Zawartość organicznych związków węgla i fosforu oraz aktywność enzymatyczna ryzosfery kukurydzy

ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE TOM LX NR I WARSZAWA 2009: 55-59

JOANNA LEMANOWICZ, JAN KOPER

ZAWARTOŚĆ ORGANICZNYCH ZWIĄZKÓW WĘGLA

I FOSFORU ORAZ AKTYWNOŚĆ ENZYMATYCZNA

RYZOSFERY KUKURYDZY

CONCENTRATIONS OF ORGANIC COM POUNDS

OF CARBON A N D PHOSPHORUS A N D ENZYMATIC

ACTIVITY OF THE MAIZE RHIZOSPHERE

Katedra Biochemii, Wydział Rolniczy, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy

A b s t r a c t : A sig n ific a n t e ffe c t o f fe rtiliz a tio n w ith farmyard m anure and m ineral nitrogen on ch a n g es o f activ ities o f en zy m es as w ell as on the con ten t o f organic co m p o u n d s o f carbon and p h o sp h o ru s w a s stu d ied . T h e h ig h e st a ctiv ity o f the o x id o r e d u c tiv e and h y d ro ly tic e n z y m e s w a s foun d in the rhizosphere sam p les taken from the ob jects fertilized w ith the FYM d o se o f 4 0 t-ha_l. M ineral nitrogen used in the d o se 9 0 kg*ha_l caused a sig n ifica n tly increase o f both in v e stig a ted m a c ro e le m en ts.

S ło w a k lu c zo w e : w ę g iel, fosfor, katalaza, dehydrogenazy, fosfataza alkaliczna i kw aśna, ryzosfera. K ey words: carbon, phosphorus, catalase. dehvdrodenase, alkaline and acid phosphatase, rhizosphere.

WSTĘP

Aktywność enzymatyczna gleby uznawana jest za jeden z ważniejszych wskaźników aktywności biologicznej, któiy odzwierciedla jej żyzność, zasobność i urodzajność. Nawożenie gleby przyczynia się do wzrostu jej aktywności mikrobiologicznej oraz produktywności roślin, ale jednocześnie może obniżać poziom aktywności niektórych enzymów [Kieliszew'ska-Rokicka 2001]. Ryzosfera to gleba będąca pod bezpośrednim wpływem korzeni roślin. Tam właśnie następuje intensywne namnażanie mikroorganizmów będących jednym ze źródeł enzymów glebowych, głównie należących do klasy oksydoreduktaz i hydrolaz.

Celem przeprowadzonych badań było określenie wpływu nawożenia zróżnicowanymi daw kam i obornika i azotu m ineralnego na zaw artość w ęgla i fosforu zw iązków organicznych w glebie ryzosfery na tle aktywności wybranych enzymów.

MATERIAŁ I METODY

Próbki gleby z ryzosfery pobrano w 24 roku trwania wieloletniego, statycznego doś­ wiadczenia polowego, założonego na terenie Rolniczego Zakładu Doświadczalnego w Grabowie nad Wisłą, prowadzonego przez Zakład Żywienia Roślin i Nawożenia. Instytutu

56 J. Lemanoxvicz, J. Koper

Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa w' Puławach. Gleba charakteryzowała się odczynem kwaśnym i lekko kwaśnym. Kukuiydza (odmiana Nimba) uprawiana była w czteroletnim zmianowaniu: ziemniaki, pszenica ozima, jęczm ień jary i kukuiydza. W doświadczeniu zastosowano nawożenie obornikiem w dawkach: 0,20 i 40 t-ha ] oraz azotem mineralnym w postaci saletry amonowej w dawkach: N()- 0, 'N - 45, N - 90, N - 135 kg N-ha Wszystkie zabiegi uprawowe i pielęgnacyjne przeprowadzono zgodnie z ogólnie przyjętymi zasadami prawidłowej agrotechniki.

