efektywne mikroorganizmy, rośliny energetyczne, słonecznik bulwiasty ogólna liczba bakterii, ogólna liczba grzybów, NPL bakterii nitryfikacyjnych, NPL bakterii denitryfikacyjnych, Janusz AUGUSTYNOWICZ, Katarzyna SADOWIEC, Stefan RUSSEL * WPŁYW PREPARATÓW EM NA WYBRANE PARAMETRY BIOLOGII GLEBY POD UPRAWĄ HELIANTHUS TUBEROSUS L. Technologia EM (Efektywne Mikroorganizmy) została opracowana w latach 80. przez japońskiego mikrobiologa Teruo Higę na potrzeby rolnictwa organicznego. Technologia ta zakłada stosowanie preparatów zawierających konsorcja drobnoustrojów autochtonicznych, wpływających pozytywnie na właściwości fizykochemiczne gleby, jej stan sanitarny oraz plony roślin. Celem niniejszej pracy było zbadanie wpływu preparatu EM na wybrane parametry biologii gleby pod uprawą roślin energetycznych. Badania prowadzono na poletkach doświadczalnych założonych na terenie Instytutu Melioracji i Użytków Zielonych w Falentach. Doświadczenie przeprowadzono w trzech powtórzeniach, a poletka rozmieszczono w sposób losowy. Do badań wybrano jedną roślinę energetyczną słonecznika bulwiastego. Stosowano następujące kombinacje nawozowe:,,0,,,em,,,osad ściekowy,,,osad ściekowy + EM. Osad ściekowy stosowano w dawce odpowiadającej 170 kg czystego azotu/ha zgodnie z ustawą o nawozach i nawożeniu. Analizy obejmowały następujące parametry: ogólna liczba bakterii, ogólna liczba grzybów, NPL bakterii nitryfikacyjnych, NPL bakterii denitryfikacyjnych. Badania wykazały, że zastosowany preparat EM stymulował właściwości biologiczne gleby pod uprawą słonecznika bulwiastego mierzone za pomocą wybranych wskaźników mikrobiologicznych. 1. WSTĘP Zgodnie z dyrektywą UE [2] w sprawie promocji energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych na wewnętrznym rynku energii elektrycznej, każde z państw członkow- * Instytut Technologiczno-Przyrodniczy, Zakład Biologii Środowiska i Higienizacji Wsi, Falenty, Al. Hrabska 3, 05-090 Raszyn.
20 J. AUGUSTYNOWICZ i in. skich Unii Europejskiej powinno osiągnąć do 2010 r. udział odnawialnych źródeł energii w wielkości 12% zużycia energii brutto, natomiast cała Wspólnota na poziomie 22,1 %. W dniu 23 sierpnia 2001 r. została zatwierdzona przez Sejm Rzeczypospolitej Polskiej Strategia Rozwoju Energetyki Odnawialnej, promująca rozwój odnawialnych źródeł energii w naszym kraju i wskazująca podstawowe cele i warunki rozwoju energetyki odnawialnej w Polsce do roku 2020. Dokument ten zakłada zwiększenie udziału energii ze źródeł odnawialnych w bilansie paliwowoenergetycznym kraju do 7,5% (340 PJ) do 2010 roku i do 14% do 2020 roku. Oznacza to trzykrotny wzrost w stosunku do roku 1999 (2,5% 105 PJ). Jednym ze źródeł energii odnawialnej jest biomasa, pozyskiwana między innymi z tzw. roślin energetycznych jak np.: słonecznik bulwiasty, ślazowiec pensylwański, rdest sachaliński, mozga trzcinowa, miskant olbrzymi, wierzba krzewiasta i inne. Obecnie coraz większą popularnością wśród badaczy roślin energetycznych cieszy się słonecznik bulwiasty (Helianthus tuberosus L) zwany także topinamburem, pochodzący z Ameryki Północnej i należący do rodziny astrowatych [10]. Słonecznik bulwiasty ma wielostronne zastosowanie. Łodygi słonecznika bulwiastego o średnicy do 3 cm osiągają wysokość 2 4 m. Badana roślina wytwarza podziemne rozłogi, na końcach których tworzą się bulwy (jak u ziemniaków). Surowcem do celów energetycznych są zarówno bulwy, które można przeznaczyć do produkcji etanolu lub biogazu, jak też części nadziemne: świeże lub zakiszone do produkcji biogazu, suche do bezpośredniego spalania rozdrobnionej masy lub do produkcji brykietów opałowych i peletów [10, 15]. Topinambur