Beata ZIELIŃSKA *, Stefan RUSSEL ** aktywność mikrobiologiczna gleby, kompost Dano, wierzba, liczebność bakterii saprofitycznych, termofilnych, przetrwalnikujących, NPL bakterii grupy coli NPL Clostridium perfringens NPL Proteus vulgaris WPŁYW NAWOŻENIA KOMPOSTEM DANO NA AKTYWNOŚĆ MIKROBIOLOGICZNĄ GLEBY SPOD PLANTACJI WIERZBY (SALIX SP.) Przeprowadzone w niniejszej pracy badania miały na celu ocenę wpływu nawożenia kompostem Dano na wybrane wskaźniki mikrobiologiczne gleb. Przeprowadzone badania wykazały, że liczebność mikroorganizmów w badanych glebach, spod plantacji roślin energetycznych - wierzby (Salix sp.) zależała od zastosowanych czynników doświadczalnych. Wykazano stymulujący wpływ kompostu Dano na liczebność wybranych grup fizjologicznych bakterii badanych obiektów w stosunku do obiektów kontrolnych. Zaobserwowano przyrost liczebności bakterii grupy coli, Clostridium perfringens, Proteus vulgaris, bakterii saprofitycznych, termofilnych oraz przetrwalnikujących w glebie w zależności od wielkości zastosowanego nawożenia organicznego. 1. WSTĘP Wykorzystanie wskaźników mikrobiologicznych w analizie środowiska glebowego pomaga ocenić ekologiczny stan gleb, ich aktywność biologiczną, a także żyzność i urodzajność [8]. Dlatego też poznanie ilościowe i jakościowe drobnoustrojów glebowych należy do zabiegów często podejmowanych przez badaczy zajmujących się mikrobiologią gleb. Znajomość mikroorganizmów glebowych, w powiązaniu z innymi czynnikami biochemicznymi, ułatwia poznanie kierunku procesów zachodzących w glebie oraz jej aktualnego stanu. * Instytut Technologiczno-Przyrodniczy, Zakład Biologii Środowiska i Higienizacji Wsi, Falenty, Al. Hrabska 3, 05-090 Raszyn. ** Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, Samodzielny Zakład Biologii Mikroorganizmów, ul. Nowoursynowska 159, 02-787 Warszawa.
530 B. ZIELIŃSKA, S. RUSSEL Komposty stanowią bogate źródło próchnicy oraz składników mineralnych, które można wykorzystać w nawożeniu roślin, zwłaszcza nie konsumpcyjnych, jakimi są rośliny energetyczne. Jednym ze sposobów przyrodniczego wykorzystania odpadów jest nawożenie gleb, przeznaczonych pod uprawę roślin alternatywnych. W dotychczasowym piśmiennictwie wiele jest informacji na temat wpływu nawożenia kompostem na wielkość i jakość plonu roślin testowych, oraz na właściwości gleb [2]. Jak powszechnie wiadomo kompost dodany do gleb dodatnio wpływa na jej właściwości fizykochemiczne, gdyż podnosi zawartość składników pokarmowych, poprawia strukturę, pojemność wodną, cieplną oraz sorpcyjną gleb [1]. Natomiast w literaturze naukowej nieliczne są dane dotyczące oddziaływania kompostów na stan mikroflory glebowej spod plantacji roślin energetycznych. W związku z tym celem niniejszej pracy było zbadanie aktywności mikrobiologicznej gleb nawożonych kompostem Dano spod plantacji Wierzby (Salix sp.). Ocenę tę przeprowadzono w oparciu o zmiany liczebności bakterii grupy coli, Clostridium perfringens, Proteus vulgaris, bakterii saprofitycznych, termofilnych, przetrwalnikujących w glebie w zależności od zastosowanej dawki nawożenia. 