Wybrane losowo rośliny kukurydzy, będące w fazie widocznego wierzchołka wiechy (koniec lipca), wyciągnięto z wierzchniej warstwy gleby oraz odcięto krańcowe części korzeni wraz z przy legającą do nich w odległości mniejszej niż 4 mm glebą, którą pobrano poprzez otrząsanie. Tak pobraną glebę uważa się za glebę ryzosferową [Tarafdar, Jungk 1987]. W próbkach glebowych oznaczono: zawartość w'ęgla związków organicznych (CoiJ według Tiurina [Lityński i in. 1976], zaś zawartość fosforu związków organicznych (Por,D wyliczono jako różnicę ogólnej zawartości fosforu w próbkach zmineralizowanych i zawartości fosforu nieorganicznego w próbkach niemineralizowanych oznaczonych m etodą Mehta i in. [1954], następnie oznaczono: aktywność katalazy (Kat) m etodą Johnsona i Tempie [1964], aktywność dehydrogenaz (Deh) m etodą Thalmanna [1968], fosfatazę alkaliczną (A1P) i kwaśną (AcdP) metodą Tabatabai i Bremnera [1969].

W7 celu określenia stopnia zależności pomiędzy badanymi parametrami uzyskane wyniki poddano analizie wariancji, do której wykorzystano program FR-ANALWAR oparty na Microsoft Excel. Porównania grup średnich obiektowych dokonano wielokrotnym testem Tuckeya na poziomie istotności p<0.05.

WYNIKI I DYSKUSJA

N a podstaw ie przeprow adzonej analizy w ariancji stw ierdzono istotny wpływ zastosowanych w doświadczeniu czynników na kształtowanie się zawartości węgla i fosforu związków organicznych. N ajw iększą zawartość (10.20 g C-kg_1średnio dla dawek azotu) stwierdzono w ryzosferze kukurydzy pobranej z obiektów nawożonych obornikiem w dawce 40 t-ha-1 (tab. 1). W zrastające dawki obornika spowodowały zwiekszenie zawartości P _{*• QfU} w próbkach z rvzosferv kukurydzv._{1 . • - ^}

N ajniższą zawartość ((J,12 g P-kg średnio dla daw-ek azotu) fosforu związków' organicznych stw ierdzono w glebie ryzosfery pobranej z obiektów nienaw ożonych obornikiem. Natomiast po aplikacji obornika w dawce 40 t-ha-1 nastąpił wzrost zaw artości P w glebie o 28% (tab. 1). Zastosowanie najwyższej dawki azotu mineralnego (N.) w istotny sposób obniżyło zawartość organicznej frakcji fosforu w badanej glebie z ryzosfery kukurydzy (0.14 g-kg 1 średnio dla daw-ek obornika).

Aktywność badanych enzymów oksydoredukcyjnych i hydrolitycznych w istotny sposób zależała od nawożenia zróżnicowanymi dawkami obornika i azotu mineralnego. N ajw yższą aktywność badanych enzymów uzyskano w' próbkach gleby pobranych z obiektów nawożonych najw yższą daw ką obornika (40 t-ha"1) (tab. 2 i 3). Według M yśkowa i in. [1996] system atyczne stosow anie nawozów' organicznych powoduje zwiększenie zawartości węgla związków' organicznych w glebie, co stymuluje wzm ożoną aktywność biologiczną gleby.

Stwierdzono istotny wpływ nawożenia azotem mineralnym na zmiany aktywności badanych enzymów. Najwyższą aktywność katalazy (0,30 mg H^O^-g ]-h !), dehydrogenaz (0,06 mg TPF-g ]-h ]) (tab. 2) oraz fosfatazy' alkalicznej (0.76 mmol pNP-kg ]-h 1 średnio dla dawek obornika) (tab. 3) stwierdzono w glebie pobranej z obiektów nawożonych azotem mineralnym

Węgiel i fosfor organiczny oraz aktywność enzymatyczna w ryzosferze kukurydzy 57

TABELA 1. Zawartość węgla związków7 organicznych (C org) i fosforu zw iązk ów organicznych (P .) w ryzosferze kukurydzy

TABLE 1. The content o f organie carbon (C ) and organie phosphorus (P org) in maize rhizo sphere

D aw ka azotu II czynnik

N itrogen d o se II factor [kg N -ha l]

[g • k g 1] P OT£ LO[g• k g 1]

D aw ka obornika I czynnik - FYM d o se I factor [t*ha ']

0 20 40 M ean 0 20 4 0 M ean N 0 8.11 8 .1 2 9 .0 0 8.41 0 .0 9 0 ,1 3 0 .1 4 0 ,1 2 N . 8 .3 0 9 ,5 7 9.91 9 .2 6 0 .1 2 0 ,1 4 0 .1 6 0 ,1 4 N„ 8 .8 0 1 0.60 10 ,5 0 1 0 ,0 0 0.13 0 .1 7 0 ,1 9 0 ,1 6 N , 9 .4 4 11,30 11.40 1 0 ,7 0 0 .1 2 0.13 0 .1 6 0 ,1 4 Średnio - M ean 8 .6 6 9 .9 2 1 0 .2 0 9 .6 0 0 .1 2 0 .1 4 0 .1 6 0 .1 4 NIR„ os - LSD00. I 0 .34 0 ,0 2 II 0 .89 0.01

Interakcja I/II 0.52 n.i. - n.s.

