JAN GLIŃSKI, WITOLD STĘPNIEWSKI, STANISŁAW ŁABUDA, GRAŻYNA PRZYWARA
GRANICZNE WARTOŚCI ODR I Eh W GLEBIE DLA WSCHODÓW WYBRANYCH ROŚLIN UPRAWNYCH
Zakład Agrofizyki PAN w Lublinie
Poznanie wpływu natlenienia gleby na wschody roślin uprawnych wiąże się z wyborem odpowiedniego wskaźnika natlenienia gleby. Najczęściej stosowanymi wskaźnikami są: stężenie tlenu w powietrzu glebowym, natężenie dyfuzji tlenu (ODR) i potencjał oksydoredukcyjny (Eh) gleby.
Jednak ocena tych wskaźników przez różnych autorów nie jest jednoznaczna [1, 9,10, 11, 14]. Stąd też podjęto w Zakładzie Agrofizyki PAN w Lublinie badania w celu określenia w warunkach ściśle kontrolowanych przydatności stężenia tlenu, ODR i Eh jako wskaźników natlenienia gleby oraz wyznaczenie ich granicznych wartości dla wschodów kilku roślin uprawnych.
Niniejsza praca stanowi podsumowanie wyników kilkuletnich badań, z których część opublikowano wcześniej [3-8].
METODYKA B A D A Ń
Materiał glebowy stanowiły próbki z warstwy ornej trzech gleb: brunatnej o składzie mechanicznym gliny lekkiej, brunatnej lessowej oraz płowej o składzie granulometrycznym piasku gliniastego. W dalszym ciągu gleby te będą skrótowo określane jako: piaszczysta, lessowa i gliniasta. Charakterystykę badanych gleb podano w tab. 1 i 2.
Badania prowadzono na 9 gatunkach roślin: żyto ozime (Secale cereale ssp.
Cereale), odmiana Pancerne, pszenica ozima (Triticum aestivum ssp. vulgare), od
miana Dańkowska Biała, jęczmień jary (Hordeum sativum ssp. polistichoń), odmiana Aramir, owies (Avena sativa L.), odmiana Diadem, kukurydza (Zea mays L. sp.
saccharata Kom) odmiana Złota Karłowa, burak cukrowy (Beta vulgaris sp. escu lent a Salish. var. saccharifera), odmiany genetyczne jednonasienne PN Mono 1,
len (Linum indehiscens Vav. et Eli.), odmiana Reina, fasola zwykła (Phaseolus vul
garis L. var. vulgaris), odmiana Szubińska i pomidor (Lycopersicon esculentum Mill.),
T a b e l a 1 P odstaw ow a c h a r a k t e r y s t y k a g lo b B a s ic s o i l c h a r a c t e r i s t i c s P r o c e n t f r a k c j i P e r c e n ta g e o f f r a c t i o n P o w ie r z c h n iaw ła ś c iw a P ró c h n ic a Formy p r z y s w a ja ln e . mg/100 g g le b y G le b a S o i l 1- 0,1 0, 1-0,02 0,0020, 02- < 0,002 S p e c i f i c c u r f a c e a r e a Hur.us c o n t e n t pH н2о A v a il a b le mg/ 100 g fo rm s o f s o i l mm a 2/ g % P2°5 к2о P i a s z c z y s t a Sandy 67 20 9 4 3 , 3 0 ,9 6 7 ,2 5 ,0 6,0 Lessow a L o e ss 7 57 27 9 2 4 ,0 1 ,7 6 7 , 3 1 4 ,0 7 ,0 G l i n i a s t a Loamy 46 23 13 13 4 6 ,5 1 ,7 4 7 ,8 1 4 ,6 1 6 ,7 Ta b e l a 2 !',ybr:-ne w ła ś c iw o ś c i f iz y c z n e g le b w w arunkach d o ś w ia d c z e n ia
S o l'-'c to d p h y s i c a l p r o p e r t i e s o f th e s o i l s u n d e r e x p e r im e n ta l c o n d i tio n s -C-leba S o i l Gvyt oś.; r l 2 by i ' e i l bul:-: ;.g ш" 2 “’о ч - 3 n r т Eg m V 3 D /c m 2s ” .V
10 h?M 50 hi’a 100 hPa 10 hPa 50 hP a 100 hPa
у I о:.:.-у 1,3 5 . 1 ,1 5 1 ,3 0 0 ,4 9 0 ,5 6 0 ,5 0 0,21 0 ,2 5 0,18 0 ,2 4 0 ,2 7 0,21 0 ,3 0 0 ,3 0 0 ,2 4 0 .0 0 3 J 0 ,0 0 4 1 0,0052 0 ,0 0 4 6 0,0058 0,0061 0 ,0 0 8 5 0 ,0 0 8 0 0,0078 1' - 2'orov;:it<dśś c a łk c .v it.а ^ - t o t a l p o r o s i t y - z a w arto : ";ć p o w ie trz a I-' - a i r c o n te n t С J — w sp u łcz;yr.nik d y f u z j i tl e r .u - Г) - oxygen d i f f u s i o n c o e f f i c i e n t
Zdolność kiełkowania kukurydzy wynosiła 75 %, a pozostałych badanych roślin wahała się w granicach 94-98%. Do siewu wybierano nasiona dorodne i nieuszko dzone.
