NAWÓZ NATURALNY DLA OSADU POFLOTACYJNEGO RUD MIEDZI W ZBIORNIKU W IWINACH (DOLNY L SK)
Dorota Kasowska 1, Krzysztof Gediga 2, Zofia Spiak 2
1 Katedra Botaniki i Ekologii Ro lin, Uniwersytet Przyrodniczy, Wrocław
2 Katedra ywienia Ro lin, Uniwersytet Przyrodniczy, Wrocław
Wst p
Zbiornik osadu poflotacyjnego rud miedzi, znajduj cy si w Iwinach koło Bolesławca, mimo upływu ponad 20 lat od zako czenia jego eksploatacji, nadal pozostaje bez okrywy ro linnej i stwarza powa ne problemy dla rodowiska. Zarówno naturalne procesy kolonizacji jak i podejmowane próby jego rekultywacji dotychczas nie powiodły si ; osad w zbiorniku, z wyj tkiem pojedynczych i bardzo małych płatów, pozostaje niezasiedlony przez ro liny wy sze jak i prawdopodobnie mikroorganizmy glebowe, w tym przez grzyby arbuskularne (AMF).
Powszechne wyst powanie mikoryz arbuskularnych u ro lin l dowych oraz ich istotne znaczenie dla wzrostu i rozwoju wielu gatunków zostało ju wielokrotnie wykazane. Wiadomo te , i rola mikoryz zyskuje na znaczeniu w warunkach stresu rodowiskowego, jakim jest na przykład: niedostatek składników pokarmowych, słabe przewietrzanie gleby i jej niewła ciwa struktura, niekorzystne warto ci pH czy wysokie st enia metali ci kich [SMITH,READ 1997]. Mo na zatem przypuszcza , i w przypadku osadu składowanego w Iwinach, inokulum mikoryz arbuskularnych mo e spełnia rol nawozu naturalnego.
Celem bada , przeprowadzonych w warunkach wazonowych do wiadcze wegetacyjnych, było dokonanie oceny wpływu mikoryz arbuskularnych, zastosowanych w formie inokulum glebowo-korzeniowego, na plon suc hej masy i skład mineralny p dów nadziemnych Festuca ovina L. i Trifolium repens L., uprawianych na osadzie poflotacyjnym rud miedzi z dodatkiem fosfogipsu.
Materiał i metody
Przeznaczony do bada osad poflotacyjny rud miedzi pobrano ze zbiornika w Iwinach w 2007 r. Wła ciwo ci chemiczne osadu przedstawiono w pracy SPIAK i GEDIGI
[2009]. W do wiadczeniach wazonowych, przeprowadzonych w komorze fitotronowej w latach 2007/2008, z zastosowaniem trzech gatunków ro lin ywicielskich mikoryz, tj.:
owsa, grochu zwyczajnego i lucerny siewnej stwierdzono, i badany osad nie wykazuje adnych mo liwo ci infekcyjnych ze strony grzybów arbuskularnych.
Jako inokulum mikoryz arbuskularnych zastosowano gleb wraz z korzeniami
D. Kasowska, K. Gediga, Z. Spiak 172
ro lin, pobran z terenu zakładu do wiadczalnego Pawłowice we Wrocławiu.
Pozyskano j spod murawy poro ni tej głównie przez kostrzew owcz z gł boko ci odpowiadaj cej korzenieniu si ro lin. Gleb przesiano przez sito o rednicy oczek 1 mm i jednocze nie oddzielono korzenie. W wydzielonej próbie gleby stwierdzono obecno zarodników grzybów z grupy Glomeromycota a w korzeniach potwierdzono wyst powanie prawidłowo wykształconej mikoryzy arbuskularnej. Połow masy gleby i korzeni poddano trwaj cej 60 minut sterylizacji w autoklawie, w temperaturze 121 C.
Sterylizowan gleb i korzenie wykorzystano do uprawy ro lin po około dwóch tygodniach sezonowania.
Do wiadczenie wazonowe zało ono w trzech wariantach i czterech pow-tórzeniach, w wazonach typu Wagnera o pojemno ci 5 kg gleby, według schematu:
- wariant A: 5 kg osadu poflotacyjnego i 10 g fosfogipsu,
- wariant B: 4,5 kg osadu i 10 g fosfogipsu oraz 0,5 kg sterylizowanej gleby i 2,5 g sterylizowanych korzeni,
- wariant C: 4,5 kg osadu i 10 g fosfogipsu oraz jako dodatek, pełni cy rol no nika jednostek infekcyjnych mikoryz arbuskularnych, 0,5 kg gleby i 2,5 g korzeni.