2. METODY BADAŃ Obiekty doświadczalne znajdowały się na terenie Wydziałowej Stacji Doświadczalnej Rolnictwa i Biologii w Skierniewicach. Poletka o powierzchni 10 m 2 obsadzono Wierzbą (Salix sp.), które co roku nawożono kompostem Dano z Warszawy w ilości 10 t s.m. ha -1 (obiekt 3) lub 20 t s.m. ha -1 (obiekt4). Jesienią 2009 r z każdego obiektu doświadczalnego pobrano próbki reprezentatywne z warstwy powierzchniowej (5-20 cm) gleby płowej wytworzonej z piasku gliniastego. Próbę kontrolną stanowiła gleba nienawożona (obiekt 0). Do oznaczenia aktywności mikrobiologicznej i przemian substancji organicznej w badanej glebie wybrano następujące wskaźniki mikrobiologiczne: - Najbardziej Prawdopodobną Liczbę (NPL) bakterii grupy coli na pożywce płynnej Eijkmana - NPL Clostridium perfringens oznaczono na pożywce płynnej Wilsona-Blaira, - NPL Proteus vulgaris na agarze odżywczym - liczebność bakterii saprofitycznych oznaczono na agarze odżywczym - liczebność bakterii termofilnych na agarze odżywczym - liczebność bakterii przetrwalnikujących na agarze odżywczym Wyniki liczebności mikroorganizmów podano w jtk w przeliczeniu na 1 g suchej masy. Wpływ kompostu na aktywność biologiczną gleby zweryfikowano za pomocą jednoczynnikowej analizy wariancji w układzie całkowicie losowym, stosując
Wpływ nawożenia kompostem Dano na aktywność mikrobiologiczną gleby 531 program Statgraphics Plus 5.0. Grupy jednorodne wyznaczono testem Tukey a dla α=0.05. 3. WYNIKI I DYSKUSJA Na podstawie przeprowadzonej analizy wariancji jednoczynnikowej w układzie całkowicie losowym, uzyskano p-value dla każdej badanej zmiennej mniejsze od poziomu istotności (p 0,05), czyli stwierdzono istotny wpływ nawożenia kompostem Dano na liczebność wszystkich badanych grup fizjologicznych bakterii. Za pomocą testu Tukey a dokonano porównań średnich w celu wyznaczenia grup homogenicznych. Stwierdzono, że substancja organiczna wprowadzana do gleby wraz z kompostem Dano wpływa korzystnie na aktywność biologiczną gleb, wyrażoną zwiększoną liczebnością grup ekofizjologicznych drobnoustrojów. Analizy mikrobiologiczne wykazały, że zastosowany w doświadczeniu kompost Dano stymulował aktywność mikrobiologiczną gleby pod plantacją roślin energetycznych w stosunku do obiektu kontrolnego (tabela 1-2). Tabela 1. Wpływ nawożenia kompostem Dano na liczebność mikroorganizmów w glebie NPL 1 g -1 s.m. gleby Warianty doświadczenia grupy coli Clostridium perfringens Proteus vulgaris jtk 10 9 jtk 10 9 jtk 10 11 0 2,8 a 5,14 a 0,34 a 3 49,3 b 120,47 b 1,20 b 4 223,4 c 223,44 c 335,2 c NIR α=0,05 0,04 0,04 0,007 Źródło własne; Legenda: 0- gleba kontrolna; 3- gleba wzbogacona kompostem Dano (10 t s.m. ha -1 ); 4- gleba nawożona kompostem Dano (20 t s. m. ha -1 ); a, b, c- grupy jednorodne; NIR- najmniejsza istotna różnica. Na