WPŁYW ZRÓŻNICOWANEGO NAWOŻENIA AZOTEM MINERALNYM NA ZMIANY ZAWARTOŚCI FOSFORU W GLEBIE I ROŚLINIE

Transkrypt

1 Proceedings of ECOpole Vol. 1, No. 1/ Jan KOPER 1 i Joanna LEMANOWICZ 1 WPŁYW ZRÓŻNICOWANEGO NAWOŻENIA AZOTEM MINERALNYM NA ZMIANY ZAWARTOŚCI FOSFORU W GLEBIE I ROŚLINIE EFFECT OF DIVERSIFIED FERTILIZATION WITH MINERAL NITROGEN ON CHANGES IN PHOSPHORUS CONTENT IN SOIL AND PLANT Streszczenie: Przedstawiono wyniki badań dotyczące zmian zawartości fosforu ogółem w koniczynie czerwonej i glebie nawożonej zróżnicowanymi dawkami azotu mineralnego w postaci saletry amonowej ( - 0, - 30, - 60, - 90 kg N ha 1 ). Łącznie w ciągu jednej rotacji w obiektach wnoszono do gleby w nawozach mineralnych 170 kg N w zmianowaniu. Próbki glebowe i roślinne pobrano w 2004 roku dwukrotnie (w czerwcu i we wrześniu). Nawożenie azotem mineralnym w dawce spowodowało największy wzrost zawartości fosforu ogółem zarówno w badanej glebie płowej, jaki i koniczynie czerwonej. Zastosowany azot w dawce spowodował obniżenie odczynu ph gleby, spadek zawartości fosforu w glebie i roślinie, zmniejszenie aktywności fosfatazy alkalicznej i wzrost aktywności fosfatazy kwaśnej w glebie. Słowa kluczowe: nawożenie, azot mineralny, fosfor, gleba, koniczyna czerwona, alkaliczna i kwaśne fosfataza Nawożenie azotowe, stosowane w optymalnych dawkach i proporcjach, oprócz wyraźnego wpływu na plon roślin, decyduje też w znacznym stopniu o składzie chemicznym pozyskiwanej biomasy. Zależność między zawartością fosforu i azotu w glebach jest zaliczana do najważniejszych interakcji fosforu z innymi składnikami pokarmowymi [1]. Stan odżywienia rośliny azotem decyduje o pobieraniu fosforu. Związki zawierające fosfor biorą udział w prawie wszystkich etapach przemian substancji azotowych, dlatego też zachowanie właściwego stosunku N:P w odżywianiu się roślin jest jednym z podstawowych warunków prawidłowego przebiegu procesów metabolicznych. W warunkach intensywnej produkcji roślinnej pojawiły się tendencje do zwiększania poziomu nawożenia azotowego bez zachowania tradycyjnie ustalonych proporcji do pozostałych składników pokarmowych. Celem pracy było zbadanie zmian zawartości fosforu w glebie i w koniczynie czerwonej pod wpływem zróżnicowanych dawek azotu mineralnego w postaci saletry amonowej. Materiał i metody Próbki glebowe i roślinne pobrano z wieloletniego statycznego doświadczenia polowego założonego w 1980 r. na terenie Rolniczego Zakładu Doświadczalnego w Grabowie nad Wisłą, prowadzonego przez Zakład Żywienia Roślin i Nawożenia Instytutu Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa w Puławach. Gleba doświadczenia zgodnie z Systematyką Gleb Polski (wg PTG 1989) należy do gleb płowych typowych. Doświadczenie to jako dwuczynnikowe prowadzone jest w układzie losowanych podbloków (split-plot). Próbki glebowe i roślinne pobrano dwukrotnie (w czerwcu i we 1 Katedra Biochemii, Wydział Rolniczy, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy, ul. Bernardyńska 6, Bydgoszcz, tel , lemanowicz@utp.edu.pl

2 154 Jan Koper i Joanna Lemanowicz wrześniu) w 24 roku trwania doświadczenia. Koniczyna czerwona (odmiana Jubilatka) + trawa (kostrzewa łąkowa - odmiana Cykada) uprawiana była w 4-letnim zmianowaniu: ziemniaki, pszenica ozima + międzyplon, jęczmień jary + wsiewka z trawy, koniczyna + trawy. Próby glebowe pobrano z głębokości 0 20 cm. W nawożeniu gleby zastosowano następujące dawki azotu w postaci saletry amonowej: - 0, - 30, - 60, - 90 kg N ha 1. Nawożenie fosforem w postaci superfosfatu potrójnego w dawce 57 kg P ha -1 i potasem w postaci soli potasowej w dawce 85 