W do wiadczeniu uprawiano kostrzew owcz i koniczyn biał , które zebrano po 6 tygodniach wegetacji. Plon suchej masy nadziemnych cz ci ro lin okre lono po ich wysuszeniu w temperaturze 105 C. Nast pnie, materiał ro linny zmielono i zmineralizowano „na sucho” w temperaturze 450 C. Uzyskany popiół roztworzono st onym kwasem solnym. Po rozpuszczeniu pozostało ci w roztworze 1 mol HCl dm-3 oznaczono zawarto fosforu metod kolorymetryczn . Koncentracje pierwiastków:
potasu, wapnia i sodu oznaczono technik płomieniowej spektrometrii emisyjnej, a w przypadku: magnezu, miedzi, manganu, elaza, i cynku zastosowano metod płomieniowej absorpcji atomowej, w obu technikach dokonano pomiarów na aparacie firmy Varian Spectra AA 220.
W celu oszacowania kolonizacji mikoryzowej, korzenie ro lin z ka dego wazonu opłukano wod i poddano trawieniu w 10% roztworze KOH a nast pnie barwieniu 0,1%
roztworem bł kitu trypanu, według zmodyfikowanej metody PHI LIP SA i HAYMANA [1970].
Oceny stopnia kolonizacji mikoryzowej dokonano metod MCGONIGLE i in. [1990], okre laj c procentowy udział długo ci korzeni skolonizowanych przez grzybni (HC), arbuskule (AC) i p cherzyki (VC).
Analizy statystyczne przeprowadzono z zastosowaniem pakietu Statistica wersja 8.0 [STATSOFT INC. 2008]. Zgodno z rozkładem normalnym zweryfikowano testem W Shapiro-Wilka. Dla porównania warto ci rednich zastosowano test t dla prób niezale nych oraz jednoczynnikow analiz wariancji z testowaniem post-hoc istotno ci ró nic testem RIR Tukeya na poziomie istotno ci p 0,05.
Wyniki i dyskusja
Obecno ci mikoryzy nie stwierdzono zarówno u ro lin uprawianych na osadzie poflotacyjnym z dodatkiem fosfogipsu jak i w wariancie ze sterylizowan gleb i korzeniami. Kostrzewa owcza i koniczyna biała utworzyły mikoryz arbuskularn po zastosowaniu inokulum glebowo-korzeniowego (tab. 1). Procentowy udział długo ci korzeni zaj tych przez arbuskule (AC) i p cherzyki (VC) znacz co ró nił si u obu gatunków, przy czym poziom kolonizacji arbuskularnej, który bywa wska nikiem prawidłowego funkcjonowania symbiozy, był wy szy u kostrzewy owczej.
Tabela 1; Table 1 Kolonizacja mikoryzowa (AM) kostrzewy owczej (Festuca ovina L. S.STR.)
i koniczyny białej (Trifolium repens L) uprawianych na osadzie ze zbiornika w Iwinach po inokulacji grzybami arbuskularnymi Arbuscular mycorrhizal (AM) colonization of Festuca ovina L. S.STR.
and Trifolium repens L. cultivated on sludge from a dump located in Iwiny (Lower Silesia) after the inoculation with arbuscular fungi
Gatunek ro liny; Plant species Kolonizacja mikoryzowa; Mycorrhizal colonization (%)
HC AC VC
Festuca ovina L. S.STR. 51,3 ± 8,1 a 18,1 ± 5,5 a 27,2 ± 3,8 a
Trifolium repens L. 64,3 ± 8,0 a 5,8 ± 3,3 b 43,5 ± 4,7 b
HC przez grzybni ; hyphal AC przez arbuskule; arbuscular
VC przez p cherzyki; vesicular ± odchylenie standardowe SD, n = 4
warto ci rednie oznaczone t sam liter nie ró ni si istotnie przy P < 0,05; mean values with the same letter are not significantly different at P < 0.05
Zarówno kostrzewa owcza jak i koniczyna biała zareagowały znacz cym wzrostem plonu w uprawie z dodatkiem inokulum mikoryz arbuskularnych (tab. 2).
