ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE TOM LIX NR 1/2 WARSZAWA 2008: 112-117
JAN KOPER, JOANNA LEMANOWICZ
ODDZIAŁYWANIE ZRÓŻNICOWANEGO NAWOŻENIA
OBORNIKIEM I AZOTEM MINERALNYM
N A KSZTAŁTOWANIE SIĘ ZAWARTOŚCI WĘGLA,
AZOTU I FOSFORU ORAZ AKTYWNOŚCI FOSFATAZY
KWAŚNEJ W POZIOMIE A GLEBY PŁOWEJ
THE IMPACT OF DIFFERENTIATED FERTILIZATION
WITH MANURE AND MINERAL NITROGEN ON CARBON,
NITROGEN AND PHOSPHORUS CONTENT AS WELL AS
АСЮ PHOSPHATASE ACITIVITY IN A HORIZON
OF LUVISOLS
Katedra Biochemii Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego w Bydgoszczy
A b s tr a c t: S o il s a m p le s w e re c o lle c te d from lo n g -te rm fie ld e x p e rim e n t c a rrie d o u t on a
L u v iso l c o m p o s e d o f stro n g lo am y sand. F o u r fa rm y a rd c a ttle m a n u re d o ses (0, 20, 40, 60 an d 80 t • ha~ ') w ere a p p lie d e v ery o th e r fo u r y ears u n d e r p o ta to e s, w h ile fo u r d o ses (0, 40, 80 an d 120 kg N- h a -1) o f am m o n iu m n itra te (m in e ra l n itro g e n ) w ere u sed yearly. C o n c e n tra tio n s o f n u trie n ts in soil w ere sig n ific a n tly a ffe c te d by fe rtiliz a tio n w ith o rg an ic and m in e ra l n itro g e n an d th e ir in teractio n .
Słow a k lu c z o w e : gleba, n aw ożenie, obornik, azot, w ęgiel, fosfor, fosfataza kw aśna. K ey w o rd s: soil, fertilizatio n , m anure, nitrogen, carbon, p h o sp h o ru s, acid ph o sp h atase.
WSTĘP
Przez systematyczne nawożenie organiczne oraz mineralne zapobiega się spadkowi produktywności gleby, a jednocześnie wpływa na jej właściwości fizyko-chemiczne. W ykorzystanie przez rośliny składników pokarm ow ych z obornika zależy przede wszystkim od terminu jego przyorania, rodzaju gleby, gatunku uprawianej rośliny oraz od ilości i przebiegu opadów atm osferycznych. N aw ożenie azotow e, stosow ane w optymalnych dawkach i proporcjach, oprócz wyraźnego wpływu na plon roślin decyduje w znacznym stopniu o składzie chemicznym pozyskiwanej biomasy.
W pływ zró żn ic o w a n e g o n a w o żen ia na w ybrane w ła śc iw o śc i g le b y p ło w e j 113
Celem podjętych badań było poszukiwanie zależności pomiędzy zawartością węgla, azotu i fosforu oraz aktywnością fosfatazy kwaśnej w poziomach próchnicznych gleby płowej w aspekcie wieloletniego i zróżnicowanego nawożenia obornikiem i azotem.
