż kłos był wyczuwalny w pochwie liściowej. Zawartość kationów wymiennych w glebach [mg'kg1] The content of exchangeable cations in soils [mg*kg-l] Tabela 3 Obiekty Treatments Głębokość Kationy wymienne Exchangeable cations Depth [cm] Mg2+ Ca2+ K+ Na ,5 35,8 19,1 2,5 A ,0 30,0 20,6 1, ,5 42,2 22,1 2, ,9 36,3 23,1 3,5 В ,7 40,8 30,2 2, ,1 41,7 19,2 2, ,2 61,6 31,8 3,3 С ,2 63,3 22,0 2, ,9 54,3 16,9 2,6 NIR-LSD ni. - ns 15,9 ni. - ns. ni.-ns. NIR-LSD 9,4 ni.-ns. ni. -ns. ni.-ns. ni. - różnice nieistotne; ns. - not significant differences Pomimo tak wyraźnych różnic we wzroście i rozwoju żyta z poszczególnych powierzchni, zawartość podstawowych makroelementów i glinu w częściach nadziemnych i korzeniach okazała się stabilna (tab. 5). Wyjątek stanowią mangan i żelazo, których zawartość istotnie zależała od kondycji roślin. Żyto z powierzchni z silnymi objawami toksyczności zawierało prawie dwukrotnie więcej manganu niż żyto o normalnym wzroście. Zależność ta dotyczyła również żelaza, lecz tylko w częściach nadziemnych, natomiast w korzeniach najwięcej Fe stwierdzono w życie z powierzchni C, zaś najmniej z powierzchni A. Wyniki badań składu mineralnego żyta o bardzo dużych różnicach we wzroście praktycznie nie tłumaczą zaburzeń w odżywianiu. Rośliny słabe i zasychające oraz dorodne o normalnym wzroście zawierały podobne ilości podstawowych makroelementów.

6 52 T. Filipek, A. Badora Tabela 4 Zawartość przyswajalnego fosforu, potasu i magnezu w glebach [mg*kg_1] The content of available phosphorus, potassium and magnesium in soils [mg^kg*1] Obiekty Treatments Głębokość Depth [cm] Fosfor Phosphorus Potas Potassium Magnez Magnesium ,5 44,8 7,6 A ,0 46,0 8, ,4 42,0 7, ,7 43,2 6,9 В ,2 48,2 7, ,8 29,7 8, ,4 56,4 8,7 С ,4 50,6 7, ,4 34,0 16,2 NIR-LSD 12,1 ni. - ns. ni.-ns. NIR-LSD 12,1 ni.- ns. ni.-ns. ni. - różnice nieistotne; ns. - not significant differences Zawartość niektórych pierwiastków w życie The content of some elements in rye Tabela 5 Obiekty N P К Ca Mg Al Mn Fe Ireatments % części nadziemne - underground parts A 2,36 0,59 2,36 0,29 0,05 0,12 324,0 1025,0 В 1,96 0,33 2,23 0,26 0,06 0,13 248,3 662,5 С 2,11 0,34 2,38 0,28 0,06 0,13 175,7 435,0 korzenie - roots A 1,69 0,26 1,69 0,13 0,05 0,27 452,0 760,0 В 1,07 0,22 1,46 0,11 0,05 0,27 384,7 933,3 С 1,04 0,21 1,30 0,07 0,05 0,26 239,6 1152,0

7 Reakcja zbóż na zakwaszenie gleb 53 Rośliny o normalnym wzroście wytwarzały większą biomasę niż rośliny słabe, co przy takiej samej procentowej zawartości pierwiastka decydowało o wielokrotnie większym jego pobraniu. Najsłabsze rośliny żyta po wytworzeniu dwóch, trzech liści zamierały na skutek toksycznego oddziaływania glinu na korzenie. W tym krótkim okresie wegetacji pobrały one pewną ilość składników pokarmowych z gleby, nastąpiła też translokacja biopierwiastków z ziarna do liści i korzeni, jednak z uwagi na brak przyrostu biomasy nie zaszło rozcieńczenie pierwiastków w roślinie i stąd stosunkowo wysoka ich zawartość. W życie o normalnym wzroście, w którym dynamika przyrostu suchej masy i pobieranie składników pokarmowych cechowały się różną intensywnością, odnotowano spadek ilości pierwiastków wraz z w iekiem roślin. WNIOSKI Przeprowadzone badania upoważniają do wyciągnięcia następujących wniosków: 1. Plantacje żyta z widocznym udziałem roślin wykazujących symptomy choroby fizjologicznej spowodowanej silnym zakwaszeniem gleb zlokalizowane były głównie w północnej części makroregionu środkowowschodniego na glebach wytworzonych z piasków glinastych lub glin lekkich, wykazujących silne zakwaszenie (ph poniżej 4,0 w wierzchniej warstwie cm). 2. Gleby z powierzchni, na których żyto wypadało całkowicie lub wykazywało wyraźne symptomy choroby fizjologicznej spowodowanej silnym zakwaszeniem, zawierały Al3 w ilości większej niż 90 mg/kg i poniżej 1,0% węgla organicznego. 3. Choroba fizjologiczna żyta na glebach silnie zakw aszonych uzew nętrzniała się objawam i braku magnezu, fosforu i potasu. Analiza ch e m iczna ro ślin nie p o tw ierd ziła zależn o ści m iędzy z a w a rto śc ią przyswajalnych form makroelementów w badanych glebach kwaśnych i w życie. 4. Różnice na tych samych plantacjach we w zroście i rozw oju żyta od całkow itego w ypadania roślin do norm alnego w zrostu w ynikały przede w szystkim ze zm iennej zaw artości toksycznego glinu ru ch o m ego w glebie. W ydaje się, że sym ptom y niedoboru fosforu i m a g nezu w życie były powodowane w w iększym stopniu nadm iarem A l3+ niż niedoborem w glebie dostępnych dla roślin form Mg, Ca, P i K.