kg K ha 1 było jednakowe dla wszystkich obiektów doświadczenia. Obornik zastosowano w 2000 r. pod ziemniaki w dawce 60 Mg ha 1. W odpowiednio przygotowanym materiale glebowym i roślinnym oznaczono: fosfor ogółem - po izolacji z materiału glebowego (P og ) i roślinnego (P) metodą Mehta i in. [2], aktywność fosfatazy alkalicznej (AlP) i fosfatazy kwaśnej (AcdP) metodą Tabatabai i Bremnera [3], na podstawie których obliczono wartość stosunku AlP:AcP, określający prawidłowy odczyn gleby [4], ph w H 2 O i 1 mol dm 3 KCl oznaczono potencjometrycznie [5]. Wykonano analizę wariancji, a istotność różnic między średnimi określono z użyciem testu Tukeya na poziomie istotności p = 0,05. Ponadto wyniki wykonanych analiz badanych cech poddano analizie korelacji. Wyniki, ich omówienie i analiza Zawartość fosforu ogółem w badanej glebie płowej kształtowała się na poziomie średnio 0,579 g P kg 1 (tab. 1). Stwierdzono znaczący wpływ zastosowanych czynników doświadczalnych na zawartość P og w glebie. Istotnie najmniejszą zawartość P og (0,524 g P kg 1 ) stwierdzono w glebie nienawożonej azotem mineralnym ( ) (średnio dla obu terminów). Największą zawartość P og (średnio 0,636 g P kg 1 ) stwierdzono w glebie pobranej z obiektów nawożonych azotem mineralnym w dawce 60 kg N ha 1 ( ). Zastosowanie azotu w dawce spowodowało wzrost zawartości P org w glebie o 12% w porównaniu do gleby nienawożonej azotem (tab. 1). Jednocześnie azot mineralny w dawce maksymalnej spowodował istotny spadek zawartości badanego biopierwiastka w glebie o 8% w porównaniu, do zawartości w glebie z obiektów nawożonych azotem w dawce. Wacławowicz i in. [6] stwierdzili, że zastosowane nawożenie azotowe w niewielkim stopniu różnicowało zawartość P og w glebie. Dopiero dawki 140 i 180 kg N ha 1 w warstwie podornej spowodowały największy wzrost P og w glebie, odpowiednio 0,29 i 0,24 g P kg 1. Zawartość fosforu ogółem ulegała zmianom w zależności od terminu pobierania próbek glebowych. Najmniejszą istotną zawartość P og (wynoszącą średnio 0,531 g P kg 1 ) stwierdzono w glebie pobranej w czerwcu. W glebie pobranej we wrześniu zawartość P og wzrosła o 16% i osiągnęła wartość średnią 0,626 g P kg 1 (tab.1). Fosfor należy do pierwiastków, którego zawartość w roślinach jest najbardziej stabilna. Zawartość fosforu w koniczynie wyniosła średnio 3,91 g P kg 1 i była znacząco modyfikowana zarówno zróżnicowanym nawożeniem azotem mineralnym, jak i terminem, w którym koniczyna czerwona została zebrana (tab. 1). Istotnie najmniejszą zawartość fosforu (średnio dla obu terminów 3,61 g P kg 1 ) stwierdzono w koniczynie czerwonej pobranej z obiektów nienawożonych azotem. Azot w dawce spowodował istotnie największą koncentrację P (średnio 4,21 g P kg 1 ), co stanowiło wzrost jego zawartości

3 Wpływ zróżnicowanego nawożenia azotem mineralnym na zmiany zawartości fosforu w glebie i roślinie 155 w koniczynie czerwonej o 14% w porównaniu do zawartości P oznaczonej w suchej masie badanych roślin zebranych z obiektów. Zastosowanie maksymalnej dawki azotu mineralnego przyczyniło się do spadku zawartości P w roślinie. Podobną zależność przy zastosowaniu dawki azotu 120 kg ha 1 przedstawili w swojej pracy Knapowski i in. [7]. Autorzy ci uważają, że brak równowagi przy nawożeniu mineralnym, szczególnie poprzez stosowanie dużych dawek azotu, może przyczynić się do obniżenia zawartości fosforu w roślinach, zakłócić równowagę między składnikami mineralnymi. Zawartość P w suchej masie koniczyny czerwonej zmieniała się w miarę jej rozwoju. Mniejszą koncentracja P (średnio dla wszystkich dawek azotu 3,73 kg ha 1 ) w