MATERIAŁ I METODY
Próbki glebowe pobrano z wieloletniego, statycznego doświadczenia polowego założonego w 1980 roku przez Instytut Uprawy N aw ożenia i G leboznaw stw a w Puławach na terenie Rolniczego Zakładu Doświadczalnego w Grabowie nad Wisłą. Gleby te według „Systematyki Gleb Polski” [1989] określono jako gleby płowe typowe o składzie granulometrycznym piasku gliniastego mocnego. Należą do klasy bonitacyjnej IVa i kompleksu przydatności rolniczej żytniego bardzo dobrego. W zmianowaniu zastosowano następujący dobór roślin - ziemniak, pszenica ozima, jęczmień jary i kukurydza na kiszonkę. Jest to doświadczenie dwuczynnikowe prowadzone w układzie losowanych podbloków (split-plot), w którym pierwszym czynnikiem było nawożenie obornikiem bydlęcym, zastosowanym jesienią 2000 roku pod ziemniaki w dawkach 0, 20, 40, 60, 80 t • ha-1. Czynnikiem drugim było nawożenie azotem mineralnym w postaci saletry amonowej w dawkach: N Q - 0, N - 40, N - 80, N - 120 kg N- ha-1. Nawożenie fosforowe i potasowe było jednakowe dla cafego doświadczenia i wynosiło: superfosfat potrójny 55 kg P • ha-1 i sól potasowa 120 kg К • ha-1. Zabiegi uprawowe przeprowadzono zgodnie z ogólnie przyjętymi zasadami prawidłowej agrotechniki dla pszenicy ozimej. Warunki panujące na terenie RZD podczas pobierania próbek glebowych: ilość opadów atmosferycznych - 84,9 mm, średnia temperatura powietrza 21°C. Próbki glebowe pobrano z poziomu próchnicznego w 22 roku trwania doświadczenia w miesiącu lipcu, spod uprawy pszenicy ozimej (odmiana Korweta). Po odpowiednim przygotowaniu stanowiły m ateriał w yjściow y do przeprow adzenia poszczególnych analiz laboratoryjnych, wykonywanych w czterech powtórzeniach (w tabelach zamieszczono średnie z tych powtórzeń). W materiale glebowym oznaczono: zawartość węgla związków organicznych (C ) metodą Tiurina oraz azotu ogółem (N ) metodą Kjeldahla [Lityński i in. 1976], zawartość fosforu związków organicznych (P ) wyliczono z różnicy pomiędzy ogólną zawartością fosforu, oznaczonego w próbkach zmineralizowanych a zawartością fosforu nieorganicznego oznaczonego w próbkach niezmineralizowanych metodą Mehta i in. [1954], aktywność fosfatazy kwaśnej (AcdP) metodą Tabatabai i Bremnera [1969], pH w H90 i
1 mol • dm-3 KCl oznaczono potencjometrycznie [Lityński i in. 1976].
Wyniki oznaczeń laboratoryjnych poddano analizie wariancji, a istotność różnic między średnimi określono przy użyciu testu Tukeya na poziomie istotności p = 0,05. Do obliczeń wykorzystano program FR-ANALWAR na bazie Microsoft Excel. Stopień zależności pomiędzy badanymi cechami gleby określano metodą analizy korelacji prostej (p<0,05). Analizę korelacji wykonano w programie „Statistica fo r Windows РГ\
WYNIKI I DYSKUSJA
Zastosow ane w dośw iadczeniu naw ożenie w stosunkow o niew ielkim stopniu różnicowało odczyn gleby (tab.l). Odczyn mierzony w H70 wahał się w granicach 5,8-6,2, natomiast w roztworze KC1 mieścił się w granicach 5,2-5,8. Na podstawie uzyskanych wartości pH badaną glebę można zakwalifikować do gleb kwaśnych i słabo kw aśnych. Spadek w artości pH w H^O i w KC1 zaobserw ow ano (w poziom ie próchnicznym gleby) po zastosowaniu azotu mineralnego w dawce N .
114 J. Koper, J. L em a n o w icz
Stwierdzono istotny wpływ zastosowanego nawożenia obornikiem i azotem mineral n y m , jak również ich wzajemne oddziaływanie na zmiany zawartości węgla związków
organicznych w badanym poziomie. Zawartość węgla związków organicznych w glebie płowej wynosiła średnio 7,96 g С • kg-1. We wcześniejszych badaniach Łabuda i in. [2003] stwierdzili, że w glebie nawożonej zróżnicowanymi dawkami obornika i azotu zaw artość С , w yniosła średnio 7,13 g С • kg-1. W glebie z dośw iadczenia w Grabowie najwyższą zawartość węgla związków organicznych (średnio 8,62 g С • kg“1) oznaczono w próbkach gleby naw ożonej daw ką obornika 80 t • ha“1. Zawartość ta była wyższa o 17% w porównaniu z zawartością tego biopierwiastka w glebie pobranej z poletek, na których nie zastosow ano naw ożenia obornikiem . Wykazano, że zawartość С > w badanym poziomie gleby płowej wzrastała w miarę zwiększania ilości substancji organicznej dostarczonej w postaci obornika.
