BADANIA ZBIOROWISK GRZYBÓW W GLEBIE ZANIECZYSZCZONEJ KADMEM NAWOśONEJ RÓśNYMI MATERIAŁAMI ORGANICZNYMI

Transkrypt

1 ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2007 z. 520: BADANIA ZBIOROWISK GRZYBÓW W GLEBIE ZANIECZYSZCZONEJ KADMEM NAWOśONEJ RÓśNYMI MATERIAŁAMI ORGANICZNYMI Krzysztof Matkowski 1, ElŜbieta Pląskowska 1, Ewa Moszczyńska 1, Barbara Patorczyk-Pytlik 2, Krzysztof Gediga 2, Grzegorz Kulczycki 2 1 Katedra Ochrony Roślin, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu 2 Katedra śywienia Roślin, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Wstęp Znaczna toksyczność, zwłaszcza dla człowieka i zwierząt oraz ruchliwość w środowisku powodują, Ŝe kadm uwaŝany jest za jeden z najbardziej niebezpiecznych metali. Jest on łatwo pobierany przez rośliny, a tym samym zostaje włączony do łańcucha pokarmowego. Na mobilność kadmu w podłoŝu, obok takich właściwości fizyko-chemicznych gleb jak: odczyn oraz rodzaj i zawartość materii organicznej [GORLACH, GAMBUŚ 1996; MACIEJEWSKA, MAZUR 1996; BADORA 2002] mają wpływ równieŝ grzyby. Ich róŝnorodność gatunkowa oraz liczebność jest zmienna i zaleŝy, między innymi od zastosowanego nawoŝenia organicznego. W glebach zanieczyszczonych metalami cięŝkimi uwarunkowana jest równieŝ zawartością metalu oraz rodzajem skaŝenia. Wiedza o bioróŝnorodności tych zbiorowisk moŝe być przyczynkiem ułatwiającym interpretację procesów zachodzących w środowisku glebowym [GOSTKOWSKA i in. 1997; MAŃKA 1974]. Celem pracy była ocena wpływu uŝyźniania gleby zanieczyszczonej kadmem materiałami organicznymi na plonowanie i zawartość tego metalu w uprawianej kukurydzy oraz na zbiorowiska grzybów w glebie. Materiał i metodyka Badania przeprowadzono w wazonach typu Wagnera wypełnionych 6 kg gliny lekkiej pylastej o ph KCl 4,7. Gleba wykazywała bardzo wysoką zasobność w P (130 mg kg -1 ), K (235 mg kg -1 ) oraz Mg (158 mg kg -1 ), zawartość Cd wynosiła 0,20 mg kg -1. Do wazonów wprowadzono kadm w postaci wodnego roztworu CdCl 2 2,5 H 2 O, w dawce 20 mg kg -1 gleby. Węgiel brunatny, słoma jęczmienna, słoma jęczmienna rozłoŝona przez Trichoderma harzianum RAFII zastosowane były w dawce 30 g na wazon. Natomiast preparat Humus (12% humianu sodowego), stosowany był w dawce 100 cm 3 na wazon. Obiektami kontrolnymi były: 1) gleba nienawoŝona, 2) gleba wapnowana CaCO 3 w dawce odpowiadającej wartości 1,0 kwasowości hydrolitycznej oraz 3) gleba z wprowadzoną zawiesiną zarodników T. harzianum. Węglan wapnia oraz materiały organiczne mieszano w wazonie z całą masą gleby. Szczepionkę T. harzianum zastosowano powierzchniowo - w ilości 200 cm 3 wody demineralizowanej zawierającej 10 5 zarodników w 1 cm 3. Po wyrównaniu