podstawie przeprowadzonej analizy wariancji jednoczynnikowej w układzie całkowicie losowym, stwierdzono wpływ kompostu Dano wprowadzonego do gleby (poziom Ap) na liczebność badanych bakterii (p 0,05). Wykazano istotną statystycznie różnicę w liczebności bakterii grupy coli (NIR 0,05 =0,04) oraz Proteus vulgaris. (NIR 0,05 =0,007) w glebie nawożonej różnymi dawkami kompostu. Efekt ten najmocniej nasilił na terenie obiektu 4 (20 t s.m. ha -1 ). Dla bakterii coli zanotowano pięciokrotny wzrost liczebności tych mikroorganizmów porównaniu z obiektem
532 B. ZIELIŃSKA, S. RUSSEL nr 3 (10 t s.m. ha -1 ). Podobnie wzrost bakterii coli w wyniku nawożenia kompostem zanotowali inni badacze [6]. W toku badań zbadano również kształtowanie się zmian liczebności Clostridium perfringens, ponieważ drobnoustroje te stanowią poważne zagrożenie dla zdrowia ludzi. Wykazano, że zastosowany kompost Dano istotnie różnicował (NIR 0,05 =0,04) liczebność tej populacji w stosunku do obiektu kontrolnego (tab. 1). Podwójna dawka nawozu (20 t s.m. ha -1 ) spowodowała prawie dwukrotny wzrost tych drobnoustrojów w porównaniu z pojedynczą dawką (10 t s.m. ha -1 ). Czego nie potwierdzają badania Nowaka i innych [6], którzy w badanych glebach nie stwierdzili obecności bakterii z rodzaju Clostridium. Warianty doświadczenia Tabela 2. Wpływ kompostu Dano na wskaźniki mikrobiologiczne w glebie spod plantacji wierzby (Salix sp.) saprofityczne jtk 10 12 Liczebność mikroorganizmów w 1 g -1 s.m. gleby termofilne jtk 10 9 przetrwalnikujące jtk 10 10 0 9,15 a 1,03 a 4,4 a 3 20,4 a 16,5 a 5,9 b 4 901,3 b 123,2 b 10,3 c NIR α=0,05 85,83 18,10 1,46 Źródło własne; Legenda: 0- gleba kontrolna; 3- gleba nawożona kompostem Dano (10 t s. m. ha -1 ); 4- gleba wzbogacona kompostem Dano (20 t s. m. ha -1 ); a, b, c- grupy jednorodne; NIR- najmniejsza istotna różnica. Stwierdzono najwyższą istotną różnicę (NIR 0,05 =85,83) w liczebności bakterii saprofitycznych w badanej glebie. Populacja bakterii saprofitycznych istotnie zwiększyła się pod wpływem nawożenia podwójną dawką kompostu, w porównaniu do pozostałej kombinacji nawozowej oraz obiektu nienawożonego (tab. 2). Jest to reakcja mikroorganizmów na zwiększenie dostępnego pożywienia oraz ograniczenie rozwoju bakterii pasożytniczych [4].W przypadku kolejnej grupy fizjologicznej, czyli bakterii termofilnych także odnotowano istotną różnicę (NIR 0,05 =18,10) w liczebności tej populacji w poszczególnych wariantach doświadczenia. W obiekcie nr 4 zanotowano aż dziewięciokrotny wzrost mikroorganizmów termofilnych w porównaniu do niższej dawki kompostu Dano (tab. 2). W przypadku drobnoustrojów przetrwalnikujących zanotowano istotną statystycznie różnicę (NIR 0,05 =1,46) w liczebności tej populacji w glebie spod plantacji roślin energetycznych. Odnotowano dwukrotny wzrost liczebności organizmów przetrwalnikujących w obiekcie nr 4, gdzie zastosowano najwyższą dawkę kompostu w odniesieniu do kontroli.