Zawartość azotu ogółem była istotnie modyfikowana pod wpływem zastosowanych w doświadczeniu czynników, jak również ich interakcji. Zawartość N j kształtowała się na poziomie średnio 0,931 g N • kg“1. Najniższą zawartość Nqj (średnio 0,844 g N • kg“1) stwierdzono w glebie z obiektów, gdzie nie zastosowano obornika. Natomiast najwyższą zawartość (średnio 1,02 g N • kg“1) oznaczono w glebie przy zastosowaniu obornika w dawce 80 t • ha“1. Zarówno zwiększające się dawki obornika, jak też azotu mineralnego powodowały zwiększenie zawartości N т w badanym poziomie.
Ze względu na równoległość przemian węgla i azotu, uruchamianie azotu z połączeń organicznych zależy w dużej mierze od właściwego stosunku wartości С ^ N j w glebie, który najczęściej wynosi 10:1. W badaniach własnych wartości tego stosunku wahały się w zakresie od 6,70 do 10,0 (tab. 1). Różnice w wartościach stosunku С fj: N j świadczą o zróżnicowanym tempie mineralizacji organicznych związków węgla i azotu. We wcześniejszych badaniach Kondratowicz-Maciejewska i Gonet [2005] uzyskali wartości stosunku С : N ? w zakresie 10,5 do 11,1 zależnie od rodzaju zmianowania i nawożenia gleby.
Zawartość fosforu związków organicznych w badanej glebie wynosiła średnio 0,243 g P • kg-1. N ajm niejszą zawartość P (średnio 0,197 g P • kg“1) stwierdzono w glebie nienawożonej obornikiem (tab. 1). W badaniach własnych zaobserwowano wzrost zawartości fosforu związków organicznych w glebie z doświadczenia polowego w Grabowie pod wpływem wzrastających dawek zastosowanego nawozu organicznego. Największy istotny wzrost zawartości P (średnio 0,305 g P • kg“1) stwierdzono w próbkach glebowych pobranych z poletek nawożonych obornikiem w dawce 60 t-ha“1. Zastosowanie obornika w dawce 80 t-ha“1 spowodowało spadek zawartości P o 19% w porównaniu z zawartością badanej frakcji fosforu w glebie z obiektów nawożonych obornikiem w dawce 60 t • ha“1. Szara i in. [2005] stwierdzili, że ilość fosforu w połączeniach organicznych na obiektach naw ożonych obornikiem była wyższa w porównaniu z obiektami, na których nie zastosowano tego nawozu. Azot m ineralny w daw ce 120 kg • ha“1 pow odow ał istotny spadek zaw artości fosforu związków organicznych w badanej glebie. Prawdopodobnie może mieć to związek z zakwaszającym wpływem najwyższej dawki zastosowanego nawozu azotowego.
D ostępność dla roślin fosforu zw iązków organicznych zależy od tem pa ich m in e ra liz a c ji, a nie od je g o ogólnej za w arto ści w tych zw ią zk ac h . W artość stosunku С : P uw ażana je s t za dobry w skaźnik m ineralizacji fosforu zw iąz ków org an iczn y ch w glebie. W badaniach w łasnych w artości stosunku С : P kształtow ały się w granicach 2 2 ,8 -3 8 ,7 (tab. 1). U zyskane w artości świacfczą°o tym, że po w prow adzeniu do gleby obornika, fosfor ze zw iązków organicznych został uw olniony do roztw oru glebow ego i uległ szybkiej m ineralizacji.