jest rośliną o bardzo wysokim potencjale produkcyjnym. Wysokość plonów uwarunkowana jest przede wszystkim genotypem roślin, ale istotny wpływ ma również kultura i zasobność gleby. Podobnie jak rośliny okopowe topinambur najlepiej udaje się na glebach średnio zwięzłych, przewiewnych, zasobnych w składniki pokarmowe i dostatecznie wilgotnych. Może być także uprawiany na gorszych stanowiskach, mniej przydatnych do uprawy ziemniaków. Nie nadają się do jego uprawy gleby podmokle i kwaśne. W warunkach polskich średni plon topinamburu w przeliczeniu na suchą masę kształtuje się na poziomie 10-16 t s.m./ha [10, 15]. Wysoki potencjał plonowania, łatwość uprawy, niski koszt założenia plantacji oraz duże zdolności adaptacyjne do warunków glebowych, przemawiają za rozpowszechnieniem tego gatunku w Polsce [10]. Realna możliwość uzyskania wysokich plonów przy niskich kosztach jest obecnie powodem globalnego zainteresowania tym gatunkiem [4]. Badania roślin energetycznych mają na celu opracowanie takiego sposobu ich uprawy aby uzyskać maksymalny przyrost biomasy. Można tutaj wyróżnić dwa sposoby uprawy: tradycyjny, polegający na dostarczaniu azotu z konwencjonalnych źródeł takich jak nawozy mineralne czy osad ściekowy oraz ekologiczny, wykorzystujący
Wpływ preparatów EM na wybrane parametry biologii gleby 21 między innymi technologię Efektywnych Mikroorganizmów [6]. Technologię EM opracował w latach 80. japoński mikrobiolog Teruo Higa na potrzeby rolnictwa ekologicznego. Preparaty EM są również wykorzystywane do stymulacji procesów glebowych podczas uprawy klasycznej. Technologia EM wykorzystuje preparaty zawierające konsorcja drobnoustrojów autochtonicznych, wpływających pozytywnie na właściwości fizykochemiczne gleby, jej stan sanitarny, oraz plony roślin [6, 7]. Preparaty EM składają się z pożytecznych, wzajemnie kompatybilnych kultur bakterii, promieniowców i grzybów. Efektywne Mikroorganizmy stymulują między innymi: rozwój korzeni rośliny, zwiększają dostępność składników mineralnych, a w glebie intensyfikują przemiany materii organicznej w próchnicę glebową. W związku z tym Efektywne Mikroorganizmy poprawiają strukturę gleby i jej porowatość, stymulując w ten sposób wzrost i rozwój roślin [5]. Celem niniejszej pracy było zbadanie wpływu preparatu EM na wybrane parametry biologii gleby pod uprawą roślin energetycznych, na przykładzie słonecznika bulwiastego. 2. MATERIAŁ I METODY W 2007 r. w Instytucie Melioracji i Użytków Zielonych w Falentach k. Warszawy przeprowadzono dwuczynnikowe doświadczenie w trzech powtórzeniach w układzie losowym. W każdym powtórzeniu zastosowano dziewięć roślin. Stosowano następujące kombinacje nawozowe:,,o,,,em, osad ściekowy,,,osad ściekowy + EM. W kombinacjach z osadem ściekowym stosowano nawożenie osadem w ilości odpowiadającej 170 kg czystego azotu/ha. Osad ściekowy uzyskano z gminnej oczyszczalni ścieków w Falentach. Stosowana dawka azotu została ustalona zgodnie z dopuszczalnym maksimum wynikającym z Ustawy o nawozach i nawożeniu [17]. Preparat EM zastosowano zgodnie z instrukcją producenta: namaczanie siewek przed wysadzeniem, a następnie ich oprysk po ukorzenieniu się (inf. ustna). Próbki do analiz mikrobiologicznych pobrano trzykrotnie w ciągu sezonu wegetacyjnego. Badania mikrobiologiczne obejmowały następujące oznaczenia: - ogólnej liczebności drobnoustrojów, metodą płytkową na podłożu wg Bunta Roviry [1], - ogólnej liczebności grzybów, metodą płytkową na podłożu wg Martina [11], - NPL bakterii denitryfikacyjnych, metodą rozcieńczeń na pożywce wg Giltaya [13], - NPL bakterii nitryfikacyjnych, metodą rozcieńczeń na pożywce wg Winogradzkiego [13].