8 54 T. Filipek, A. В adora LITERARURA [1] A lam S.M., 1981: Influence of aluminium on plant growth and minera! nutrition of barley. Soil Sei. Plant Nutr. 12,2: [2] Anioł A., 1985: Tolerancyjnośćzbóż na toksyczne działanie jonów glinu. Biul. IHAR 1985,156; [3] BarszczakT., Bielski J., 1983: Działanie glinu na rośliny. Post. Nauk Roi. 3: [4] D cchnik I., Filipek T., 1984: Stan odżywienia pszenicy na glebach kwaśnych. Nowe Roi. 10: 1-2. [5] Dechnik I., Filipek T., 1987: Changes in saturation of the soil sorption complex with cations after applying various doses of nitrigen and potassium for four years. Pol. J. Soil Sei. 20/1: [6] Filipek T., 1989: Występowanie glinu ruchomego w glebie i jego oddziaływanie na rośliny. Post. Nauk Roi., 4/5/6: [7] Filipek T., 1990: Kształtowanie się równowagi jonowej wżycie w zależności od wysycenia gleb kationami. Rocz. Glebozn. 41, 1/2: [8] Jon es L.H., 1961: A lum inium uptake and toxicity in plants. Plant and Soil 13: [9] Mae LLeod L.BMJackson L.l\, 1967: Water soluble and exchangeable aluminium in acid soil as affected by liming and fertilization. Can. J. Soil Sei. 47: [10] M otow ick a-t erlak T., 1980: Reakcja niektórych roślin upraw nych na w y stępow a nie ruchom ych frakcji glinu w glebie w dośw iadczeniu w azonow ym. Pam. Puł. 73: [11] P ra tt P. F., 1962: Phosphorus and aluminium interactions in the acidification of soil. Soil Sei. Soc. Am. Proc. 25: [12] Uhlen G., 1985: The toxic effect of aluminium on barley plants in relation to ioniccomposition of the nutrient solution. II. Soil solution studies. Acta Agric. Scand. 35, 3: T. Filipek, A. Badora RESPONSE OF CEREALS TO STRONG SOIL ACIDITY PART I. RYE (SECALE CEREALE L.) Department of Agricultural Chemistry, Agricultural University of Lublin Summary The resp ective in vestigation s w ere located in northern part o f the central-eastern region o f P oland, on rye field s. Secondary sym ptom s o f the so il a cid ifica tio n w ere ob served. T hree fo llo w in g treatm ents on each rye field w ere distin gu ish ed : A - areas, on w h ich rye perished or did not ach ieve the generative d evelop m en t stage, В - areas, on w hich show ed secondary soil acidity sym p tom s, but ach ieved the gen erative d evelop m en t stage, С - areas o f a correct grow th o f rye. The w orst grow th o f rye w as found on so ils contain ing over 90 m g m ob ile A1 per 1 kg soil and less than 1. 0 % o f organic carbon. Sym ptom s o f the phosphorus, m agn esium

9 Reakcja zbóż na zakwaszenie gleb 55 and potassium deficiency in rye on acid soils proved rather an excess o f the m obile alu m in iu m con ten t than a d eficien cy o f available P, M g, Ca and К form s in s o ils. Pro}\ dr Tadeusz Filipek Katedra Chemii Rolnej Akademia Rolnicza w Lublinie Lublin, Ademicka 15 Pracę złożono w redakcji w maju 1992 r.

10