W pływ zró żn ic o w a n e g o n a w o żen ia na w yb ra n e w ła śc iw o śc i g le b y p ło w e j 115
TA B ELA 1. Z a w a rto ść w ęgla, azotu ogółem , fosforu, ak ty w n o ść fosfatazy k w aśn ej - A cd P [m mol p N P • kg_1-h-1], w a rto śc i sto su n k ó w С t : N f i С : P f o ra z zmiany p H p o d
w pływ em z a sto so w an eg o naw ożenia obornikiem i azotem w poziom ie A gleby płow ej TA B L E 1. The co n te n t o f organie carb o n , to tal nitrogen, organic p h o sp h o ru s, activity acid p h o sp h a ta se - A cdP, values o f С : N and С : P ratios and changes o f p H in soil as d e p e n d e d on F Y M and nitrogen fertilization g g
D aw ka - D ose Сorg N
Og Porg A cdP С org : N og С org : Porg pH obornika o f F Y M azotu o f N [g • k g "1] h2o K C 1 0 N 0 6 , 4 3 0 , 8 2 6 0 , 1 6 7 0 , 9 8 4 7 , 7 8 3 8 , 5 6 , 2 5 , 8 N j 7 , 3 4 0 , 8 3 7 0 , 2 0 0 1 , 0 5 8 , 7 7 3 6 , 7 6 , 0 5 , 7 N 2 8 , 4 5 0 , 8 5 4 * 0 , 2 2 7 1 , 1 1 9 , 8 9 3 7 , 2 6 , 0 5 , 5
n;
6 , 4 3 0 , 8 6 1 0 , 1 9 4 1 , 2 4 7 , 4 7 3 3 , 1 5 , 9 5 , 3 2 0 N 0 7 , 2 1 0 , 8 6 1 0 , 1 8 7 1 , 0 4 8 , 7 6 3 8 , 6 6 , 0 5 , 3 n . 5 , 9 8 0 , 8 9 3 0 , 2 1 0 1 , 0 9 6 , 7 0 2 8 , 5 5 , 8 5 , 4 N 2 8 , 6 4 0 , 8 6 1 0 , 2 4 4 1 , 1 1 1 0 , 0 3 5 , 4 5 , 9 5 , 4 N 3 8 , 0 6 0 , 8 7 5 0 , 2 2 7 1 , 3 0 9 , 2 1 3 5 , 5 5 , 8 5 , 3 4 0 N o 7 , 3 4 0 , 8 9 6 0 , 2 2 4 1 , 1 0 8 , 1 9 3 2 , 8 5 , 9 5 , 4 N , 8 , 8 4 0 , 9 3 1 0 , 2 4 2 1 , 1 5 9 , 5 0 3 6 , 5 5 , 9 5 , 4 N 2 7 , 6 7 0 , 8 8 6 0 , 2 7 5 1 , 2 3 8 , 6 6 2 7 , 9 5 , 8 5 , 4 N 3 8 , 3 2 0 , 9 3 5 0 , 2 5 4 1 , 3 8 8 , 9 0 3 2 , 8 5 , 8 5 , 2 6 0 N o 8 , 1 9 0 , 9 5 2 0 , 2 6 6 1 , 2 1 8 , 6 0 3 0 , 8 5 , 9 5 , 4 N , 8 , 3 2 0 , 9 5 2 0 , 2 8 2 1 , 3 4 8 , 7 4 2 9 , 5 5 , 9 5 , 5 N 2 8 , 3 8 0 , 9 7 7 0 , 3 6 7 1 , 4 3 8 , 5 8 2 2 , 8 5 , 9 5 , 5 N 3 9 , 1 0 0 , 9 9 1 0 , 3 0 3 1 , 5 3 9 , 1 8 3 0 , 0 5 , 9 5 , 3 8 0 N „ 8 , 9 0 0 , 9 9 8 0 , 2 3 0 1 , 1 2 8 , 6 5 3 8 , 7 5 , 9 5 , 5 N , 8 , 7 1 1 , 0 3 0 , 2 4 7 1 , 1 7 8 , 7 3 3 5 , 3 5 , 9 5 , 5 N 2 7 , 8 0 1 , 0 2 0 , 2 6 1 1 , 2 7 8 , 6 8 2 9 , 9 5 , 8 5 , 5 N 3 9 , 1 0 1 , 0 4 0 , 2 5 2 1 , 3 3 8 , 8 4 3 6 , 1 5 , 8 5 , 4Średnio - M ean 7 , 9 6 0 , 9 3 1 0 , 2 4 3 1 , 2 1 n.i. - różnice nieistotne
n ç — n n t s ic m ifin p n t n i r 0 0 5 U,U3 l s dU.Uj I czynnik factor 0 , 2 8 0 , 0 0 9 0 , 0 0 7 0 , 0 8 9 II czynnik factor 0 , 0 6 0 , 0 0 2 0 , 0 0 5 0 , 0 3 6 Interaction I/II 0 , 0 3 1 0 , 0 1 0 0 , 0 1 2 n. i. И Л 0 , 0 1 4 0 , 0 0 4 0 , 0 1 1 n.i.