22 J. AUGUSTYNOWICZ i in. 3. WYNIKI I DYSKUSJA Ogólną liczbę bakterii w glebie pod uprawą słonecznika bulwiastego przedstawiono na rysunku 1. W całym okresie badań zauważono stymulujący wpływ osadu ściekowego oraz EM na liczbę bakterii. Najwyższą wartość badanego wskaźnika, w całym okresie wegetacji, stwierdzono w glebie kombinacji osad + EM, najniższą natomiast w glebie kombinacji zerowej. Rys. 1. Ogólna liczba bakterii w glebie pod uprawą słonecznika bulwiastego Ogólną liczbę grzybów w glebie pod uprawą słonecznika bulwiastego przedstawiono na rysunku 2. W całym okresie badań zauważono stymulujący wpływ osadu ściekowego oraz EM na liczbę grzybów. Najwyższą wartość badanego wskaźnika, w całym okresie wegetacji, stwierdzono w glebie kombinacji osad + EM, najniższą natomiast w glebie kombinacji zerowej. Rys. 2. Ogólna liczba grzybów w glebie pod uprawą słonecznika bulwiastego
Wpływ preparatów EM na wybrane parametry biologii gleby 23 NPL bakterii nitryfikacyjnych w glebie pod uprawą słonecznika bulwiastego przedstawiono na rysunku 3. W pierwszym (maj) i drugim (lipiec) terminie pomiarowym stwierdzono stymulujący wpływ osadu ściekowego i Efektywnych Mikroorganizmów na wielkości badanego wskaźnika. Pod koniec okresu wegetacji najwyższą liczbą bakterii nitryfikacyjnych charakteryzowała się gleba z kombinacji osad + EM, najniższą natomiast gleba z kombinacji osad. Rys. 3. NPL bakterii nitryfikacyjnych w glebie pod uprawą słonecznika bulwiastego NPL bakterii denitryfikacyjnych w glebie pod uprawą słonecznika bulwiastego przedstawiono na rysunku 4. W całym okresie wegetacji zauważono stymulujący wpływ osadu ściekowego oraz EM na liczbę bakterii. Najwyższą wartość badanego wskaźnika, w całym okresie badań, stwierdzono w glebie kombinacji osad + EM, najniższą natomiast w glebie kombinacji zerowej. Rys. 4. NPL bakterii denitryfikacyjnych w glebie pod uprawą słonecznika bulwiastego
24 J. AUGUSTYNOWICZ i in. Ogólna liczba bakterii i grzybów jest jednym ze wskaźników aktywności biologicznej gleby, przydatnym do oceny jej żyzności [12]. Liczebność poszczególnych grup fizjologicznych wykorzystywana jest jako parametr mikrobiologiczny, pozwalający ocenić skład ilościowy populacji mikroorganizmów glebowych uczestniczących w rozkładzie substancji organicznej [8]. Z tego też względu oznaczanie liczebności różnych grup drobnoustrojów często wykorzystywane jest do określania stanu biologicznego środowiska glebowego [9]. Przeprowadzone badania wykazały, że ogólna liczba bakterii i grzybów w badanych próbkach gleby była stymulowana zarówno przez osad ściekowy, jak i Efektywne Mikroorganizmy. Osady ściekowe zawierają znaczne ilości azotu [3], w związku z czym zastosowanie nawozowe osadów może wpłynąć na mikrobiologiczne przemiany azotu glebowego [16] oraz na liczebność bakterii nitryfikacyjnych i denitryfikacyjnych [14]. W przeprowadzonych badaniach stwierdzono stymulujący wpływ osadu ściekowego oraz EM na liczbę bakterii nitryfikacyjnych i denitryfikacyjnych w glebie. 4. WNIOSKI Osad ściekowy stymuluje aktywność biologiczną gleby określoną za pomocą ogólnej liczebności bakterii, ogólnej liczebności grzybów oraz liczby bakterii nitryfikacyjnych i denitryfikacyjnych. Efektywne Mikroorganizmy pozytywnie wpływają na aktywność biologiczną gleby. Zastosowanie w dawce nawozowej osadu ściekowego i Efektywnych Mikroorganizmów łącznie powoduje największe podwyższenie wartości badanych mikrobiologicznych parametrów glebowych. LITERATURA [1] BUNT J.S., ROVIRA A.D., Microbiological studies of some subantarctic soils, J. Soil Sci., 1955, Vol. 6, No. 1, 119 128. [2] Dyrektywa 2001/77/EC Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 27 września 2001 r. w sprawie promocji energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych na wewnętrznym rynku energii elektrycznej. [3] GAMBUŚ F., GORLACH E, Chemical composition of sludges from sewage treatment plants of the Cracow province as a criterion of their usage, Acta Agraria et Silv., Series Agraria, 1998, Vol. 36, 9 21. [4] GRADZIUK P., Biopaliwa, Akademia Rolnicza w Lublinie - Instytut Nauk Roln. w Zamościu, Wieś Jutra, Warszawa 2003. [5] HIGA T., An Earth Saving Revolution. A means to resolve our world¹s problems through effective Microorganisms, Sunmark Publishing Inc., Ryukus University, Tokyo 1994. [6] HIGA T., Eine Revolution zur Rettung der Erde. OVL (Organischer Landbau-Verlagsgesellschaft GmbH), 2000, Vol. 192, 44 46.