Układ doświadczenia obejmował 5 poziomów stężeń tlenu (od 0,5 do 21 %) i 3 poziomy ciśnienia ssącego (10, 50 i 100 hPa) jako czynników różnicujących dostępność tlenu glebowego dla roślin.
Doświadczenie prowadzono w termostatowanym pomieszczeniu o temperaturze 22±2°C. Tak dobrana temperatura umożliwiła wyznaczenie maksymalnych gra nicznych wartości wskaźników natlenienia.
Podczas przebiegu doświadczenia mierzono codziennie Eh i ODR oraz określano liczbę wschodzących nasion. Za moment wzejścia przyjęto pojawienie się roślin na powierzchni gleby. Czas przebiegu jednego doświadczenia dla 8 gatunków roślin wynosił 8 dni, a w przypadku kukurydzy— 11 dni.
Natężenie dyfuzji tlenu mierzono metodą Lemona i Ericksona [12], zmodyfiko waną przez Gawlika i współautorów [2], stosując aparat z automatyczną kontrolą potencjału katody [13].
Potencjał redoks mierzono za pomocą analizatora jonowego firmy Orion model 404 o oporze wejścia 1013 omów, przy użyciu czterech elektrod platynowych iden tycznych ale nie tych samych co przy pomiarze ODR.
Szczegóły dotyczące zestawu pomiarowego, przebiegu doświadczenia i meto dyki pomiarów zostały podane w pracach wcześniej publikowanych [5, 7].
Do interpretacji brano średnie z 32 powtórzeń pomiaru ODR i Eh (8 pomiarów x 4 wazony w każdej kombinacji).
OMÓWIENIE WYNIKÓW
W wyniku badań wyznaczono tzw. wschody końcowe roślin tj. ilość wzeszłych roślin w ostatnim dniu doświadczenia. Dla porównania przydatności trzech wskaź ników natlenienia gleb (stężenia tlenu, ODR i Eh) wykonano wykresy zależności wschodów końcowych od wartości tych wskaźników. Przykłady takich wykresów
dla owsa przedstawiają rys. 1-3.
Rys. 1. Zależność wschodów końcowych owsa od stężenia tlenu. L0,o5=16% Dependence of final emergence of oats on oxygen concentration in soil air. L0.05= 16%
Wyniki opracowano oddzielnie dla każdej rośliny metodą analizy wariancji dla klasyfikacji potrójnej krzyżowej. Analiza ta wykazała dla wszystkich roślin istotność efektów głównych nie tylko tlenu ale także wilgotności i rodzaju gleby oraz ich interakcji potrójnych a także większości interakcji podwójnych.
