Liczebność drobnoustrojów a fizykochemiczna charakterystyka gleby spod zróżnicowanych upraw pszenicy

MAŁGORZATA DĄBEK-SZRENIAWSKA, ANDRZEJ I. WYCZÓŁKOWSKI

LICZEBNOŚĆ DROBNOUSTROJÓW

A FIZYKOCHEMICZNA CHARAKTERYSTYKA

GLEBY SPOD ZRÓŻNICOWANYCH UPRAW PSZENICY

MICROORGANISMS FREQUENCY

A N D PHYSICOCHEMICAL SOIL CHARACTERISTICS

UN D ER DIVERSE CULTIVATION OF WINTER W HEAT

Instytut Agrofizyki, Polska Akademia Nauk, Lublin

Abstract: The frequency of microorganisms and physicochemical soil characteristics under winter

wheat cultivated in conventional and ecological systems were observed. The number of oligotrophic bacteria, fungi and ammonifying microorganisms were determined. Microorganisms frequency was expressed in relation to the physicochemical soil characteristics: 1 g of fresh soil, 1 g of dry soil, 1 cm3 o f soil, 1 cm3 of soil dilution, 1 g of total carbon and 1 g of oxidizable carbon. Time of vegetation and phenological phase of the plant have to a greater extent the influence on differen­ tiation o f microorganisms frequency than the cultivation system and fertilization.

Słowa kluczowe: sposób uprawy, mikroorganizmy, charakterystyka fizyczna i chemiczna gleby. Key w ords: Cultivation system, microorganisms, physicochemical soil characteristics.

WSTĘP

Podstawowymi czynnikami wpływającymi na liczebność drobnoustrojów gleb agrocenoz są organiczne związki węgla łatwo utlenialnego [Richards 1979], zawarte w nawozach organicznych i w resztkach pożniwnych przedplonu. W czasie wegetacji roślin źródłami węgla dla mikroflory stają się znaczne ilości substancji organicznej zawarte w obumarłych komórkach, tkankach, fragmentach korzeni, a głównie w wydzielinach korzeniowych [Różycki, Strzelczyk 1985]. Mineralizacja i humifikacja wprowadzonej i rodzimej substancji organicznej wraz z zabiegami agrotechnicznymi powoduje zmiany w warunkach chemicznych i fizycznych tego środowiska, np. ilości i form węgla organicznego, w tym węgla rozpuszczalnego w roztworze glebowym, zawartość C 0 2 w powietrzu glebowym, wielkość i wodoodpomość agregatów glebo­ wych [Dechnik 1987, Collins i in. 1992, Kandeler, Murer 1993]. Zmiany warunków w sposób wyraźny różnicują skład edafonu danej gleby i jego aktywność życiową

24 M. Dąbek-Szreniawska, A. I. Wyczółkowski

[Dąbek-Szreniawska i in. 2000]. Hattori i Hattori [1976] podają, że przy interpretacji liczebności wybranych grup mikroorganizmów należy uwzględnić nie tylko fazę stałą (masę świeżej i suchej gleby), ale również fazę płynną, która jest nośnikiem pierwia­ stków biogennych.

Różne systemy uprawy mogą powodować zróżnicowanie właściwości fizycznych i chemicznych gleby [Sokołowska i in. 1998, Dąbek-Szreniawska 1992]. W niniejszej pracy podjęto próbę interpretacji wyników liczebności mikroorganizmów w odniesie­ niu do innych jednostek fizycznych i chemicznych, a nie tylko standardowej: 1 g świeżej lub suchej masy gleby [Dąbek-Szreniawska, Malicki 2000] w sezonie wege­ tacyjnym roślin w różnych systemach gospodarowania.