badanej roślinie otrzymano we wrześniu. NIR 0,05 LSD 0.05 Zawartość fosforu ogółem [g P kg 1 ] w glebie i w koniczynie czerwonej The content of total phosphorus [g P kg 1 ] in dry matter of soil and in red clover Dawka azotu I czynnik Nitrogen dose I factor I czynnik I factor II czynnik II factor Interakcja I/II II/I Interaction I/II II/I Tabela 1 Table 1 Fosfor ogółem w koniczynie Fosfor ogółem w glebie (P og) czerwonej (P) Total phosphorus in soil (P og) Total phosphorus in red clover (P) Data pobierania próbek - II czynnik Date of sampling - II factor Czerwiec Wrzesień Czerwiec Wrzesień 0,500 0,516 0,568 0,540 0,548 0,620 0,705 0,633 0,524 0,568 0,636 0,586 3,79 4,14 4,27 4,02 3,44 3,51 4,07 3,83 3,61 3,82 4,21 3,92 0,531 0,626 0,579 4,01 3,73 3,91 0,015 0,006 0,529 0,111 0,016 0,007 0,576 0,223 Stwierdzono znaczny wpływ nawożenia azotem mineralnym w postaci saletry amonowej na aktywność fosfatazy alkalicznej badanej gleby płowej. Największą aktywność AlP (średnio dla obu terminów badań 0,796 mmol pnp kg 1 h 1 ) uzyskano w glebie pobranej z obiektów nawożonych azotem w dawce (tab. 2). Azot w dawce spowodował spadek aktywności badanej fosfomonoesterazy (średnio 0,740 mmol pnp kg 1 h 1 ), co stanowiło 7% w porównaniu do dawki. Inhibitujące działanie dawki azotu związane było z zakwaszającym oddziaływaniem dużych dawek azotu mineralnego na środowisko glebowe. Aktywność fosfatazy kwaśnej wzrastała w miarę zwiększania dawek azotu. Największą istotną jej aktywność (średnio dla obu terminów badań 1,839 mmol pnp kg 1 h 1 ) stwierdzono w glebie pobranej z obiektów nawożonych azotem w dawce (tab. 2). W przypadku aktywności fosfatazy kwaśnej maksymalna dawka azotu mineralnego (90 kg N ha 1 ) zadziałała w sposób aktywujący. Kucharski [8] stwierdził w swoich badaniach, że wzrastające dawki azotu do 240 kg N ha 1 systematycznie ograniczały aktywność AlP, jednocześnie wzmagając aktywność AcdP. Aktywność fosfatazy kwaśnej w badaniach własnych była większa od aktywności fosfatazy alkalicznej

4 156 Jan Koper i Joanna Lemanowicz oznaczonej w glebie płowej. Wittmann i in. [9] wyższą aktywność fosfatazy kwaśnej tłumaczą tym, że fosfomonoesterazy są enzymami najbardziej wrażliwymi na zmiany odczynu gleby, jak wiadomo optimum ph gleby dla aktywności fosfatazy alkalicznej wynosi 9,0 11,0, a dla fosfatazy kwaśnej 4,0 6,5. Większą aktywność zarówno fosfatazy alkalicznej (średnio 0,846 mmol pnp kg 1 h 1 ), jak i kwaśnej (średnio 2,13 mmol pnp kg 1 h 1 ) stwierdzono w próbkach glebowych pobranych w czerwcu w porównaniu do aktywności obu enzymów oznaczonej w glebie pobranej we wrześniu (tab. 2). NIR 0,05 LSD 0.05 Aktywność fosfatazy alkalicznej i kwaśnej [mmol pnp kg 1 h 1 ] w badanej glebie The activity alkaline and acid phosphatases [mmol pnp kg 1 h 1 ] in dry matter of soil Dawka azotu I czynnik Nitrogen dose I factor I czynnik I factor II czynnik II factor Interakcja I/II II/I Interaction I/II II/I Czerwiec 0,705 0,838 0,953 0,888 n.i. - różnice nieistotne, n.s. - not significant Fosfataza alkaliczna Fosfataza kwaśna Alkaline phosphatase Acid phosphatase Data pobierania próbek - II czynnik Date of sampling - II factor Wrzesień 0,508 0,523 0,640 0,593 0,609 0,680 0,796 0,740 Czerwiec 2,01 2,11 2,15 2,28 Wrzesień 1,16 1,25 1,28 1,40 Tabela 2 Table 2 1,584 1,678 1,716 1,839 0,846 0, ,13 1,27 1,704 0,064 0,029 0,025 0,043 0,088 0,059 n.i.