2 346 K. Matkowski i inni wilgotności gleby w wazonach do poziomu 60% pełnej pojemności wodnej, gleby poddano 14 dniowej inkubacji. Wysoka zasobność uŝytej w doświadczeniu gleby w przyswajalne formy P, K i Mg spowodowała, Ŝe we wszystkich kombinacjach zastosowano jedynie nawoŝenie azotowe. Dwa dni przed siewem roślin wprowadzono 1 g N w postaci roztworu wodnego NH 4 NO 3 na wazon. Rośliną testową była kukurydza odmiany Koka, pobierana do badań w fazie 7-9 liści. W uzyskanym materiale roślinnym oznaczono zawartość Cd metodą absorpcyjnej spektometrii atomowej (ASA), po mineralizacji na sucho i rozpuszczeniu popiołu w mol HNO 3 dm -3. Natomiast w glebach pobranych po usunięciu kukurydzy oznaczono ph w mol KCl dm -3, węgiel organiczny metodą Tiurina, formę rozpuszczalną Cd w mol HCl dm -3 oraz w 0,01 mol CaCl 2 dm -3. Grzyby z gleby wyizolowano posługując się metodą MAŃKI [1974]. Z wazonów, z głębokości 10 cm pobierano po 100 g gleby, z których w laboratorium odwaŝano 1 g i rozcierano w sterylnym pasku kwarcowym, w stosunku 1 : 149. Wyniki i dyskusja Analiza statystyczna uzyskanych wyników wykazała, Ŝe spośród porównywanych zabiegów nawozowych wapnowanie gleby oraz wprowadzenie preparatu Humus nie miało wpływu na plonowania roślin (tab. 1). NajwyŜszy plon kukurydzy zebrano z gleb z wprowadzonym węglem brunatnym. Znaczną wartość nawozową tego materiału stwierdzili [MACIEJEWSKA, MAZUR 1996]. Wprowadzenie do gleby zanieczyszczonej kadmem słomy, słomy przetworzonej przez T. harzianum, czy teŝ szczepionki T. harzianum spowodowało zmniejszenie uzyskanej masy roślin. Spośród tych trzech zabiegów w największym stopniu do obniŝki plonu przyczyniło się zastosowania słomy rozłoŝonej przez T. harzianum (tab. 1). Plon oraz zawartość Cd w s.m. części nadziemnych kukurydzy Yield and contents of Cd in DM of maize top parts NawoŜenie; Fertilization Plon; Yield Zawartość Cd Contents Cd g s.m. na wazon g DM per pot mg kg -1 Tabela 1; Table 1 Pobranie Cd Uptake Cd mg z wazonu mg per pot Kontrola 1; Control 1 58,2 15,8 0,920 Wapnowanie; Liming 58,8 6,3 0,370 Węgiel brunatny; Brown coal 62,8 13,6 0,854 Humus 59,8 12,9 0,771 Słoma; Straw 53,6 17,7 0,949 Słoma + T. harzianum; Straw + T. harzianum 44,3 23,7 1,050 T. harzianum 50,0 21,9 1,095 NIR 0,05; LSD 0,05 3,499 Rodzaj zastosowanego nawoŝenia w istotnie róŝnicował zawartość kadmu w uprawianej kukurydzy (tab. 1). W porównaniu do kombinacji kontrolnej 1) w największym stopniu do obniŝki zawartości tego metalu przyczyniło się zastosowanie wapnowania. Znacznie słabiej Cd był uruchamiany w glebie pod wpływem wprowadzonego węgla brunatnego oraz wyizolowanych z tego materiału humianów. W

3 BADANIA ZBIOROWISK GRZYBÓW W GLEBIE ZANIECZYSZCZONEJ roślinach zebranych z tych obiektów, stwierdzono około 2-krotnie większą zawartość kadmu niŝ w kukurydzy uprawianej na glebie wapnowanej. Podobne rezultaty uzyskali GORLACH i GAMBUŚ [1996] oraz GAMBUŚ i RAK [2000]. Zabiegiem nawozowym prowadzącym do wzrostu ilości kadmu w roślinach testowych było wprowadzenie do gleby słomy. RozłoŜenie tego materiału przez grzyby T. harzianum mogło zwiększać dostępność kadmu. Stwierdzona zawartość Cd w kukurydzy z tej kombinacji była o blisko 50% większa niŝ w roślinach zebranych z obiektu kontrolnego (bez nawoŝenia). MoŜna to tłumaczyć znacznie wyŝszą, niŝ w pozostałych glebach, zawartością formy Cd rozpuszczalnej w 0,01 mol CaCl 2 dm -3. Formy wymiennej niespecyficznie zasorbowanej, a więc w znacznym stopniu dostępnej dla roślin (tab. 2). Niektóre właściwości gleb Some properties of the soils Tabela 2; Table 2 NawoŜenie; Fertilization ph KCl C org. Organic C Zawartość formy rozpuszczalnej Cd Content of soluble form Cd (mg kg -1 ) g. kg -1 mol HCl dm -3 0,01 mol CaCl 2 dm -3 Kontrola 1; Control 1 4,7 11,9 18,7 4,29 Wapnowanie; Liming 6,2 11,0 19,1 2,00 Węgiel brunatny; Brown coal 4,9 21,4 16,2 1,96 Humus 4,9 11,9 19,5 4,34 Słoma; Straw 4,8 12,2 19,7 4,32 Słoma + T. harzianum; Straw + T. harzianum 4,7 11,6 19,2 4,44 T. harzianum 4,4 11,3 19,1 5,71 Przyczyną spadku rozpuszczalności kadmu w glebach z węglem brunatnym były silne właściwości sorpcyjne tego materiału w stosunku do kationów [MACIEJEWSKA, MAZUR 1996; GORLACH, GAMBUŚ 1996]. Natomiast po zastosowaniu wapnowania w formie CaCO 3 wg SANTILLAN-MEDRANO i JURINAKA [1975] w glebach wytrąca się słabo rozpuszczalny CdCO 3. Wzrost odczynu zwiększa równieŝ siłę wiązania Cd przez materię organiczną gleb [HERMS, BRUMMER 1991]. Przeprowadzona analiza statystyczna (tab. 3) wykazała, Ŝe zarówno plonowanie roślin, jak i zawartość oraz pobranie kadmu przez kukurydzę głównie zaleŝało od ph KCl gleb oraz zawartości w podłoŝu rozpuszczalnej formy Cd. Istotne współczynniki korelacji między zawartością tej formy w glebie a kumulacją tego metalu w ziarnie i słomie pszenicy oraz w ziemniakach stwierdzili MERCIK i in. [2003]. Tabela 3; Table 3 Współczynniki korelacji pomiędzy niektórymi właściwościami gleb a wielkością plonu oraz zawartością i pobraniem kadmu przez kukurydzę Roślina; Plant Gleba; Soil Correlation coefficient between some properties of the soils and the yield, as well as cadmium contents and its uptake by maize Plon; Yield Zawartość Cd Contents Cd Pobranie Cd Uptake Cd ph KCl -0,5851* -0,8440* -0,9665* C org.; Organic C 0,4003* r.n.; n.s. r.n.; n.s.