MATERIAŁ I METODY

Materiałem do badań były próbki gleby pobrane z pól obiektów długoletnich doświadczeń uprawowych prowadzonych przez IUNG w Puławach. Pola te są zlo­ kalizowane w Stacji Doświadczalnej Osiny (woj. lubelskie). Glebę pól określono jako glebę płową (Orthic Luvisol), wytworzoną z gliny zwałowej o składzie mechanicz­ nym piasku gliniastego mocnego. Charakterystykę właściwości gleby przedstawiono w tabeli 1. Ogólne założenia i szczegółowy opis doświadczeń uprawowych porówny­ wanych systemów produkcji roślinnej: „konwencjonalnej” - z nawożeniem mineral­ nym nawozami pochodzenia przemysłowego i „ekologicznej” - bez nawożenia mineralnego, tylko z nawożeniem organicznym przedstawił Kuś [1998]. W tabeli 2 zamieszczono najważniejsze różnicujące cechy tych systemów.

Badania mikrobiologiczne przeprowadzono w czwartym roku trwania doświad­ czeń polowych. Badano próbki gleby z pól obsianych pszenicą ozimą odmiany Kobra, pobranych w terminach odpowiadających: wiosennemu ruszeniu wegetacji (29-30 Decimal code-Zadoks’) - termin 1 (w tabelach i na rysunkach); kłoszenie i początek kwitnienia (59-61 Decimal code) - termin 2; bezpośrednio po sprzęcie roślin z pola - termin 3. Glebę z pól pobierano z warstwy ornej (0-20 cm).

W celu poznania liczebności wybranych grup drobnoustrojów wykonano wysiew mikrobiologiczny według standardowych metod stosując pożywki:

- agaryzowany rozcieńczony wyciąg glebowy [Wyczółkowski 1999] dla bakte­ rii oligotroficznych;

- agar dekstrozowo-peptonowy z różem bengalskim [Parkinson 1994] dla grzy­ bów ogółem;

- roztwór peptonu [Parkinson i in. 1971] dla drobnoustrojów amonifikujących.

TABELA 1. Charakterystyka gleby na początku doświadczenia (wg IUNG 1997) TABLE 1. Soil characteristics

Zawartość [%] frakcji granulometrycznych [mm] Particle size [mm] distribution [%,ww-1] pH T Potential CEC [cmol+- kg] Próch­ nica Orga­ nie matter N ogó­ łem N total N mine­ ralny N mi­ neral P2O5 K 20 1,0-0,1 0 ,1 -0 ,0 5 0,05-0,02 <0,02 H20 KC1 [g • kg l] 66 11 8 15 6,30 5,5 10,66 16,2 0,98 0,08 0,103 0,97

TABELA 2. Nawożenie poletek i płodozmian [Kuś J. 1998] TABLE 2. Fertilization and crop rotation

System gospodarowania - uprawy i rośliny płodozmianu Crop production system and crop rotation

konwencjonalny conventional Rz-Po-Jj ekologiczny ecological Z-Jj-Kct-Kct-Po Nawożenie mineralne Fertilization [kg • h a'1] N 120 pod pszenicę ozimą of winter wheat _ P2O5 80 — K2O 100 -Nawożenie organiczne Manuring kompost 33 t • ha-1 pod ziemniaki FM-compost potato Rz - rzepak ozimy, rape; Po - pszenica ozima, winter wheat; Z - ziemniak, potato; Jj - jęczmień jary, spring barley; Ket - koniczyna czerwona + trawy, red clover + grasses

Wysiewy wykonano w pięciu równoległych powtórzeniach (na 5 płytek lub do 5 probówek) z odpowiednio dobranych rozcieńczeń.

Liczebność: bakterii oligotroficznych i grzybów przedstawiono w jednostkach tworzących kolonie (jtk), amonifikatorów jako najbardziej prawdopodobna liczba (NPL). W przeliczeniach liczebności mikroorganizmów z lg świeżej gleby na inne wielkości fizyczne i chemiczne stosowano wzory podane przez Malickiego [1980, 1986]. Wielkościami, na które przeliczano liczebności mikroorganizmów, były: 1 g suchej masy gleby, 1 cm3 gleby, 1 cm3 roztworu glebowego, 1 g węgla organicznego, 1 g węgla utlenialnego. Do opisanych przeliczeń zastosowano oznaczenia przedsta­ wione w tabeli 3 według Wyczółkowskiego [1999].