Efekt wyra nej poprawy wzrostu gatunków traw i ro lin dwuli ciennych, uprawianych na glebach silnie zanieczyszczonych metalami ci kimi w obecno ci grzybów arbuskularnych uzyskano tak e w innych badaniach [HETRICK i in. 1994; KIEPAS-KOKOT, IWANIUK 2004].
Tabela 2; Table 2 rednie plony kostrzewy owczej (Festuca ovina) i koniczyny białej (Trifolium repens)
(g s.m. z wazonu ± odchylenie standardowe)
Mean yield of Festuca ovina and Trifolium repens (g DM from a pot ± SD, n=4)
Obiekty; Objects redni plon; Mean yield
Festuca ovina L. S.STR. Trifolium repens L.
A - osad post; flotation sediment 0,4 ± 0,2 a 0,3 ± 0,3 a
B - osad + gleba sterylizowana
post-flotation sediment + sterilized soil
1,9 ± 0,5 a 10,8 ± 2,8 b
C - osad + inokulm mikoryz (AM) post-flotation sediment + AM inoculum
6,0 ± 2,6 b 17,1 ± 1,6 c
warto ci rednie oznaczone t sam liter nie ró ni si istotnie przy P < 0,05; mean values with the same letter are not significantly different at P < 0.05
Zastosowanie inokulum mikoryz arbuskularnych zwi kszyło zawarto fosforu w cz ciach nadziemnych kostrzewy owczej, lecz nie miało wpływu na koncentracj tego pierwiastka w koniczynie białej, w której zawarto fosforu kształtowała si we wszystkich wariantach do wiadczenia na jednakowym poziomie (tab. 3). Rola mikoryz arbuskularnych, polegaj ca na polepszaniu zaopatrzenia ro lin w składniki pokarmowe, trudno przemieszczaj ce si w roztworze glebowym, zwłaszcza w fosfor, poprzez rozwój sieci strz pek zwi kszaj cych powierzchni chłonn , została ju dobrze poznana, jednak reakcje poszczególnych gatunków ro lin na inokulacj grzybami arbuskularnymi s cz sto zró nicowane i zale głównie od efektywno ci poszczególnych gatunków grzybów a nawet szczepów, co szczególnie mocno mo e si zaznacza w uprawie na specyficznych podło ach poprzemysłowych.
Tabela 3; Table 3 Zawarto makroskładników w cz ciach nadziemnych
kostrzewy owczej (Festuca ovina L. S.STR.) i koniczyny białej (Trifolium repens L.) Macronutrient content in the aboveground parts of Festuca ovina L. S.STR.
D. Kasowska, K. Gediga, Z. Spiak 174
and Trifolium repens L.
Obiekt y; Objects Zawarto ; Content
(g kg- 1 ± SD) letter are not significantly different at P < 0.05
Wprowadzenie inokulum mikoryz nie wpłyn ło na zawarto potasu, magnezu i wapnia w obu gatunkach, podczas gdy dodatek gleby w wariantach B i C do wiadczenia, spowodował znacz cy wzrost koncentracji potasu w p dach kostrzewy i koniczyny, co skutkowało jego antagonistycznym oddziaływaniem na zawarto dwuwarto ciowych pierwiastków - magnezu i wapnia (tab. 3).
Zarówno u kostrzewy owczej jak i koniczyny białej stwierdzono tendencj do obni ania si st enia elaza i manganu w kolejnych wariantach do wiadczenia a najni sz koncentracj tych pierwiastków odnotowano w wariancie C - z wprowadzon gleb i mikoryz (tab. 4). Podobny kierunek zmian stwierdzono tak e dla miedzi. W przypadku cynku, dodatek gleby spowodował wzrost zawarto ci tego pierwiastka u obu gatunków, przy czym w wariancie C - z gleb i mikoryz , wzrost ten był mniejszy, zwłaszcza u koniczyny białej. Wpływ grzybów arbuskularnych na pobieranie mikroelementów przez ro liny nie zawsze jest jednoznaczny. W przypadku wysokich st e metali, w wielu pracach notowano zarówno wy sze ich pobieranie przez ro liny mikoryzowe jak i w licznych publikacjach wykazywano zmniejszenie koncentracji metali w ro linach wywołane utworzeniem mikoryz [LEYVAL i in. 1997].