W celu porównania wschodów końcowych i stwierdzenia istotności ich zróżni cowania w odniesieniu do stężenia tlenu ODR i Eh wykorzystano w niniejszej
Rys. 2. Zależność wschodów końcowych owsa od ODR.
oznaczenia jak na rys. 1
Final emergence of oats versus ODR
explanations as in Fig. 1
Rys. 3. Zależność wschodów końcowych owsa od Eh
oznaczenia jak na rys. 1
Relationship between final emergence of oats and Eh
pracy jedynie półprzedziały ufności Tukeya dla interakcji potrójnej. Oczywiście fakt istotnego udziału wilgotności i rodzaju gleby przekreśla użyteczność stężenia tlenu jako wskaźnika natlenienia gleby. Widać to wyraźnie na rys. 1 gdzie wschody końcowe owsa wykazujące wprawdzie tendencję wzrostową ze wzrostem stężenia tlenu odznaczają się równocześnie znacznym rozrzutem wartości przy danym stęże niu tlenu. Rozrzut ten przekracza wyraźnie wartości półprzedziału ufności wynoszą cego u owsa 16% przy P 0,05 (dla interakcji potrójnej: stężenie tlenu x gleba x
X ciśnienie ssące).
Podobny charakter mają zależności u pozostałych roślin a rozrzut we wszystkich przypadkach przekracza odpowiednie dla nich wartości półprzedziałów ufności.
Zależność wschodów końcowych owsa od ODR (rys. 2) i Eh (rys. 3) ma charak ter typowy dla wszystkich badanych roślin.
Idąc od najwyższych wartości ODR i Eh obserwuje się początkowo odcinek płaski gdzie zróżnicowanie wschodów jest nieistotne (nie przekracza półprzedziału ufności dla interakcji potrójnej równego 16%). Następnie po przekroczeniu tzw. wartości limitującej / powodującej istotne obniżenie wschodów końcowych w sto sunku do zdolności kiełkowania następuje gwałtowny liniowy spadek liczby wscho dów w miarę obniżania się ODR i Eh który dochodzi do zupełnego zaniku wscho dów przy tzw. wartości krytycznej kr, uniemożliwiającej wschody.
Pomiędzy wartością krytyczną a limitującą znajduje się tzw. wartość połowy wschodów (0,5), tj. wartość przy której wschody osiągają połowę zdolności kiełko wania. Dla owsa wartości te wynoszą: ODRi—30, ODR0,5—20, ODR*r—12 jag m “2s -1 , Eh!—520, Eh0,5—480 i Ehfcr—440 mV.
Omówione wartości wskaźników dla pozostałych badanych roślin zamieszczono w tab. 3.
T a b e l a 3 Wyznaczone g ra n ic zn e w a r t o ś c i ODR i Eh d la wschodów badanych r o ś l i n
T h resh o ld ODR and Eh v a lu e s f o r th e p la n t s s t u d ie d
B o i l i n a - P la n t ODRjl 0Ш 0 , 5 0DRkr Ehx * 4 5 E h ^ Jęczm ień - B a r le y *25 17 8 400 380 3 7 0 . Owies - O ats 30 20 12 520 480 440 F a s o la - Bean 33 25 12 510 ô k .- c a 450 360 P s z e n ic a - Wheat 40 - 8 460 .. .. 390 370 Len - P la x 40 25 13 - - 430 Kukurydza - Maize 40 27 16 400 o k . - ca 370 340 Pomidor - Tomato.. 40 30 25 520 470 450
Burak cukrowy * Sugar b e e t 50x 30* 13 - - 400
Żyto - Rye 50 33 12 540 480 430
ODR^ - li m it u j ą c a w a rto ść ODE, ODRQ ^ - ODR od pow iadające p o ło w ie -«schodów na ODR. A n a lo g ic z n ie są ozn aczone g r a n ic z n e w a r t o ś c i Eh
I n d i c é e : 1 , 0 ,5 and kr d en o te l i m i t i n g , h a l f em ergen ce, ar.d c r i t i c a l v n lu o3, r e3p e c t i v a l j x Y /a rto ści w y sta r c z a ją c e do wschodów, a le n ie g w aran tujące d a ls z e g o p r z e ż y c ia r o ś li n x V a lu es s u f f i c i e n t f o r em erg en ce, but n ot fo r fu r th e r s u r v iv a l o f the p la n t s
-PODSUMOWANIE
Przeprowadzone badania wpływu natlenienia gleby na wschody badanych roślin wykazały małą przydatność stężenia tlenu jako wskaźnika jego dostępności dla korzeni tych roślin w okresie wschodów. Potwierdziły one natomiast przydatność ODR i Eh, przy czym lepszym i bardziej precyzyjnym wskaźnikiem jest ODR, gdyż w większości przypadków zależność wschodów końcowych od ODR wykazywała mniejszy rozrzut niż zależność od Eh.