Interactbn II/I 0.75 n.i. - n.s.

n.i. - różnice nieistotne. n.s. — not significant

w dawce N r Natomiast aktywność fosfataz}' kwaśnej była najwy ższa w glebie pobranej z obiektów nawożonych azotem mineralnym w dawce N v Nawozy fizjologicznie kwaśne, a do takich zaliczana jest saletra amonowa, poprzez obniżenie odczynu gleby decydują o rozwoju roślin, drobnoustrojów, jak i o nasileniu procesów biochemicznych [Kucharski 1997]. W przypadku fosfatazy kwaśnej maksymalna aktywność występuje przy' niskim pH gleby. Gostkowska i in. [1998] podają, że aktywność enzymatyczna jest czułym wskaźnikiem zarówno korzystnych, jak i niekorzystnych zmian zachodzących w glebie pod wpływam różnych czynników.

T A B E L A 2. A k ty w n o ść kata lazy i d ehyd rogenazy w ryzosferze kukurydzy' T A BLE 2. The activity o f catalase and d eh y d ro g en a se in m aize rhizo sphere D aw k a azotu II czynnik N itro g en d o s e II factor [k gN -h a '] K atalaza - C atalase [mg H:C V g '-h '] i D ehyd rogenaza [mg T P F-g '*h 1 i - D eh y d ro g en a se '1

D aw ka obornika I czynnik F Y M d o se I factor [t-ha ']

0 20 40 M ean

!o

II

58 J. Lenianowicz, J. Koper

T A B E L A 3. A k ty w n o ś ć fo sfa ta z y alkalicznej i k w aśn ej [m m ol p N P -k g '• h ’] w ry zo sferze kukurydzy

T A B L E 3. The activity o f alkaline and acid p h o sp h a ta se [m m ol p N P *k g 1 - h 1 ] in m aize rhizo sp h ere

D a w k a azotu II czynnik F o sfa ta za alkaliczna F osfa ta za k w aśn a N itro g en d o s e II factor A lkaline p h o sp h a ta se A cid p h o sp h a ta se [kg N*ha ]]

D aw k a obornik;a 1 czynnik - F Y M d o s e I factor [t ha ’]

0 2 0 4 0 M ea n 0 2 0 4 0 ! M ea n N o 0 .5 1 0 .6 1 0 .9 2 0 .6 0 1 .1 2 1 .1 4 1 .1 7 1 .1 4 N , 0 .6 2 0 .6 5 0.71 0 .6 6 1.15 1.15 1 .2 0 11.17 N , 0 .6 8 0 .7 5 0 .8 6 0 ,7 6 1 .1 7 1 ,1 8 1 .2 5 1 .2 0 K 0 ,5 8 0 .6 1 0 .7 5 0 .6 5 1 .1 8 1.21 1.3 5 1 .2 5 Ś redn io - M ea n 0 .6 0 0 .6 6 0 .7 5 0 .6 7 1 .1 5 1 ,1 7 1 .3 4 1 .2 2 N IR o„< I l s d(jI)5 II 0 .0 1 4 0 .0 0 8 0.03 0.01 Interakcja I/II Interaction II/I 0 .0 1 7 0 .0 1 5 0 .0 2 0.01

Wysokie wartości współczynników' korelacji (tab. 4) dowodzą, że występuje istotna zależność pomiędzy zaw artością w' glebie węgla i fosforu związków organicznych a aktywnością enzymatyczną badanej gleby płowej.

TABELA 4. Współczynniki korelacji między badanymi cechami gleby rvzostery kukurydz}' TABLE 4. Correlation coefficients between investigated parameters o f maize rhizo sphere soil P /C_{on: on:} P /Kat _orj; P /A1P IP /AcdP_{t»ru or<!} P /Deh _or»; C /AcdP _;>r|; |C /Kat_{uru i ori1}C /Deh_.