Tabela 4; Table 4 Zawarto mikroskładników w cz ciach nadziemnych
kostrzewy owczej (Festuca ovina L. S.STR.) i koniczyny białej (Trifolium repens L.) Micronutrient content in the aboveground parts of Festuca ovina L. S.STR.
and Trifolium repens L.
Obiekty; Objects Zawarto ; Content
(mg kg- 1 ± SD)
post-flotation sediment + AM inoculum letter are not significantly different at P < 0.05
Tabela 5; Table 5 Pobranie makroskładników przez nadziemne cz ci
kostrzewy owczej (Festuca ovina L. S.STR.) i koniczyny białej (Trifolium repens L.) Macronutrient uptake by the aboveground parts
of Festuca ovina L. S.STR.and Trifolium repens L.
Obiekty; Objects Pobranie; Uptake
(mg wazon-1; mg pot-1) letter are not significantly different at P < 0.05
Pobranie wszystkich oznaczonych pierwiastków przez oba gatunki ro lin znacz co rosło w miar poprawy warunków ich wzrostu, spowodowanej dodaniem gleby do osadu poflotacyjnego w wariantach B i C (tab. 5, 6). Najwi ksze i przewa nie istotnie wy sze pobranie składników dotyczyło ro lin uprawianych w wariancie C, w którym inokulowano mikoryz arbuskularn .
Tabela 6; Table 6 Pobranie mikroskładników przez nadziemne cz ci
kostrzewy owczej (Festuca ovina L. S.STR.) i koniczyny białej (Trifolium repens L.) Micronutrient uptake by the aboveground parts
of Festuca ovina L. S.STR. and Trifolium repens L.
Obiekty; Objects Pobranie; Uptake
(mg wazon-1; mg pot-1)
Fe Mn Zn Cu
Festuca ovina L. S.STR.
A - osad; post; flotation sediment 0,12 a 0,09 a 0,01 a 0,02 a
D. Kasowska, K. Gediga, Z. Spiak 176
B - osad + gleba sterylizowana
post-flotation sediment + sterilized soil
0,24 a 0,24 ab 0,16 b 0,06 a
C - osad + inokulm mikoryz (AM) post-flotation sediment + AM inoculum
0,65 b 0,38 b 0,41 c 0,16 b
Trifolium repens L.
A - osad; post-flotation sediment 0,06 a 0,04 a 0,01 a 0,01 a B - osad + gleba sterylizowana
post-flotation sediments + sterilized soil
1,61 b 0,79 b 0,48 b 0,16 b
C - osad + inokulm mikoryz (AM) post-flotation sediment + AM inoculum
1,36 b 0,52 b 0,63 b 0,29 c
warto ci rednie oznaczone t sam liter nie ró ni si istotnie przy P < 0,05; mean values with the same letter are not significantly different at P < 0.05
Wnioski
1. Zastosowanie inokulum glebowo-korzeniowego AM skutkowało utworzeniem mikoryzy u kostrzewy owczej i koniczyny białej.
2. Wprowadzenie mikoryz w istotny sposób zwi kszyło plonowanie obu gatunków ro lin co wiadczy o mutualistycznym charakterze utworzonej symbiozy.
3. Wytworzenie mikoryzy istotnie zwi kszyło koncentracj fosforu w p dach kostrzewy owczej lecz nie miało wpływu na zawarto tego pierwiastka w koniczynie białej.
4. Zastosowanie w uprawie kostrzewy owczej i koniczyny białej inokulum gle-bowo-korzeniowego AM spowodowało obni enie koncentracji miedzi, elaza i manganu w cz ciach nadziemnych badanych gatunków ro lin.
5. Przeprowadzone badania pozwalaj stwierdzi , i w przypadku osadu poflo-tacyjnego rud miedzi w zbiorniku w Iwinach, inokulum glebowo-korzeniowe AM mo e pełni rol nawozu naturalnego.
Literatura
HETRICK B.A.D.,WILSON G.W.T.,FIGGE D.A.H.1994. The influence of mycorrhizal sym-biosis and fertilizer amendments on establishment of vegetation in heavy metal mine spoil. Environ. Pollut. 86: 171-179.