Aktywność fosfatazy kwaśnej w badanej glebie płowej kształtowała się w zakresie 0,984-1,56 mmol pNP • kg-1 • h_1 (tab. 1). Stwierdzono istotny wpływ nawożenia obornikiem i azotem mineralnym na aktywność kwaśnej fosfomonoesterazy glebowej. Istotnie najw yższą aktywność badanego enzymu (średnio 1,38 mmol pNP*kg_I-h_1) zaobserwowano w glebie z obiektów, na których zastosowano obornik w dawce 60 t • ha-1. Stwierdzono, że obornik w dawce 80 t • ha-1 powodował inhibicję aktywności AcdP w glebie, ponieważ nastąpił spadek jej aktywności o 12% w stosunku do aktywności kwaśnej fosfomonoesterazy oznaczonej w glebie z obiektów nawożo nych obornikiem w dawce 60 t ha'"1. Według Myśkowa i in. [1996] sysiematyczne stosowanie nawozów organicznych powoduje zwiększenie zawartości węi-la związków
1 1 6 J. Koper, J. L em a n o w icz
organicznych w glebie, a w następstwie tego wzmożenie ich aktywności biologicznej. Wzrastające dawki azotu mineralnego spowodowały wzrost aktywności fosfatazowej gleby. Istotnie najw yższą aktywność stwierdzono w glebie z obiektów, na których zastosowano dawkę azotu N3> Aktywujące działanie azotu w dawce N 3 w przypadku aktyw ności fosfatazy kwaśnej zw iązane było z zakw aszającym oddziaływ aniem wysokich dawek azotu mineralnego na środowisko glebowe.
Na podstawie analizy korelacji stwierdzono istotną zależność między zawartością węgla związków organicznych a zawartością
fosforu związków organicznych (f=0,63*) i aktywnością fosfatazy w glebie (f=0,50*) (tab. 2). Podobnie w ysoką (r=0,73*) korelację pomiędzy zawartością P f а С uzyskali Borie i Rubio [2003], co wskazuje na duże powinowactwo pom iędzy fosforem a próchnicą gleb. Wysoką wartość współczynnika (r = 0,79*) uzyskano pomiędzy zawartością azotu ogółem a aktywnością fosfatazy kwaśnej, jak również zawartością fosfom związków organicznych a aktywnością fosfatazy (f=0,58*) (tab. 2),
co sugeruje, że fosfatazy biorą istotny udział w regulacji gospodarki fosforanowej badanej gleby płowej.
WNIOSKI
1. Nawożenie obornikiem i azotem mineralnym w istotny sposób wpływało na zawar tość węgla związków organicznych, azotu ogółem i fosforu związków organicznych oraz aktywność fosfatazy kwaśnej w badanej glebie płowej.
2. Zwiększające się dawki obornika powodowały z reguły wzrost zawartości węgla związków organicznych i azotu ogółem. Stwierdzono natomiast spadek zawartości fosforu związków organicznych i aktywności fosfatazy kwaśnej w glebie po zasto sowaniu obornika w dawce 80 t • ha-1.