Wpływ nawożenia kompostem Dano na aktywność mikrobiologiczną gleby 533 Materia organiczna wprowadzona do gleb wraz z osadami ściekowymi, a także produkty jej mikrobiologicznych przemian wpływa korzystnie na fizyczne, chemiczne i biologiczne właściwości gleb [7]. Stąd przypuszcza się, iż zanotowany wzrost liczebności powyższych grup fizjologicznych bakterii w glebie pod roślinami energetycznymi spowodowany jest wniesieniem materii organicznej z kompostem Dano (tab. 1-2). Kobus i inni [3] przeprowadzili badania, w których oznaczyli ogólną liczebność bakterii i grzybów w zdegradowanych glebach nawożonych m.in. osadem ściekowym i kompostem (30 t s.m.). Wykazali, że liczebność wybranych wskaźników mikrobiologicznych w glebie jest zależna od zastosowanej dawki nawozu, co jest zgodne z badaniami własnymi. Korniłłowicz-Kowalska i Bohacz [5] zbadały wpływ kompostów sporządzonych z piór kurzych i kory sosnowej oraz kory sosnowej i słomy żytniej na właściwości mikrobiologiczne, biochemiczne i chemiczne gleb. W celu oznaczenia ogólnej liczebności bakterii, grzybów, oraz mikroorganizmów celulolitycznych pobrano próbki gleby spod pszenicy uprawianej po roślinach zbożowych oraz motylkowatych. Autorzy przeprowadzonych badań wykazali, iż dodatek kompostu aktywizował rozwój różnych grup fizjologicznych drobnoustrojów w glebie, przy czym intensywność ich wzrostu i rozwoju była zróżnicowana w zależności od składu chemicznego i ph wprowadzonego kompostu. Podobnie w badaniach własnych zanotowano wzrost liczebność bakterii grupy coli, Clostridium perfringens, Proteus vulgaris oraz bakterii przetrwalnikujących w wyniku nawożenia gleb kompostem Dano w porównaniu z obiektem kontrolnym. Wpływ kompostu na populację mikroorganizmów glebowych jest sumą działania wielu czynników, regulujących skład oraz aktywność mikroflory [6]. 4. WNIOSKI 1. Substancja organiczna wprowadzona do gleby wraz z kompostem Dano zwiększa liczebność mikroorganizmów, gdyż stanowi źródło składników pokarmowych niezbędnych do wzrostu i rozwoju bakterii, przez co kształtuje aktywność mikrobiologiczną gleb. 2. Kompost Dano pogarszał stan sanitarny gleby wyrażony zwiększeniem liczebności bakterii grupy coli, Clostridium perfringens i Proteus vulgaris w porównaniu z glebą kontrolną. 3. Kompost Dano zastosowany w najwyższej dawce (20 t s.m. ha -1 ) najbardziej zwiększał liczebność badanych grup fizjologicznych bakterii, w porównaniu do pozostałych wariantów nawożenia.
534 B. ZIELIŃSKA, S. RUSSEL LITERATURA [1] GÓRSKA E. B., STĘPIEŃ W., Wpływ kompostu z osadu ściekowego na wybrane właściwości gleby, Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 2008, No. 553, 139-146. [2] IŻEWSKA A., Przydatność kompostów z komunalnego osadu ściekowego do nawożenia miskanta cukrowego (Miscanthus sacchariflorus), Wydawnictwo Uczelniane Uniwersytetu Technologicznego, Szczecin 2009, 5 11. [3] KOBUS J., KUREK E., JÓZEFACIUK Cz., Wpływ nawożenia organicznego na aktywność biologiczną zdegradowanego utworu lessowego, Roczniki Gleboznawcze,1988, Vol. 39, No. 4, 159-170. [4] KOŁWZAN B., ADAMIAK W., GRABAS K., PAWEŁCZYK A., Podstawy mikrobiologii w ochronie środowiska. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2005, 17-46. [5] KORNIŁŁOWICZ- KOWALSKA T., BOHACZ J., Wpływ kompostów keratynowo-korowych i keratyno-koro- słomowych na rozwój bakterii i grzybów w dwóch glebach różniących się systemem uprawy roślin, Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 2005, No. 506, 245-259. [6] NOWAK A., PRZYBULWESKA K., SZOPA E. Wpływ nawożenia kompostami z osadów ściekowych na liczebność niektórych grup mikroorganizmów glebowych. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 2001, No. 477, 443-449. [7] MYŚKÓW W., Próby wykorzystania wskaźników aktywności mikrobiologicznej do oceny żyzności gleby. Postępy Mikrobiologii, 1981, Vol. 3/4, 173-192. [8] QUEMEDA M., MENACHO E., Soil respiration 1 year after sewage sludge application, Biol. Ferti. Soils, 2001, No. 33, 344-346. THE EFFECT OF INFLUENCE DANO COMPOST ON THE MICROBIOLOGICAL ACTIVITY IN SOIL UNDER WIILOW CULTURE (SALIX SP.) The aim my experiment was investigated effect of Dano compost on some microbiological properties of soil under energetic plants- willow tree (Salix sp.) That experiment was shown that the number of different microorganism in soil was depended on the dose of organic fertilizer. It was shown a stimulating effect of Dano compost on the abundance of selected physiological groups of bacteria in soil of examined objects in relation to the control.