KIEPAS-KOKOT A.,IWANIUK A.2004. Wpływ mikoryzy na popraw wzrostu ro lin w glebie silnie zanieczyszczonej metalami ci kimi. Arch. Ochr. rod. 30(2): 107-113.
LEYVAL C.,TURNAU K.,HASELWANDTER K.1997. Effect of heavy metal pollution on my-corrhizal colonization and function: physiological, ecological and applied aspects.
Mycorrhiza 7: 139-153.
MCGONIGLE T.P., MILLER M.H., EVANS D.G., FAIRCHILD G.L., SWAN J.A. 1990. A new method which gives an objective measure of colonization of roots by vesicular-arbu-scular mycorrhizal fungi. New Phyt. 115: 495-501.
PHILIPS J.M.,HAYMAN D.S.1970. Improved procedures for clearing roots and staining parasitic and vesicular-arbuscular mycorrhizal fungi for rapid assessment of infection.
Trans. Br. Mycol. Soc. 55: 158-161.
SMITH S.E.,READ D.J.1997. Mycorrhizal symbiosis. Academic Press, San Diego, London, New York: 605 ss.
SPIAK Z.,GEDIGA K.2009. Usefulness of selected mineral wastes for reclamation of cooper industry dumping site. Environ. Prot. Eng. 35(1): 79-88.
STATSOFT, INC. 2008. STATISTICA (data analysis software system), version 8.0.
www.statsoft.com.
Słowa kluczowe: poflotacyjne osady miedziowe, mikoryza arbuskularna, koniczyna biała, kostrzewa owcza, makroelementy, elazo, mangan, cynk, mied
Streszczenie
Badania wegetacyjne wazonowe prowadzono z dwoma gatunkami ro lin:
koniczyn biał i kostrzew owcz , które uprawiano na osadzie poflotacyjnym rud miedzi. W celu poprawy warunków wzrostu wykorzystano jako dodatki gleb sterylizowan oraz gleb zawieraj c jednostki infekcyjne mikoryz arbuskularnych, jako ródło fosforu wprowadzano do podło a fosfogips. W wyniku zastosowania dodatków stwierdzono istotn zwy k plonów oraz popraw składu chemicznego obu gatunków ro lin a tak e istotne obni enie zawarto ci miedzi w cz ciach nadziemnych uprawianych gatunków. Efekty te szczególnie silnie zaznaczyły si na obiekcie z wprowadzon mikoryz . W warunkach przeprowadzonych bada stwierdzono, i dla osadu poflotacyjnego rud miedzi, wzbogaconego w fosfogips, inokulum glebowo-korzeniowe mikoryz arbuskularnych mo e pełni rol nawozu naturalnego.
SOIL-ROOT INOCULUM OF ARBUSCULAR MYCORRHIZAE (AM) AS POTENTIAL NATURAL FERTILIZER FOR A COPPER POST-FLOTATION DUMP IN IWINY TANK (LOWER SILESIA)
Dorota Kasowska 1, Krzysztof Gediga 2, Zofia Spiak 2
1 Department of Botany and Plant Ecology, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław
2 Department of Plant Nutrition,
University of Environmental and Life Sciences, Wrocław
Key words: post-flotation sediment, arbuscular mycorrhiza, Festuca ovina L. S. STR.., Trifolium repens L., macronutrients, iron, manganese, zinc, copper
Summary
Pot vegetation investigations were carried out with two plant species: White clover and Sheep's Fescue which were cultivated on post-flotation sediment. For the improvement of growth conditions the addition of sterilized soil and soil with infection units of arbuscular mycorrhizae (AM) was applied and as a source of phosphorus the phosphogypsum was introduced into the substrate. A significant increase of yields and the improvement of chemical composition of the both plant species as well as the substantial decrease of copper concentration in aboveground parts of the cultivated plants as a result of the applied additions. Was observed these effects distinctly
D. Kasowska, K. Gediga, Z. Spiak 178
appeared in the case with the arbuscular mycorrhize introduced. Under the conditions of the research it was found that the soil-root inoculum of AM can function as the natural fertilizer for the copper post-flotation sediment enriched with the phosphogypsum.
Dr in . Dorota Kasowska
Katedra Botaniki i Ekologii Ro lin Uniwersytet Przyrodniczy ul. Grunwaldzka 53 50-357 WROCŁAW
e-mail: dorota.kasowska@up.wroc.pl