IN SOIL
1Katedra Nauk o Środowisku Glebowym, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
Department of Soil Environment Sciences, Agricultural and Biology Faculty, The Warsaw Agricultural University
2 Zakład Gleboznawstwa i Ochrony Gruntów, Politechnika Warszawska
Department of Soil Science and Land Preservation, Warsaw University of Technology
3 Zakład Sanitacji Wsi, Instytut Melioracji i Użytków Zielonych w Falentach Department of Rural Sanitization, Institute for Land Reclamation and Grassland Farming, Falenty
Celem pracy było wykazanie wpływu dodatku obornika, torfu, węgla brunatnego lub prepa-ratu Rekulter na dynamikę występowania promieniowców w glebie płowej z dodatkiem i bez dodatku metali ciężkich (Zn, Pb, Cd). Przeprowadzono również izolację szczepów promieniow-ców zdolnych do rozkładu skrobi i celulozy.
Doświadczenie założono w Skierniewicach w Zakładzie Doświadczalnym SGGW, w wazo-nach gruntowych. W ciągu okresu wegetacji od kwietnia do września 2004 r. w glebie określono ogólną liczbę promieniowców metodą płytkową na podłożu skrobiowym z dodatkiem actidionu. Następnie wyizolowano z gleby szczepy promieniowców, które poddano wstępnej identyfikacji. Identyfikację przeprowadzono określając morfologię oraz zdolność do asymilacji wybranych cukrów. Zbadano również zdolność wyizolowanych promieniowców do rozkładu celulozy w pożywce Dubois’a z paskami bibuły filtracyjnej.
Przeprowadzone badania mikrobiologiczne poparte analizami statystycznymi wykazały brak wpływu dodatku do gleby metali ciężkich na liczebność promieniowców w ciągu całego okresu wegetacji. Wykazano natomiast dodatni wpływ Rekultera na liczebność badanych mikroorgani-zmów w glebie, do której nie dodano metali ciężkich. Podobne wyniki uzyskano dla kombinacji z
Ewa B. Górska i wsp. 80
dodatkiem metali ciężkich oraz Rekulterem, torfem i obornikiem. Na liczebność promieniowców również wpływał termin.
Z gleby wyizolowano 16 szczepów promieniowców, które rozkładały bibułę filtracyjną. Na podstawie morfologii i wybranych cech biochemicznych i hodowlanych wyizolowane szczepy sklasyfikowano do rodzaju Streptomyces i Streptosporangium.
SŁOWA KLUCZOWE: promieniowce, nawozy organiczne, węgiel brunatny
WSTĘP
Promieniowce są mikroorganizmami, które licznie zasiedlają warstwę próchniczną gleby. Obecność ich w środowisku glebowym jest uzależniona m.in. od właściwości chemicznych, fizycznych i fizykochemicznych gleby. Promieniowce z racji swoich zdolności do rozkładu różnych związków chemicznych, w tym polisacharydów oraz związków aromatycznych, odgrywają doniosłą rolę w obiegu pierwiastków w przyro-dzie oraz w tworzeniu związków humusowych w glebie [Breza-Boruta, 2002; Emmer-ling i wsp., 2000; Johansson i wsp., 1999]. Wpływ promieniowców na aktywność bio-logiczną gleby jest spotęgowany ich właściwościami fitosanitarnymi, tzn. zdolnością do wytwarzania substancji antybiotycznych (bakterio- i grzybobójczych) [Broaudbent, 1971].
Celem pracy jest wykazanie wpływu dodatku obornika, torfu, węgla brunatnego oraz preparatu Rekulter na dynamikę występowania promieniowców w glebie płowej z dodatkiem i bez dodatku metali ciężkich. Przeprowadzono również izolację szczepów promieniowców zdolnych do rozkładu skrobi i celulozy.
MATERIAŁY I METODY
Doświadczenie założono w Skierniewicach na polu doświadczalnym SGGW, w wa-zonach gruntowych. Wazony napełniono glebą płową, właściwą wytworzoną z piasku gliniastego, lekkiego wytworzonego na glinie lekkiej. Do gleby dodano obornik (FYM), torf, węgiel brunatny, Rekulter (preparat z węgla brunatnego z dodatkiem torfu i po-piołu z węgla brunatnego) odpowiednio w dawkach 630, 390, 140 i 180 g na wazon, co odpowiada 5 t Corg·ha-1. Doświadczenie założono równocześnie w dwóch wariantach, tj. bez metali ciężkich i z metalami ciężkimi. Do gleby dodano roztwory następujących metali ciężkich: Zn (90 mg·kg-1) w formie ZnSO4x7H2O, Pb (60 mg·kg-1) w formie Pb(NO3)2 i Cd (0,8 mg·kg-1 ) w postaci Cd(NO3) x 4H2O. Kombinacje nawozowe do-świadczenia przedstawia tabela 1.