0.6 9 0 .9 7 0 .7 9 0 .6 7 0 .8 8 0.81 0.63 0 .6 0

P ri - fosfor związków organicznych. Deh - dehydrogenaz), dehydrogenase:

organie phosphorus: A1P- fosfataza alkaliczna, alkaline phosphatase: C - węgiel związków organicznych, AcdP - kwaśna fosfataza, acid phosphatase organie carbon; Kat - katalaza. catalase

WNIOSKI

1. Aktywność badanych enzymów glebowych wzrastała w'raz ze zwiększeniem dawki obornika zastosowanego w doświadczeniu, jednocześnie obserwowanej stymulacji enzymatycznej towarzyszyły pożądane zmiany zawartości C0P, i Por„ w ryzosferze kukurydzy.

2. Uzyskane wyniki badań ukazują negatywny wpływ stosowania wysokich dawek azotu mineralnego (N. - 135 kg N-ha-1) na aktywność badanych enzymów w ryzosferze. 3. Stwierdzono, że aktywność fosfatazy kwaśnej wzrosła wraz ze zwiększaniem się dawki

azotu mineralnego, co wskazuje, że wy sokie dawki tego nawozy stym ulują aktywność kwaśnej fosfomonoesterazy.

Węgiel i fosfor organiczny oraz aktywność enzymatyczna w ryzosferze kukurydzy' 59

LITERATURA

G O STKO W SKA K., FURCZAK J., DO M ŻAŁ II.. BIELIŃSKA J. 1998: Suitability o f som e biochem i­ cal and m icrobiological tests for the degradation degree o f pod zolic soil on the background o f its differentiated usage. P o l J. S oil Sci. M : 6 9 -7 8 .

JOHNSON J.I.. TEMPLE K.L. 1964: Som e variables affecting the m easurements o f catalase activity in soil. S oil Sci. Soc. Amer. Proc. 28: 2 0 7 -2 1 6 .

KIEL1SZEW SKA-ROKICKA B. 2001: Enzymy gleb ow e i ich znaczenie w badaniach aktywności mikro­ biologicznej gleby. W: I I. Dahm. A. Pokojska-Burdziej (red.) Drobnoustroje środow iska gleb ow ego. Toruń: 3 7 -4 7 .

KUCHARSKI J. 1997: Relacje m iedzy aktyw nością enzym ów a ży zn o ścią gleby. W: Drobnoustroje w środowisku, w ystępow anie aktyw ność i znaczenie. AR Kraków: 3 2 7 -3 4 7 .

LITYŃSKI T., JURKOWSKA. H., GORLACFI E. 1976: Analiza chem iczno-rolnicza. PWTs1, Warszawa: 149 ss.

M E H T A N .C ., LEGG J.O.. GORING C.A., BLACK C.A. 1954: D etenu i nation o f organie phosphorus in soils. S oil Sci. Soc. Amer. Proc. 44: 4 4 3 -4 4 9 .

M Y ŚK Ó W W.. STA C H Y R A A.. ZIĘBA S.. M A SIA K D. 1996: A ktyw ność b iologiczn a gleby jako w skaźnik jej żyzn ości i urodzajności. Rocz. G lebozn. 47. 1/2: 8 9 -9 9 .

TABATABAI M .A .. BREM NER J.M. 1969: U se o f p-nitrophenol phosphate for assay o f soil phospha­ tase activity. S o il Biol. Bioch. 1: 3 0 1 -3 0 7 .

TAR A FD A R J.C.. JUNGK A. 1987: Phosphatase activity in the rhizosphere and its relation to the depletion o f soil organic phosphorus. Biol. Fertil. So//.? 3 :1 9 9 -2 0 4 .

T H A L M A N N A. 1968: Zur M ethodic der Estim ung der Dehydrogenaseaktivitat in Boden m ittels Tri- phenyltetrazolium chlorid (TTC). L andw irdsch ąftliche Forsclning 21: 2 4 9 -2 5 8 .

P r o f dr hab. Jan Koper

Katedra Biochemii. Wydział Rolniczy; Uniwersytet Technol ogiczno- Przy rodn i czy 85-029 Bydgoszcz, ul. Bernardyńska 6 e-mail: biocWdutp. echi.pl