Wpływ preparatów EM na wybrane parametry biologii gleby 25 [7] HIGA T., Die wiedergewonnene Zukunft Effektive Mikroorganismen (EM) geben neue Hoffnung für unser Leben und unsere Welt, Xanten, 2002, 53 82. [8] KOBUS J., Biologiczne procesy a kształtowanie żyzności gleby, Zesz. Probl. Post. Nauk Roln., 1995, Vol. 421, 209-219. [9] KUCHARSKI J., NIKLEWSKA-LARSKA T., NIEWOLAK T., Wpływ substancji organicznej i niektórych grup drobnoustrojów na liczebność i aktywność mikroorganizmów glebowych. II. Liczebność grup fizjologicznych. Zesz. Nauk. Akad. Rol.-Tech. Olsztyn, Agricult., 1992, Vol. 54, 23-41. [10] MAJTKOWSKI W., Potencjał upraw energetycznych. [w:] Badania właściwości i standaryzacji biopaliw stałych. Mat. Seminar. Europ. Centrum Energii Odnawialnej. IBMER, 2003, 36 44. [11] MARTIN J. P., Use of acid rose bengale and streptomycin in the plate method for estimating soil fungi, Soil Sci., 1950, Vol. 6, 215 233. [12] MYŚKÓW W., Próby wykorzystania wskaźników aktywności mikrobiologicznej do oceny żyzności gleby, Post. Mikrob., 1981, Vol. 20, No. 3/4, 173-192. [13] PARKINSON D., GRAY T.R., WILLIAMS T.S., Methods for studying of soil microorganisms, IBP Handbook, No 19, Blackwel, Oxford 1971. [14] PIONTEK M., LOC N.T.B., The effect of sewage sludge composting on the quantitative state of some groups of bacteria and fungi, Acta Microb. Pol., 2000, Vol. 49, No. 1, 83 93. [15] STOLARSKI M. Produkcja oraz pozyskiwanie biomasy z wieloletnich upraw roślin energetycznych, Probl. Inż. Roln., 2004, Vol. 45, 47-56. [16] STRAUSS E.A., LAMBERTI G.A. Effect of dissolved organic carbon quality on microbial decomposition and nitrification rates in stream sediments, Freshwater Biology, 2002, Vol. 47, 65 74. [17] Ustawa z dnia 26 lipca 2000 r. o nawozach i nawożeniu, Dz. U. Nr 89, poz. 991. IMPACT OF EM PREPARATION ON CHOSEN BIOLOGICAL PARAMETERS OF SOIL UNDER HELIANTHUS TUBEROSUS L. CROPS. The effective microorganism technology was developed in 1980s by Japanese microbiologist Teruo Higa, who devised this method for the use in organic agriculture. This technology assumes using preparations of the EM which include autochthonous microbial. They have got positive impact on physicochemical properties and sanitary condition of soil as well as on crops. The purpose of following research was to check the EM preparation impact on selected parameters of the soil s biology in the energetic plant crops. Studies were conducted on experimental plots of Institute For Land Reclamation and Grassland Farming, Falenty. The experiment was performed in triplicate, and the plots were placed at random. There was one energy plant Jerusalem artichoke selected for the tests. Fertilizer was used in the following combinations: 0, EM, sewage sludge, sewage sludge + EM. Sewage sludge applied at a dose equivalent to 170 kg of pure nitrogen/ha according to the Act about fertilizers and fertilization. Analyses included the following parameters: total number of bacteria, total fungi, nitrifying bacteria NPL, NPL denitrifying bacteria. Studies have shown that preparation of EM had stimulated biological properties of soil in the topinambur crops, which was measured using selected microbiological rates.