W ciągu okresu wegetacji od kwietnia do września 2004 roku w glebie określono w próbkach gleby ogólną liczbę promieniowców metodą płytkową na podłożu skrobio-wym z dodatkiem actidionu oraz izolowano szczepy promieniowców. Liczbę badanych mikroorganizmów wyrażano w jednostkach tworzących kolonie (jtk) w przeliczeniu na 1 gram suchej masy gleby. Wyniki analiz poddano analizie statystycznej przy zastoso-waniu testu t-Studenta (P=0,05).
Wpływ obornika, torfu, węgla brunatnego i preparatu Rekulter … 81 Tabela 1 Table 1 Dynamika liczebności promieniowców podczas sezonu wegetacyjnego w zależności
od kombinacji nawozowej
Dynamics of number of actinomycetes in vegetation season independent from treatments Średnia liczba promieniowców w 1 g suchej masy gleby (x104) Average number of Actinomyces in 1 g dry matter of soil (x104)
Miesiąc – Month Kombinacje nawozowe Treatments IV V VI VII VIII IX Kontrola Control 18,2 13,1 54,8 35,7 64,1 86,5 Rekulter Rekulter 11,2 26,1 116,5 81,8 105,5 107,8 Torf Peat 17,6 26,6 128,6 23,3 57,7 75,6 Obornik FYM 15,5 31,8 45,2 33,4 76,7 23,5 Węgiel brunatny Brown coal 16,3 18,0 38,6 42,3 32,2 32,9 Metale ciężkie Heavy metals 11,0 13,9 36,3 34,3 29,1 46,6
Metale ciężkie + Rekulter
Heavy metals + Rekulter 25,6 23,6 109,0 87,1 38,5 33,1 Metale ciężkie + Torf
Heavy metals + Peat 11,8 58,5 71,1 31,2 62,7 52,2
Metale ciężkie + Obornik
Heavy metals + FYM 29,7 34,9 92,2 118,1 63,6 104,7
Metale ciężkie + Węgiel brunatny
Heavy metals + Brown coal 33,3 23,7 27,4 24,1 9,1 54,6
Wyizolowane szczepy oczyszczano przez wielokrotne pasażowanie na podłożu skrobiowym, agarze odżywczym, podłożu Czapeka oraz w pożywce płynnej Dubois’a z paskami bibuły filtracyjnej. Wstępną identyfikację promieniowców przeprowadzono w oparciu o morfologię na podłożu skrobiowym po 30 dni inkubacji oraz wybrane cechy biochemiczne i hodowlane. Cechy biochemiczne promieniowców takie jak zdolność do asymilacji cukrów prostych i polisacharydów zbadano w pożywce płynnej Dubois’a, do której wprowadzono 1% odpowiedniego węglowodanu. Hodowle inkubowano w temp. 28˚C przez 1 lub 2 tygodnie.
WYNIKI I DYSKUSJA
Promieniowce z racji pełnionych funkcji są bardzo ważną z punktu ekologii grupą mikroorganizmów zasiedlającą wszystkie ekosystemy naturalne i sztuczne, w tym śro-dowisko glebowe. Rola ich jest związana z mineralizacją związków organicznych
pro-Ewa B. Górska i wsp. 82
stych i trudno ulegających rozkładowi, np. lignin. W wyniku wytwarzania metabolitów takich jak antybiotyki, barwniki, witaminy i inne promieniowce oddziaływają na towa-rzyszącą mikro- i mezofaunę glebową.