4 348 K. Matkowski i inni Zawartość formy rozpuszczalnej; Contents of soluble form Cd mol HCl dm -3-0,3615* r.n.; n.s. r.n.; n.s. 0,01 mol CaCl 2 dm -3-0,6425* 0,7647* 0,7450* * istotne przy p = 0,05; significant at p = 0.05 Największą róŝnorodność gatunków jak równieŝ liczbę kolonii grzybów zanotowano w glebie z dodatkiem słomy, ich rozwojowi sprzyjał równieŝ dodatek preparatu huminowego. Znacznie mniej kolonii było w glebach nawoŝonych węglem brunatnym i węglanem wapnia. T. harzianum wprowadzony do gleby w formie zawiesiny zarodników silnie zredukował liczebność grzybów, jak i ich róŝnorodność gatunkową (rys. 1). Jest to grzyb silnie ekspansywny, hamuje rozwój innych mikroorganizmów [PISAREK, MOLISZEWSKA 2004]. W wazonach, do których wprowadzono słomę wcześniej przerośniętą przez T. harzianum, redukcja innych gatunków grzybów nie była aŝ tak znaczna. Dodatek substancji organicznej sprzyjał rozwojowi tych mikroorganizmów. W zbiorowiskach grzybów uzyskanych z gleb zanieczyszczonych kadmem dominowały: Alternaria alternata, Fusarium oxysporum, Gonytrichum macrocladium, Penicillium purpurogenum, Penicillium notatum i Acremonium murrorum. 180 liczba kolonii; number colony kontrola 1; control 1 wapnowanie; liming węgiel brunatny; brown coal próchnica; humus słoma; straw słoma + T. harzianum; straw + T. harzianum T. harzianum Acremonium murorum Alternaria alternata Chloridium chla Fusarium sp. Penicillium sp. T. harzianum inne; another Rys. 1. Najliczniej reprezentowane grzyby wyizolowane z gleby Fig. 1. Most representative fungi isolated from soil Są to gatunki pospolicie występujące w glebach. Mają zdolności kumulowania metali cięŝkich na powierzchni ścian komórkowych bez szkody dla funkcjonowania komórek [BUTTER i in. 1998]. Są wykorzystywanie do sorpcji metali cięŝkich w środowisku [KIFF, LITLE 1986; DELGADO i in. 1998]. W przeprowadzonych doświadczeniach grzyby te nie przyczyniły się do zmniejszenia pobierania kadmu przez kukurydzę. Wnioski

