R O C Z N IK I G L E B O Z N A W C Z E T O M L X N R 1 W A R S Z A W A 2 0 0 9 : 9 2-9 6 ANNA PIOTROWSKA. JAN KOPER NASTĘPCZY WPŁYW NAWOŻENIA MINERALNEGO, ORGANICZNEGO I MINERALNO-ORGANICZNEGO NA AKTYWNOŚĆ UREAZY GLEBOWEJ SPOD UPRAWY KONICZYNY CZERWONEJ I PSZENICY OZIMEJ SEQUENTIAL EFFECT OF MINERAL, ORGANIC AND MINERAL-ORGANIC FERTILIZATION ON UREASE ACTIVITY UNDER RED CLOVER AND WINTER WHEAT Katedra Biochemii. Wydział Rolniczy. Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy Abstract: The aim o f this study was to determine sequential effects o f long-tenn fertilization on the urease activity. Soil was sampled from 14 mineral, organic and mineral-organic fertilization com binations under red clover (2001 year) and winter wheat (2003 year) from the Ap horizon four times a year: April. May. June and October. Urease activity ranged from 0.10 0.64 mg N -N H 4~ kg-1- h_! and was higher in soil collected in 2001 than in 2003 year. The highest enzyme activity was noted in soil sam ples taken in May in both years o f investigation. N o clear tendency was observed in urease activity as dependent on different mineral, organic and mineral-organic fertilization. Słowa kluczowe: gleba, ureaza, naw ożenie m ineralne, organiczne i m ineralno-organiczne. Key words: soil, urease, mineral, organic and m ineral-organic fertilization. WSTĘP Zainteresowanie akty wnością ureazy - enzymu przeprowadzającego hydrolizę mocznika do amoniaku i dwutlenku węgla - wynika ze znaczenia nawozowego substratu, jakim jest mocznik [Makoi. Ndakidemi 2008]. Aktywność ureazy glebowej będąc ściśle związana z zawartością materii organicznej ulega dynamice w zależności od koncentracji pierwiastków biogennych. Zwykle aktywność ureazy wzrasta wraz z dostępnością makroskładników. których źródłem są zarówno obornik, jak i nawozy mineralne [Gianfreda. Ruggiero 2006]. Celem pracy było po pierwsze: określenie, czy zmiana wieloletniego zróżnicowanego nawożenia mineralnego, organicznego, mineralno-organicznego na jednolite mineralne wraz z zastosowanym wapnowaniem może istotnie modyfikować aktywność ureazy glebowej, po drugie: określenie zmian sezonowych aktywności tego enzymu.
Następczy wpływ nawożenia... na aktywność ureazy glebowej.. 93 MATERIAŁ I METODY Materiał glebowy do badań pobrano z doświadczenia nawozowego zlokalizowanego na glebie płowej typowej założonego w 1948 r. w Stacji Badawczej w Mochełku k/bydgoszczy należącej do UTP w Bydgoszczy-. Do roku 2001 doświadczenie prowadzone było jako jednoczynnikowe, a celem jego było porównanie oddziaływania na glebę 14 obiektów nawożenia mineralnego, organicznego i mineralno-organicznego: 1. Bez nawożenia - kontrola, 2. Słoma + NPK, 3. NPK + Ca, 4. NPK, 5. Obornik (O), 6. O + PK. 7. O + KN, 8. O + KN + Mg, 9. 0 + PN, 10. O + PN + Mg, 1 1.0 + NPK, 12. O + NPK + Mg, 1 3.0 + NPK + Ca, 14. O + NPK + Ca + Mg. Nawożenie stosowane w latach 1997-2001 przedstawiono w tabeli 1. Po zbiorze koniczyny czerwonej na całości doświadczenia zastosowano wapnowanie wyrównawcze w dawce 1,5 t-ha"1. W 2001 roku na całej powierzchni doświadczenia wysiano rzepak ozimy, który po złym przezimowaniu zlikwidowano wiosną 2002 i wysiano owies. W 2003 roku w doświadczeniu uprawiano pszenicę ozimą, pod którą zastosowano następujące nawożenie mineralne (kg*ha-1): N - 