Przeprowadzone w niniejszej pracy badania mikrobiologiczne poparte analizami statystycznymi wykazały brak wpływu dodatku do gleby metali ciężkich na liczebność promieniowców w okresie wegetacji. Nie potwierdzają tego badania prowadzone przez Wyszkowskiego i Kucharskiego [2003]. Negatywny wpływ na rozwój tych mikroorga-nizmów wykazano w przypadku skażenia gleby miedzią i chromem (III). Podobnie działały cynk, nikiel, ołów. Jedynie kadm i rtęć stymulowały rozwój promieniowców. Dodanie do gleby substancji organicznej może neutralizować niekorzystne działanie metali ciężkich na mikroflorę gleby. Christensen i wsp., [1982] twierdzą, że działanie metali ciężkich w glebie jest uzależnione od obecności związków próchnicznych oraz od stężenia i rodzaju metalu ciężkiego. Badania w niniejszej pracy potwierdzają pozy-tywny wpływ dodatku do gleby substancji organicznej na rozwój promieniowców w glebie zanieczyszczonej metalami ciężkimi (wykres 2). Dahm i wsp. [1997] oraz Zwo-liński i wsp. [1987] zauważyli pozytywne oddziaływanie metali ciężkich na liczebność promieniowców.
Wykres 1 i 2 przedstawia wpływ dodatku do gleby różnych substancji organicznych na liczebność promieniowców. Rekulter dodatnio wpływał na liczebność badanych mikroorganizmów w kombinacjach nawozowych bez dodatku metali ciężkich. Podobne wyniki uzyskano dla kombinacji z dodatkiem metali ciężkich oraz Rekultera, torfu lub obornika. Pozytywny wpływ preparatu organiczno-mineralnego (Rekultera) na liczeb-ność badanej grupy mikroorganizmów glebowych jest związany z jego właściwościami. Wykazano, że Rekulter korzystnie oddziałuje na właściwości i skład chemiczny gleby, a przez to na jej właściwości biologiczne. Rekulter zwiększa zawartość C-organicznego oraz wzbogaca glebę w azot, fosfor, potas, magnez, wapń i mikroelementy, co wykazali w swoich pracach między innymi Gonet i wsp. [1998], Skłodowski i Maciejewska [1998].
Na liczebność promieniowców również wpływał termin, co związane jest z panują-cymi w danym miesiącu czynnikami abiotycznymi. Górska i wsp. [1999, 2000] Dąbek--Szreniawska i Wyczółkowski [2002], Wyczółkowski i DąbekDąbek--Szreniawska [2002] stwierdzili, że dodanie do gleby nawozów organicznych wpłynęło na zwiększenie ogól-nej liczby drobnoustrojów glebowych oraz na poprawę właściwości fizyko-chemicznych gleb, co potwierdzają badania prowadzone w niniejszej pracy.
Maciejewska i wsp. [2003] prowadzili badania nad wpływem dodatku torfu, węgla brunatnego i Rekultera do gleby płowej na ogólną liczebność bakterii i grzybów w cią-gu sezonu wegetacyjnego. Dodanie tych substancji do gleby wpłynęło na właściwości chemiczne gleby, to jest na wzrost zawartości azotu ogółem, na podwyższenie odczynu gleby oraz zwiększenie ogólnej liczebności mikroorganizmów. Zastosowane w niniej-szej pracy substancje organiczno-mineralne istotnie wpływały na zwiększenie liczebno-ści promieniowców zarówno w glebie naturalnej, jak i skażonej metalami ciężkimi (rys. 1, 2). Średnia liczba promieniowców była największa w czerwcu, znacząco niska w lipcu, sierpniu i we wrześniu, co związane jest z warunkami klimatycznymi. Rutkowski i wsp. [2000] badali występowanie promieniowców w glebie przy zróżnicowanym na-wożeniu gleby w sadzie. Również wykazali oni wpływ zastosowanego nawożenia na
Wpływ obornika, torfu, węgla brunatnego i preparatu Rekulter … 83
liczebność promieniowców. Podobne wyniki odnotowali Marska i wsp. [1999] badając wpływ dodatku biohumusu na rozwój mikroorganizmów w wierzchniej warstwie hałdy fosfogipsu powstałej w pobliżu Zakładów Chemicznych „Police”.
