ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE TOM LX NR I WARSZAWA 2009: 55-59 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
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 - 135 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
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 '] 0 20 40 M ean 0 20 40 M ean N 0 8.11 8.12 9.00 8.41 0.09 0,13 0.14 0,12 N. 8.30 9,57 9.91 9.26 0.12 0,14 0.16 0,14 N 8.80 10.60 10,50 10,00 0.13 0.17 0,19 0,16 N, 9.44 11,30 11.40 10,70 0.12 0.13 0.16 0,14 Średnio - M ean 8.66 9.92 10.20 9.60 0.12 0.14 0.16 0.14 NIR os - LSD00. I 0.34 0,02 II 0.89 0.01 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 '] 0 20 40 Mean!o 20 40 Mean N, 0.19 10.22 0.25 0,22 0,02 0,03 0.05 0.03 N, 0.21 i 0.24 0,26 0,24 0,03 0,04 0.06 0.05 N, 0.25 10.29 0,35 0,30 0,05 0,07 0.08 0.06 N, 0.23 10.23 0,28 0.25 10.04 0.05 0.04 0,04 Średnio - M ean 0,22 0.25 0.29 0.25 0.04 0,05 0,06 0.05 NIR»o< I 0.02 0.01 L SD," II 0,01 0.0 1 Interakcja l/u 0.02 0,01 Interaction U/l 0.01 0.01
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 ] 0 20 40 M ean 0 20 40!M ean N o 0.51 0.61 0.92 0.6 0 1.12 1.14 1.17 1.14 N, 0.62 0.65 0.71 0.6 6 1.15 1.15 1.20 11.17 N, 0.68 0.75 0.8 6 0,7 6 1.17 1,18 1.25 1.20 K 0,58 0.61 0.75 0.65 1.18 1.21 1.35 1.25 Średnio - M ean 0.6 0 0.6 6 0.75 0.6 7 1.15 1,17 1.34 1.22 NIRo < l s d (ji)5 I II 0.014 0.008 0.03 0.01 Interakcja Interaction I/II II/I 0.017 0.015 0.02 0.01 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 0.69 0.97 0.79 0.67 0.88 0.81 0.63 0.60 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. - 135 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.
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 : 69-78. JOHNSON J.I.. TEMPLE K.L. 1964: Some variables affecting the measurements o f catalase activity in soil. Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 28: 207-216. 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: 37-47. KUCHARSKI J. 1997: Relacje miedzy aktywnością enzymów a żyznością gleby. W: Drobnoustroje w środowisku, występowanie aktywność i znaczenie. AR Kraków: 327-347. 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: 443-449. M YŚKÓW W.. STACHYRA A.. ZIĘBA S.. M ASIAK D. 1996: Aktywność biologiczna gleby jako wskaźnik jej żyzności i urodzajności. Rocz. Glebozn. 47. 1/2: 89-99. TABATABAI M.A.. BREMNER J.M. 1969: Use o f p-nitrophenol phosphate for assay o f soil phosphatase activity. Soil Biol. Bioch. 1: 301-307. 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//.? 3:199-204. THALM ANN A. 1968: Zur Methodic der Estimung der Dehydrogenaseaktivitat in Boden mittels Triphenyltetrazoliumchlorid (TTC). Landwirdschąftliche Forsclning 21: 249-258. P rof dr hab. Jan Koper Katedra Biochemii. Wydział Rolniczy; Uniwersytet Technol ogiczno- Przy rodn i czy 85-029 Bydgoszcz, ul. Bernardyńska 6 e-mail: biocwdutp. echi.pl