120, Pn0 5-100 oraz K90-120. Celem modyfikacji doświadczenia było poznanie następczego oddziaływania wieloletniego, zróżnicowanego nawożenia mineralnego, organicznego i mineralno-organicznego po zastosowaniu wapnowania i ujednoliceniu nawożenia NPK na wszystkich poletkach doświadczalnych. Próbki glebowe do badań pobrano z warstwy ornej (5-25 cm), spod koniczyny czerwonej trzykrotnie w okresie wegetacyjnym (kwiecień, maj, czerwiec 2001 - terminy I-III) oraz na początku października tego roku spod rzepaku ozimego (termin IV). W 2003 roku próby glebowe pobrano spod pszenicy ozimej ( kwiecień, maj, czerwiec - terminy I-III) oraz na początku sierpnia po jej zbiorze (termin IV). Aktywności ureazy oznaczano według metody Kandeler i Gerbera [1988] polegającej na spektrofotometrycznym pomiarze wydzielonego amoniaku po 2-godzinnej inkubacji próbki gleby z mocznikiem jako substratem w temperaturze 37 C. Parametr)' chemiczne gleby oznaczono według metod powszechnie stosowanych w gleboznawstwie. TABELA 1. Nawożenie stosowane w doświadczeniu w latach 1997-2001 TABLE 1. Fertilization applied in 1997-2001 Rok - Year Roślina - Plant N pa kg ha i t-ha 1 K: Ca Obornik - FYM 1997 Rzepak ozimy - Winter rape 180 120 160 1.5-1998 Pszenica ozima - Winter wheat 120 100 160 - - 1999 Burak cukrowy - Sugar beet 180 120 220 3 30 2000 Jęczmień jary + Koniczyna czerwona 50 80 120 Spring barley + Red clover 2001 Koniczyna czerwona - Red clover 30 : 60 120 - - WYNIKI I DYSKUSJA Przeprowadzona analiza wariancji wykazała istotny wpływ kombinacji nawozowych stosowanych ponad 50 lat na zawartość węgla organicznego (Conj) i azotu ogółem (N0>) zarówno przed, jak po ujednoliceniu nawożenia (tab. 2). Zawartość C w badanych próbkach glebowych mieściła się w przedziale 4,64-6,86 g kg'"1, natormast zawartość
94 A. Piotrowska, J. Koper TABELA. 2. Wybrane właściwości chemiczne gleby w zależności od /różnicowanego nawożenia TABLE 2. Selected chemical parameters o f soil as dependent on differentiated fertilization Obiekty nawozowe Fertilization objects Węgiel org. Organie carbon Azot ogółem Total nitrogen ph w KC1 p H in K C l S kg 1 : ***2001 2003 2001 2003 2001 2003 1. Kontrol Control 4.64 4,74 0.46 0.46 4.53 4.67 2. Sloma+NPK Straw+NPK 4.72 4,96 0.43 0,45 3.71 4,69 3. NPK + Ca 4.91 4.86 0.42 0.44 4.12 6.22 4. NPK 4.90 4.97 0.44 0.44 3.67 4,31 5 *0 _ **FYM 5,07 5.14 0.50 0,50 3.85 4,23 6. O+PK - FYM+ PK 4.93 4.96 0.39 0,42 4.04 4,86 7. O+KN - FYM + KN 5.47 5,53 0.54 0,55 3,71 5.20 8. O+K N+M g - FYM + KN+M g 5.53 5.65 0.47 0,49 3,78 4.54 9. O+PN FYM+PN 5.35 5,55 0.53 0.55 3,71 4.14 10. O-HPN+Mg FYM +PN+M g 5.39 5.59 0,50 0.56 3,90 4.28 11. O+NPK FYM+NPK 5.27 5.57 0,53 0,54 3,73 3,96 12. O + N P K + M g- FYM-i-NPK+Mg 5.38 5.78 0,59 0.58 4.14 4.26 13. O+NPK+Ca"- FYM+NPK+Ca" 5.49 6.52 0,58 0.60 5.85 6.63 14. O-NPK-i-Ca-rMg - FYM +NPK+Ca+Mg 6.65 6.86 0.64 0.68 5.80 6,94 Średnia - mean 5.26 5.46 0.50 0.51 N 1R,(1, - LSD,, 0.125 0.107 0.054 0.061 ; * 0 - obornik. **FYM - farmyard manure: ***2001. 