Wyznaczone graniczne wartości ODR i Eh dla wschodów roślin wykazują znacz ne zróżnicowanie wymagań roślin w stosunku do tlenu i tak: krytyczne wartości ODR zmieniały się w granicach od 8 do 25 \xg m"2s“ 1, ODR0,5 — od 17 do 33 |ig m ”2s “ 1, ODRx — od 25 do 50 jag m “2s"1. Krytyczne wartości Eh wynosiła od 340 do 450 mV.
Na podstawie ODRx i ODR0)5 badane rośliny można uszeregować według wzrastającej wrażliwości na niedotlenienie w okresie wschodów następująco : jęcz mień, owies, fasola, pszenica, len, kukurydza, pomidor, burak cukrowy i żyto.
Przyjęte w niniejszej pracy kryteria wyboru wartości granicznych zostały usta lone w oparciu o całość materiału dotyczącego wszystkich roślin objętych badaniami. Kryteria te są nieco inne niż w niektórych naszych wcześniejszych pracach traktują cych o pojedynczych roślinach.
PIŚMIENNICTWO
[1] E r ic k s o n A.E., V an D o r e n D .M .: The relation o f plant growth and yield to soil oxygen availability. Trans. 7 th Int. Congr. Soil Sei. Madison, 3, 1960, 428-434.
[2] G a w lik J., M a lic k i M., S tę p n ie w s k i W.: The problem o f effective voltage control in measurements of ODR in soil. Pol. J. Soil Sei. 10, 1977, 9-16.
[3] G liń s k i J., D o b r z a ń s k i В., Ł a b u d a S., S tę p n ie w s k i W.: Soil oxygen conditions for emergence of tomato seedlings. Pol. J. Soil Sei. 11, 1978, 81-88.
[4] G liń s k i J., Ł a b u d a S.: Oxygen diffusion rate and redox potential as indices o f the oxyge nation o f flax and bean roots during emergence. Pol. J. Soil Sei. 12, 1979, 75-80.
[51 G liń s k i J., Ł a b u d a S., S tę p n ie w s k i W.: Oxygen content, redox potential, and ODR as indices characterizing soil oxygen condition for winter emergence. Zesz. probl. Post. Nauk rol. 220, 1979, 125-135.
[6] G liń s k i J., Ł a b u d a S., S tę p n ie w s k i W.: Wskaźniki natlenienia korzeni roślin. Materiały konf. „Postęp naukowo-techn. a intensyfikacja produkcji białka” PAN, NOT, Katowice 1978, 1, 185-190.
[7] G liń s k i J., P rzy w a ra G., S tę p n ie w s k i W.: Wpływ warunków tlenowych w glebie na wschody buraków cukrowych. Rocz. glebozn. 32, 2, 1981, 61-72.
[8] G liń s k i J., S tę p n ie w s k i W.: Modelowe badanie wpływu natlenienia gleby na wschody roślin zbożowych. Folia Soc. Scient. Lublinensis, 23, Biol. 1, 1981, 49-55.
[9] H a n k s R.J., T h o rp F.C.: Seedlings emergence o f wheat as related to soil moisture content, bulk density, oxygen diffusion rate and crust strength. Soil Sei. Soc. Am. Proc. 20,1956,307-310. [10] H u g h e s T.D., S to n e J.F., H u f fin e W.W., G in g r ic h J.R.: Effect od soil bulk density
and soil water pressure on emergence o f grass seedlings. Agron. J. 58, 1966, 549-553. [11] K a a c k K., K r is te n s e n K.: Emergence and seedling growth related to oxygen content
[12] L e m o n E.R., E r ic k s o n A.E.: The measurement of oxygen diffusion in the soil with a pla tinum microelectrode. Soil Sei. Soc. Am. Proc. 16, 1952, 160-163.