- n.s. n.i. - n.s. Na podstawie otrzymanych wartości aktywności fosfatazy alkalicznej i kwaśnej oznaczonych w glebie obliczono wartość stosunku AlP:AcdP, który, według Dick i in. [4], może być wykorzystywany jako jeden ze wskaźników określający prawidłowy odczyn gleby. Jako odpowiedni zakres wartości ph gleby dla wzrostu i rozwoju roślin można uważać taką wartość, przy której występuje właściwy stosunek aktywności AlP:AcP [4]. Dawka azotu / Nitrogen dose Odczyn badanej gleby oraz wartości stosunku AlP:AcdP Values of ph and AlP:AcdP ratio in the soil samples Tabela 3 Table 3 ph ph KCl (1 mol dm 3 KCl) AlP:AcdP H 2 O 5,7 5,6 5,6 5,5 Według tych autorów, jeśli wartość stosunku AlP:AcP jest mniejsza od 0,5, świadczy to o kwaśnym odczynie gleby i wskazane jest jej wapnowanie. W badaniach własnych 5,1 5,0 4,9 4,8 0,38 0,41 0,46 0,40

5 Wpływ zróżnicowanego nawożenia azotem mineralnym na zmiany zawartości fosforu w glebie i roślinie 157 wartości stosunku AlP:AcdP mieściły się w przedziale 0,38 0,46, czyli zdecydowanie poniżej wartości 0,5. Badania ph w H 2 O (5,5 5,7) oraz w KCl o stężeniu 1 mol dm 3 (4,8 5,1) potwierdzają fakt, że badaną glebę płową zaliczamy do gleb kwaśnych i lekko kwaśnych (tab. 3). Wnioski 1. Stwierdzono istotny wpływ nawożenia azotem mineralnym na zmiany zawartości fosforu ogółem zarówno w glebie płowej, jak i koniczynie czerwonej. Nawożenie azotem w dawce spowodowało największy wzrost fosforu ogółem, natomiast przy zastosowaniu dawki nastąpił spadek badanej frakcji fosforu. 2. Aktywność fosfatazy alkalicznej i kwaśnej ulegała znacznym zmianom pod wpływem nawożenia azotem mineralnym. Azot mineralny w dawce spowodował spadek aktywności fosfatazy alkalicznej, natomiast zaobserwowano wzrost aktywności fosfatazy kwaśnej. 3. Wartości stosunku AlP:AcdP sugerują, że gleba, na której prowadzono doświadczenie, należy do gleb kwaśnych i lekko kwaśnych, co potwierdzają badania odczynu gleby mierzone potencjometrycznie w H 2 O i KCl o stężeniu 1 mol dm 3. Literatura [1] Rabikowska B. i Piszcz U.: Pr. Nauk. AE Wrocław. Chemia, 1998, 792, [2] Mehta N.C., Legg J.O., Goring C.A. i Black C.A.: Soil Sci. Soc. Amer. Proc., 1954, 44, [3] Tabatabai M.A. i Bremner J.M.: Soil Biol. Biochem., 1969, 1, [4] Dick W.A., Cheng L. i Wang P.: Soil Biol. Biochem., 2000, 32, [5] Lityński T., Jurkowska H. i Gorlach E.: Analiza chemiczno-rolnicza. PWN, Warszawa 1976, 149. [6] Wacławowicz R., Zimny L. i Malak D.: Fragm. Agronom., 2005, 22, 1(85), [7] Knapowski T., Murawska B., Klupczyński Z. i Ralcewicz M.: Pr. Nauk. AE Wrocław, Chemia, 2001, 888, [8] Kucharski J.W.: Drobnoustroje w środowisku, występowanie aktywność i znaczenie. Akad. Roln., Kraków 1997, [9] Wittmann Ch., Kähkönen M.A., Ilvesniemi H., Kurola J. i Salkinoja-Salonen M.S.: Soil. Biol. Biochem., 2004, 36, [10] PN-R Polski Komitet Normalizacji EFFECT OF DIVERSIFIED FERTILIZATION WITH MINERAL NITROGEN ON CHANGES IN PHOSPHORUS CONTENT IN SOIL AND PLANT Summary Results of investigations carried out to evaluate changes in concentrations of total phosphorus in red clover and in soil fertilized with diversified doses of mineral nitrogen applied as ammonium nitrate ( - 0, - 30, - 60, - 90 kg N ha 1 have been presented. In total 170 kg N were introduced to soil as mineral fertilizers to the objects over a single rotation period. Soil and plant samples were taken twice (in and ) in Fertilization with mineral nitrogen in the dose caused the highest increase of total nitrogen concentration both in the soil and red clover under study, while the dose triggered lowering of the soil ph, a decrease of phosphorus in soil and the plant, lower and higher activities of alkaline and acid phosphatases in soil, respectively. Keywords: fertilization, mineral nitrogen, phosphorus, soil, red clover, alkaline and acid phosphatase