0 20 40 60 80
Rekulter Torf, Peat Obornik, FYM Węgiel brunatny, Brown coal Kontrola, Control liczba jtk x 10 4 num ber of cf u x 10 4 b a a a a
Rys. 1. Wpływ dodatku substancji organicznej na liczebność promieniowców w glebie w kombi-nacjach nawozowych nie skażonych metalami ciężkimi. Słupki oznaczone tymi samymi literami
nie różnią się istotnie (NIR 19,628)
Fig. 1. Effect of organic matter on the number of actinomycetes in soil treatments without heavy metals. Bars signed by the same letters are not significantly different (LSD 19,628)
0 20 40 60 80
Rekulter Torf, Peat Obornik, FYM Węgiel brunatny, Brown coal Kontrola, Control liczba jtk x 10 4 num ber of cf u x 10 4 b b c a a
Rys. 2. Wpływ dodatku substancji organicznej na liczebność promieniowców w glebie w kombi-nacjach nawozowych skażonych metalami Słupki oznaczone tymi samymi literami nie różnią się
istotnie (NIR 8,881)
Fig. 2. Effect of organic matter on the number of actinomycetes in soil treatments in with heavy metals. Bars signed by the same letters are not significantly different (LSD 8,881)
Ewa B. Górska i wsp. 84
Z gleby pochodzącej z wybranych kombinacji nawozowych wyizolowano 16 szcze-pów promieniowców aktywnych w mineralizacji bezazotowej substancji organicznej, w tym cukrów prostych i polisacharydów, takich jak skrobia i celuloza. Na podstawie morfologii (tab. 2, tab. 3) i wybranych cech biochemicznych i hodowlanych wyizolo-wane szczepy sklasyfikowano do rodzaju Streptomyces i Streptosporangium. W glebie przeważały szczepy promieniowców sklasyfikowane do rodzaju Streptomyces.
Tabela 2 Table 2 Morfologia kolonii wybranych szczepów promieniowców na podłożu skrobiowym po 30 dniach
inkubacji
Morphological of colony selected strains of actinomycetes on starch medium after 30 days of incubation
Numer szczepu promieniowca Number of strains of actinomycetes Characteristic, Characteristics 1 5 6 10 14 Grzybnia powietrzna Aerial mycellium + + + + + Średnica kolonii (mm) Colony diameter 1,5 0,5 0,4 1,5 1,4 Barwa
Colour NiebieskaBlue SzarozielonaGreen-grey RóżowaPink BiałoszaraLight grey SzaraGrey Barwa rewersu
Colour of reverse GranatowaNavy blue RóżowaPink PomarańczowaOrange YellowŻółta BrązowaBrown Kształt konidioforów Conidiophores shape Spiralny Spiral Spiralny Spiral Spiralny Spiral Spiralny Spiral Spiralny Spiral Zapach Smell + + + + + Tabela 3 Table 3 Asymilacja niektórych węglowodanów przez wybrane szczepy promieniowców
Assimilation of selected carbohydrates by some strains of actinomycetes Numer szczepu promieniowca Number of strains of actinomycetes Węglowodany Carbohydrates 1 5 6 10 14 Glukoza – Glucose + + + + + Galaktoza – Galactose + + + + +/– Rafinoza – Rafinose + + + +/– + Ksyloza – Xylose +/– + +/– +/– +/– Celobioza – Celobiose + + + + + Maltoza – Maltose + + + + + Mannoza – Mannose + + + + +/– Laktoza – Lactose + + + + +/– Sacharoza – Sucrose + + + + + Fruktoza – Fructose + + + + + Arabinoza – Arabinose + + + + + Skrobia – Starch + + + + + Celuloza – Cellulose + + + + +
Wpływ obornika, torfu, węgla brunatnego i preparatu Rekulter … 85
WNIOSKI
1. Nie wykazano istotnych różnic w liczebności promieniowców w glebie naturalnej z dodatkiem różnych substancji organicznych w stosunku do kombinacji nawozowych skażonych metalami ciężkimi.
2. Rekulter zwiększał liczebność promieniowców, w stosunku do gleby naturalnej z dodatkiem obornika, węgla brunatnego i torfu.
3. Dodatek metali ciężkich zwiększał liczebność promieniowców w glebie z Rekul-terem, torfem i obornikiem.
4. Wyizolowane z gleby promieniowce celulolityczne sklasyfikowano do Strepto-myces spp. i Streptosporangium spp.
PIŚMIENNICTWO
Breza-Boruta B.: 2002. Wybrane właściwości enzymatyczne promieniowców z rodzaju Strepto-myces wyizolowanych spod uprawy ziemniaka. Agricultura, nr 1, 27–36.
Broadbent P., Baker K. F., Waterworth I.: 1971 Bacteria and Actinomycetes to fungal root patho-gens in Australian soil. Aust. J. Biol. Sci., nr 24, 925–944.