2003 - lata badaii years o f investigation N() w badanych glebach mieściła się w zakresie od 0.39 do 0,68 g kg_1. Nie wykazano istotnych różnic pomiędzy zawartością C i N w w próbkach gleb pobranych w obu latach badań. Zarówno w 2001. jak i w 2003 roiai najniższą zawartość obu badanych makroskładników oznaczono w próbkach gleb pobranych z poletek kontrolnych (1), nawożonych słomą i NPK (obiekt 2) oraz nawożonych tylko mineralnie (obiekty 3-4). Istotnie najwyższą zawartość zarówno C jak i N stwierdzono w materiale glebowym pobranym z poletek z pełnym nawożeniem minerafno-organicznym (obiekt 14). Próbki glebowe pobrane w 2001 roku charakteryzowały się odczynem od bardzo kwaśnego do obojętnego. Wapnowanie wyrównawcze w dawce 1,5 t ha 1 zastosowane po zbiorze koniczyny wpłynęło na znaczne podwyższenie ph w próbkach glebowych pobranych spod pszenicy ozimej (tab. 2). Zróżnicowane nawożenie mineralno-organiczne zarówno przed, jak i po modyfikacji doświadczenia oraz terminy pobierania próbek glebowych w obu latach badań wpłynęły istotnie na zmiany aktywności ureazy glebowej (tab. 3). Aktywność badanego enzymu mieściła się w zakresie 0.10-0,64 mgn-nh kg-1 *h"1. Próbki glebowe pobrane w' 2001 roku wykazywały większą aktywność ureazy w porównaniu z oznaczoną w próbkach pobranych spod pszenicy ozimej. Przebieg procesów enzymatycznych w glebie w trakcie sezonu wegetacyjnego roślin jest bardzo zmienny i jest kształtowany między innymi poprzez zmieniającą się okresowo temperaturę i uwilgotnienie środowiska glebowego [Gianfreda, Bollag 1996]. Uważa się, że enzymy są stosunkowa bardziej aktywne w końcu wiosny, latem lub na początku jesieni [Januszek 1993]. W badaniach własnych, w obu latach badań, największa aktywność ureazy wystąpiła w' próbkach glebowych pobranych w maju.
Następczy>wpływ nawożenia... na aktywność ureazy glebowej. 95 TABELA3. Aktywność ureazy [m g N -N H / kg 1 h '] w zależności od zróżnicowanego nawożenia i terminu pobrania próbek glebowych TABLE 3. Urease activity [mg N -N II/- kg 1 h 1] as dependent on difierentiated fertihzatbn and sanpling dates Obiekty nawozowe Fertilization objects Rok 2001 - Year 2001 IRok 2003 -Year 2003 *1 II III IV I II III IV 1. Kontro 1- Control 0,20 0.25 0.23 0.16 0,16 0,20 0,28 0,20 2. Słoma+NPK - Straw+NPK 0.14 0.38 0,19 0.18 0,17 0,23 0,18 0,20 3. NPK + Ca 0.16 0,33 0,36 0,14 0.21 0,19 0,15 0.20 4. NPK 0.20 0,33 0,47 0,19 0.21 0.23 0,24 0,13 5. * * 0 - ***FYM 0.23 0.22 0.47 0.21 0.17 0.26 0.15 0,17 6. O+PK - FYM+ PK 0,16 0.27 0.64 0.12 10,19 0,19 0.17 0,16 7. O+KN - FYM + KN 0.22 0.36 0,18 0.34 0,19 0,25 0,26 0.22 8. O + K N + M g - FYM + KN+M g 0.24 0,45 0.25 0.22 0.22 0,29 0,10 0.10 9. O+PN - FYM+PN 0.28 0,36 0.26 0,23 0.24 0.29 0,17 0,15 10. O + P N + M g- FYM+PN+Mg 0.27 0.46 0.24 0,31 0.25 0.26 0,15 0,12 11. O+NPK - FYM+NPK 0,27 0.39 0.30 0.19 0,20 0.22 0.14 0,15 12. O+NPK+M g - FYM+NPK+Mg 0,29 0.33 0,37 0.20 0,20 0,26 0,12 0,30 13. O+NPK+Ca - FYM+NPK+Ca 0.25 0.27 0,32 0.14 0.23 0,28 0,16 0.17 14. O+NPK+Ca+M g - FYM+NPK+Ca+Mg 0.20 0,28 0,11 0.15 0.18 0.29 0,23 0.12 Średnia - mean 0.22 0.33 0.31 0.27 0,20 0,25 0,18 0.17 n i r (,()5 - LSD(I05 0,012 0.029 0.021 0.020 0.017 0,031 0.034 0,013 * I IV - terminy pobrania próbek glebowych. I IV - sampling dates; **obornik - ***farmvard manure Większą aktywnością ureazy charakteryzowały się próbki gleby spod koniczyny wr porównaniu zjej aktywnością stwierdzoną w materiale glebowym pobranym spod pszenicy ozimej, co mogło być w pewnym stopniu spowodowane większą dawką nawożenia azotowego zastosowanego pod pszenicę ozimą. Jest to zgodne z danymi literaturowymi