[13] M a lic k i M., W a lc z a k R,: A gauge of the redox potential and the oxygen diffusion rate in the soil with an automatic regulation of cathode potential. Zesz. probl. Post. Nauk rol. 220, II, 447-452.
[14] W e n g e l R.W.: Emergence of corn in relation to soil oxygen diffusion rates. Agron. J. 58, 1966, 69-72. Я. ГЛИНЬСКИ, В. СТЕМПНЕВСКИ, С. ЛАДУДА, Г. ПЩИВАРА ПРЕДЕЛЬНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ ODR И Eh В ПОЧВЕ ДЛ Я ВСХОДОВ НЕКОТОРЫХ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ Институт агрофизики Польской Академии Наук в г. Люблине Р е з ю м е В лаборатоных условиях определяли пригодность ODR и Eh как показателей кислород ного режима почвы, а также оценивали их предельные величины (лимитирующую — 1, времени половины всходов — 0,5 и критическую — kr) для всходов 9 культур (рожь, овес, озимая пшеница, яровой ячмень, кукуруза, сахарная свекла, томат, лен и фасоль). Учитывали 3 вида почвы: песчаную, лёссовую и суглинистую, дифференцируя их влажность (сосущее давление 10, 50 и 100 гПа), а также содержание кислорода (0,5, 3,0, 5,0, 15,0 и 21,0% 0 2). Полученные результаты подтвердили пригодность ODR как показателя доступности почвенного кислорода в период всходов всех исследуемых культур, независимо от почвенных условий. Пригодность же Eh-была меньше. Определенные предельные величины Eh и ODR для всходов приводятся в таблице 3. Отмечена значительная дифференциация потребностей растений в кислороде; так, критическая величина ODR*r изменялась в пределах 8-25 цг М- V - 1, ODRo.5 — 17-33 цг м _2с “ 1, O D R i— 25-50 цг м -2 с - 1 . Критическая величина Eh колебалась в пределах 340-450 mV. Основываясь на значениях O D R i й O D R 0.5ł йсслсдуемые культуры можно расположить в следующей очередности в соответствии с растущей воспри имчивостью к нехватке кислорода в период всходов: ячмень — овес — фасоль — пшеница — лен — кукуруза — томат — сахарная свекла — рожь.
J. GLIŃSKI, W. STĘPNIEWSKI, S. Ł A BU D A , G. PRZYW ARA
THRESHOLD ODR A N D Eh VALUES IN SOIL FOR EMERGENCE OF SOME CHOSEN CROPS
Department of Agrophysic o f Polish Academy of Science in Lublin
S u m m ary
The usefulness of ODR and Eh as soil oxygenation indices and their threshold values (limiting— 1, half emergence — 0,5 and critical — kr) for emergence o f 9 crops (rye, oats, winter wheat, spring barley, maize, sugar beet, tomato, flax and bean) was determined under laboratory conditions. Three soils: sandy, loess and laomy, at their differentiated moisture (moisture tension 10, 50 and 100 hPa) and oxygen content (0.5, 3.0, 5.0, 15.0 and 21.0% o f 0 2) were examined.
The results obtained confirmed the ODR usefulness as an index of soil oxygen availability at the emergence time of all the crops under study, irrespective of soil conditions. The Eh usefulness was less. The determined threshold Eh and ODR values for emergence are presented in Table 3. A detailed differentiation o f oxygen requirements of particular crops was found, in particular: critical value of ODRfcr changed within 8-25 |ig m -2 s _1, O D R 0.5 — within 17-33 |ig m ^ s “ 1, ODR i — within 25-50 jig m _2s _1. The critical value of Eh varied within 340-450 mV. On the basis of O DR i and ODR0.5 values the crops investigated can be put in the following order with regard to their increased susceptibility to oxygen difficiency at the emergence time: barley-oats- -bean-wheat-flax-maize-tomato-sugar beet-rye.
Prof. dr hab. Jan Gliński Zakład Agrofizyki PA N