Christensen G. M., Olson D., Riedel B.: 1982 Chemical effects on the activity of eight enzymes. A review and a disscusion revelant to environment monitoring. Environ. Res. nr 29, 247–255. Dąbek-Szreniawska M., Wyczółkowski A.I.: 2002.Wpływ niektórych odpadów organicznych na
liczebność i aktywność drobnoustrojów. Acta Agroph, nr 73, 103–110.
Dahm H., Januszek K.: 1997. Development of microorganisms and oxidation of some organic compounds in soil polluted with heavy metals. Pol. J. Soil Sci., nr 30, 55–63.
Emmerling C., Liebner C., Haubold-Rosar M., Katzur J., Schroder D.: 2000. Impact of aplication of organic west materials on microbial and enzyme activities of nine soil in the lusation coal mining region. Plant and Soil., nr 220, 129–138.
Gonet S.S., Dębska B., Maciejewska A.: 1998. Wpływ nawożenia węglem brunatnym na właści-wości materii organicznej gleb. Zesz. Prob. Post. Nauk Rol., nr 455, 85–98.
Górska E. B., Russel S., Łabętowicz J.: 1999. Wpływ wieloletniego nawożenia na występowanie tlenowych, mezofilnych, przetrwalnikujących bakterii celulolitycznych w glebie. Zesz. Prob. Post. Nauk Rol. , nr 465, 505–516.
Górska E. B., El-Haj K., Gozdowski D., Russel S.: 2003. Wpływ wieloletniego nawożenia na wystę-powanie bakterii celulolitycznych z rodzaju Clostridium w glebie. Rocz. Gleb., LIV, nr 2, 1–8. Johansson M., Steinberg B., Torstensson L.: 1999. Microbiological and chemical changes in two
arable soils after long-term sludge amendment. Biol. Fertil. Soils, nr 30, 160–167. Maciejewska A., Kwiatkowska J., Górska E. B., Russel S.: 2003. Wpływ różnych źródeł węgla na
mikroflorę glebową i właściwości fizykochemiczne gleby. Obieg Pierwiastków w Przyro-dzie-Monografia, tom II, Warszawa, 413–417.
Marska B., Gdula B., Malinowska K.: 1999. Wpływ biohumusu na mikroflorę wierzchniej war-stwy hałdy fosfogipsu. Fol. Univ. Agric. Stetin. 201 Agricultura nr 78, 161–166.
Skłodowski P., Maciejewska A.: 1998. Przemiany substancji organicznej w glebie po zastosowa-niu nawozów z wegla brunatnego. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. Nr 455, 23–31.
Wyszkowski J., Kucharski J.: 2003. Liczebność drobnoustrojów w glebie zanieczyszczonej me-talami ciężkimi. Zesz. Prob. Post. Nauk Rol. nr 492, 427–433.
Zwoliński J., Olszowska G., Zwolińska B.: 1987. Soil biological activity as an indicator pressure on the environment. Acta Agri. Silv.,Ser. Silv, nr 26, 25–44.
Ewa B. Górska i wsp. 86
EFFECT OF FARM-YARDMANURE, PEAT, BROWN COAL AND REKULTER ON OCCURRENCE OF ACTINOMYCETES IN SOIL
S u m m a r y
The aim of present paper was to show effect of farmyard-manure, peat, brown coal and Rekulter on occurrence of actinomycetes in soil with and without heavy metals (Zn, Cd, Pb). The isolation actinomyces strains able to transform starch and cellulose was also done. The experi-ment was situated in Agricultural Experiexperi-mental Station at Skierniewice in soil pots. Within April and September 2004 total number of actinomyces was investigated five times using plate method on starch medium amended with actidion. The isolated strains were identified on the base of morphology and ability for assimilation of selected sugars. The ability of isolated strains of acti-nomycetes for degradation of cellulose was also studied.
The results of experiment and statistical analysis don’t show any influence of heavy metals content on number of actinomycetes during whole experiment. The preparation of Rekulter caused increase of population in soil actinomycetes. The similar results were obtained in treat-ments: soil with heavy metals and Rekulter, peat and farm-yard manure. The sixteen cellulolytic actinomycetes were isolated from investigated soil which were classified as Streptomyces and Streptosporangium.
KEY WORDS: Actinomycetes, organic matter, peat, brown coal
Składam podziękowanie Pani Dr inż. J. Kwiatkowskiej z Zakładu Gleboznawstwa i Ochrony Gruntów, Wydział Geodezji i Kartografii, Politechnika Warszawska za do-starczenie próbek gleby do analiz mikrobiologicznych.