wskazującymi na to, że aktywność ureazy może być hamowana przez dodanie do gleby zwiększonych dawek nawozów zawierających związki amonowe [Kieliszewska- Rokicka 2001]. Aktywność ureazy maleje, ponieważ pobieranie N mineralnego przez mikroorganizmy glebowe hamuje syntezę białka enzymatycznego [Burket, Dick 1998]. Porównując aktywność ureazy w próbkach gleb pobranych z obiektów nawożonych O+PK oraz O+NPK (z wyjątkiem próbek pobranych w czerwcu 2001 r.) wykazano istotny wpływ nawożenia azotowego stosowanego w formie saletry amonowej na aktywność enzymu w próbkach glebowych spod koniczyny czerwonej, natomiast nawożenie to nie oddziaływało istotnie na aktywność badanego enzymu w- próbkach gleby spod pszenicy ozimej. Porównując aktywność ureazy w próbkach gleb pobranych z poletek nawożonych poszczególnymi składnikami stosowanych nawozów z je j aktywnością oznaczoną w próbkach gleb z odpowiednich poletek kontrolnych (np. dla nawożenia P obiekty O + NK oraz O + NPK) nie wykazano jednoznacznego wpływu nawozów zawierających P, K, Mg i Ca na aktywność badanego enzymu. Analiza korelacji wykazała istotne i dodatnie współczynniki korelacji pomiędzy aktywnością ureazy a zawartością Coro (r = 0,551; p = 0,05) i N (r = 0,623; p= 0,05) jedynie w próbkach gleb pobranych vv maju 2003 roku.
96 A. Piotrowska, J. Koper WNIOSKI 1. Nie wykazano jednoznacznego kierunku zmian aktywności ureazy glebowej pod wpływem oddziaływania wieloletniego nawożenia (obornik. P, K, Mg, Ca) zarówno przed, jak i po zmianie i ujednoliceniu nawożenia. 2. Nawożenie azotowe stosowane w postaci saletry' amonowej istotnie zwiększało aktywność ureazy w' próbkach gleby spod koniczyny czerwonej pobranych w trzech terminach. Nie wykazano natomiast istotnego oddziaływania tego nawożenia na aktywność badanego enzy mu w materiale glebowym pochodzącym spod pszenicy ozimej. 3. Aktywność ureazy glebowej charakteryzowała się zmiennością sezonową, przy- czym największą jej aktywność wykazano w próbkach gleb pobranych w maju w- obu latach badań. LITERATURA BURKET J.Z.. DICK R.P. 1998: Microbial and soil parameters in relation to N mineralization in soils o f diverse genesis under different management systems. Biol. Fertil. Soils 27: 430-438. G1ANFREDA L.. BOLLAG J.M. 1996: Influence o f natural and anthropogenic factors on enzyme activity in soil. W: G. Stotzky. J.M. Bollag (red.): Soil Biochemistry. Marcel Dekker. N ew York. 9: 123-193. GIANFREDA 1 RUGGIERO P. 2006: Enzyme activities in soil. W: P. NannipierL K. Smalla (red.): Soil biolog). Nucleic acids and proteins in soil. Springer-Verlag 8: 257-311. JANUSZEK K. 1993: Seasonal changes o f enzyme activity in mor. moder and mull humus o f selected forest soils in the Western Beskid Mountains. P ol For. Pol. 35: 59-75. KANDELER E.. GERBER H. 1988: Short-term assay o f soil urease activity using colorimetric determination o f ammonium. Biol. Fertil. Soils 6: 68-72. KIELISZEWSKA-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. MAKOI J. H. J. R.. NDAKIDEMI P.A. 2008: Selected soil enzymes: examples o f their potential roles in the ecosystem. Afric. J. Biotechnol. 7.3: 181-191. Dr ini. Anna Piotrowska Katedra Biochemii, Wydział Rolniczy, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy 85-029 Bydgoszcz, ul. Bernardyńska 6, e-mail: apiotr a. utp. edu.pl