3. Azot m ineralny zastosowany w dawce N 3 (120 kg N • ha-1) powodował istotny spadek zawartości fosforu związków organicznych, z jednoczesnym wzrostem ak tywności badanej fosfomonoesterazy glebowej.
4. Uzyskane istotne współczynniki korelacji świadczą o ścisłej zależności pomiędzy zawarto ścią w glebie węgla związków organicznych a zawartością fosforu związków organicz nych i aktywnością fosfatazy kwaśnej, jak również pomiędzy zawartością azotu ogółem i fosforu związków organicznych a aktywnością kwaśnej fosfatazy glebowej.
5. Na podstawie uzyskanych wartości stosunku Corg: N og można stwierdzić, że w bada nej glebie panują warunki sprzyjające procesom mineralizacji organicznych związ ków węgla i azotu. Natomiast niskie wartości stosunku Cor : Porg świadczą o prze wadze uruchamianiu fosforu ze związków organicznych nad ich fmmobilizacją.
TABELA 2. Wartości współczynników korelacji między badanymi cechami gleby płowej TABLE 2. Correlation coefficients
between investigated param eters o f lessivé soil Wyszczególnienie
Specification
Сorg N Porg
Porg 0,63
W pływ zró żn ic o w a n e g o n a w o żen ia na w yb ra n e w ła śc iw o śc i g le b y p ło w e j 117
LITERATURA
B O R IE F., R U B IO R. 2003: Total and organic phosphorus in C hilean V olcanic soils. G ayana Bot. 60, 1 :6 9 -7 8 .
K O N D R A T O W IC Z -M A C 1E JE W SK A K , G O N E T S.S. 2005: Effect o f fertilization and crop rotation on hum us status in soil. H um ic Subst. Ecosyst. 6: 8 9 -9 3 .
L IT Y Ń SK I T., JU R K O W S K A H., G O R L A C H E. 1976: A naliza chem iczno-rolnicza. PW N , W ar szaw a: 149 ss.
Ł A B U D A ST.Z., M A Z U R K IE W IC Z I., M A Ć K O W IA K C. 2003: P ierw iastki zm iennow artościo- w e w g leb ie p o d w p ły w em n aw o żen ia su b sta n c ją o rg a n ic z n ą i azo tem w d o św iad czen iu polow ym . Zesz. P r o b l Post. N a u k Roln. 493: 4 0 9 ^ 2 0 .
M EH TA N .C ., LEG G J.O ., G O R IN G C. A ., B L A C K С .A. 1954: D eterm ination o f organie p h o s phorus in soils. S o il S ei Soc. Amer. Proc. 44: 4 4 3 -4 4 9 .
M Y Ś K Ó W W., S T A C H Y R A A ., Z IĘ B A S., M A S IA K D. 1996: A ktyw ność biologiczna gleby ja k o w skaźnik je j żyzności i urodzajności. Rocz. G lebozn. 47, 1/2: 8 9 -9 9 .
S Y STEM A TY K A G LE B PO LSK I. 1989. Rocz. G lebozn. 40, 3/4: 4 5 -8 5 .
SZ A R A E., M E R C IK S., SO SU L SK I T. 2005: Form y fosforu w dośw iadczeniach w ieloletnich.
Fragm . A gronom . 22, 1 (85): 2 9 8 -3 0 9 .
T A B A T A B A I M . A ., B R E M N E R J. M . 1969: U se o f p -n itro p h e n o l p h o s p h a te fo r a ssa y o f soil p h o sp h a ta s e activ ity . S o il B iol. B io ch . 1: 3 0 1 -3 0 7 .
P rof. d r hab. J a n K o p e r
K a te d r a B io c h e m ii, W yd zia ł R o ln iczy, U n iw e rsy te t T e c h n o lo g ic z n o -P r z y r o d n ic z y 8 5 -0 2 9 B y d g o szc z , ul. B e r n a r d y ń s k a 6 e-m a il: b io c h @ u tp .e d u .p l