5 BADANIA ZBIOROWISK GRZYBÓW W GLEBIE ZANIECZYSZCZONEJ Wprowadzenie do gleby zanieczyszczonej kadmem T. harzianum zarówno w postaci szczepionki, jak i łącznie ze słomą powodowało istotną obniŝkę plonu kukurydzy oraz wzrost zawartości i pobrania tego metalu. 2. Wapnowanie gleby zmniejszało pobieranie kadmu przez kukurydzę. 3. Dodatek preparatów huminowych sprzyjał rozwojowi grzybów w glebie. Obecne w glebie gatunki grzybów nie dokonały biologicznej sorpcji kadmu w glebie. Literatura BADORA A Wpływ ph na mobilność pierwiastków w glebach. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 482: BUTTER T.J., EVISION L.M., HANCOC I.C., HOLLAND F.S The kinetics of metal uptake by microbial biomass: Implications for the design of bio-sorption reactor. Wat. Sci. Technol. 38: DELGADO A., ANSELMO A.M., NOVAIS J.M Heavy metal; bio-sorrption by dried powered mycelium of Fusarium flocifferum. Wat. Environ. Res. 70: GAMBUŚ F., RAK M Wpływ właściwości gleby na rozpuszczalność związków kadmu. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 472: GORLACH E., GAMBUŚ F Badania nad moŝliwością ograniczania pobierania kadmu przez rośliny z gleb zanieczyszczonych tym metalem. Rocz. Glebozn. 47(3/4): GOSTKOWSKA K., SZWED A., FURCZAK J., IGLIK H Zmiany ilościowe i jakościowe organizmów w glebie uŝytkowanej sadowniczo wzbogaconej odpadami organicznymi. Drobnoustroje w środowisku. Występowanie, aktywność, znaczenie. AR Kraków: HERMS H., BRUMMER G Einflussgrossen der Schwermetalloslichkeit und Bindung in Boden. Z. Pflanzenern. Bodenk. 147: KIFF R.J., LITLE D.R Bio-sorption of heavy metals by immobilized fungal biomasses, w: Immobilizations of ions by bio-sorption. Ed. Eccles H., Hunt S. Chichester: Ellis Horwood, London: MACIEJEWSKA A., MAZUR Z Ocena nawozów organiczno-mineralnych z węgla brunatnego na podstawie doświadczeń wegetacyjnych. Węgiel brunatny 17: MAŃKA K Zbiorowiska grzybów jako kryterium oceny wpływu środowiska na choroby roślin. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 160: MERCIK S., STĘPIEŃ W., GĘBSKI M Pobranie przez rośliny oraz rozpuszczalność Cu, Zn, Pb i Cd w róŝnych roztworach ekstrakcyjnych w zaleŝności od zakwaszenia gleby. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 493: PISAREK I., MOLISZEWSKA E.B Effect of the addition of sewage sludge on the composition of humic substances, content of heavy metals and the presence of Trichoderma spp. in the soil. Polish Journal of Soil Science 37(2): SANTILLAN-MEDRANO J., JURINAK I The chemistry of lead and cadmium in soil. Soil Soc. Am. J. 39(5): Słowa kluczowe: Cd, węgiel brunatny, humian, Trichoderma harzianum, grzyby glebowe

6 350 K. Matkowski i inni Streszczenie W doświadczeniu badano wpływ nawoŝenia gleby: węglem brunatnym, humianem, słomą, słomą rozłoŝoną przez T. harzianum oraz wprowadzenia szczepionki T. harzianum na plonowanie, zawartość Cd w roślinach oraz na róŝnorodność gatunkową grzybów w glebach. Wykazano, Ŝe wprowadzenie do gleby zanieczyszczonej T. harzianum zarówno w postaci szczepionki, jak i łącznie ze słomą powodowało istotny spadek plonu kukurydzy oraz wzrost zawartości i pobrania tego metalu. Preparaty huminowe sprzyjały rozwojowi mikroorganizmów. W zbiorowiskach grzybów uzyskanych z gleb zanieczyszczonych kadmem dominowały: Alternaria alternata, oraz grzyby z rodzaju Fusarium i Penicillium. INVESTIGATION OF FUNGAL COMMUNITIES IN THE SOIL POLLUTED WITH CADMIUM AND FERTILIZED WITH DIFFERENT ORGANIC MATERIALS Krzysztof Matkowski 1, ElŜbieta Pląskowska 1, Ewa Moszczyńska 1, Barbara Patorczyk-Pytlik 2, Krzysztof Gediga 2, Grzegorz Kulczycki 2 1 Department of Plant Nutrition, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław 2 Department of Plant Protection, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław Key words: Cd, brown coal, humiane, Trichoderma harzianum, soil fungi Summary The influence of fertilization of soil in a pot experient with brown coal, humiane, straw, straw with T. harzianum as well as inoculum T. harzianum on the crop and the content of Cd in plants as well as on species diversity the fungi in soils was studied. It showed that the introduction T. harzianum to polluted soil both in the inoculum, and with straw caused on significant fall form of maize crop as well as the content growth of this metal content in plants. The humiane compound favoured the development of microorganisms. In the fungal compositions isolated from the soil poluted with cadmium: Alternaria alternata, as well as Fusarium and Penicillium genus predominated. Dr Krzysztof Matkowski Pracownia Fitopatologii Uniwersytet Przyrodniczy pl. Grunwaldzki 24 a WROCŁAW mat@ozi.ar.wroc.pl