TABELA 3. Charakterystyka fizykochemiczna gleby spod uprawy pszenicy ozimej 1997 [Wyczół­ kowski 1999, Sokołowska i wsp. 1998]

TABLE 3. Physicochemical characteristics of soil under winter wheat croping Właściwości

Properties

Nawożenie i terminy analizy - Fertilization and terms of analysis

mineralne - mineral organiczne - organie

1 2 3 1 2 3

Gęstość obj. - Volume density [g-спГ3] 2,14 2,26 2,32 2,15 2,15 2,15

Wilgotność - Moisture [%] 6,88 5,95 9,05 11,68 10,41 14,76 С organiczny - С organie [g • kg-1] 6,6 7,4 8,4 12,6 9,5 10,1 С utlenialny w % С organicznego С oxidizable o f % С total 51,90 53,33 58,48 39,24 43,09 50,13 Odczyn gleby w H2O - pH in H2O 6,31 6,45 6,38 6,28 6,54 6,30

Plon pszenicy (ziarno) - Grain yield [t • ha“1]

5,70 3,51

Terminy analizy, Terms: 1 * - wiosenne ruszenie wegetacji; stem elongation, 2 * - kłoszenie, początek kwitnienia; ear emergence, 3* - po sprzęcie z pola; after harvesting

26 M. Dąbek-Szreniaw ska, A. I. Wyczółkowski

WYNIKI

Wyniki badań przedstawiono na wykresach (rysunki 1 a,b). Wykresy te obrazujące liczebność bakterii oligotroficznych w glebie spod pszenicy w sezonie wegetacyjnym, po przeliczeniu na 1 g świeżej gleby, 1 g suchej masy gleby lub 1 cm3 gleby mają podobny kształt. Liczebności tych bakterii w próbkach gleby pól różnie nawożonych są podobne. Jedynie w 1 terminie analizy (na wiosnę) po przeliczeniu liczebności tych bakterii w jtk na pozostałe jednostki zaznaczyła się różnica na korzyść gleby pola w systemie uprawy z nawożeniem mineralnym.

Jak ilustrują rysunki 2a,b, liczebność grzybów wzrasta, niezależnie od jednostki przeliczeniowej, w próbkach gleby bez stosowania nawozów pochodzenia przemy­ słowego w fazie kłoszenia i początku kwitnienia (w terminie 2.). Może to być związane z intensywnym wzrostem roślin i ich korzeni, co pociąga za sobą zwiększenie ilości wydzielin korzeniowych w glebie.

Liczebności drobnoustrojów amonifikujących (rys. 3a,b) mają taki sam przebieg, niezależnie od jednostki zastosowanej do przeliczenia. Można zauważyć, że w pierwszym terminie analiz (po wiosennym ruszeniu wegetacji roślin) istnieje duża różnica między liczebnością amonifikatorów w glebie pod pszenicą nawożoną nawo­ zami mineralnymi w porównaniu z nawożeniem organicznym.

DYSKUSJA

Malicki [1997] opisuje, że niezależnie od typu gleby i przebiegu sezonu wegeta­ cyjnego, wieloletnie rośliny motylkowe z trawami zostawiają po zbiorze blisko 6 razy więcej, a rzepak niemal 3 razy więcej biomasy, aniżeli stanowi masa materii organi­ cznej wprowadzonej z 30 t • ha-1 obornika. Autor ten wnioskuje, że dobrze ułożony płodozmian może zrównoważyć brak nawożenia mineralnego i poprawić zasobność gleby w makro- i mikroelementy. Przedstawione w niniejszej pracy wyniki świadczą, że oddziaływanie różnego typu nawożenia w całym sezonie wegetacyjnym może nie mieć tak zasadniczego znaczenia na populację różnych grup mikroorganizmów w glebie.

Dąbek-Szreniawska [1992] oraz Dąbek-Szreniawska i Malicki [2000] przypisali zmieniającym się właściwościom fizyko-chemiczym gleby wiodące znaczenie w zróżnicowaniu ilościowym populacji mikroorganizmów. Zróżnicowanie przez zabie­ gi agrotechniczne warunków fizycznych i chemicznych w glebie pól uprawnych w różnych systemach produkcji roślinnej nie daje podstaw do zmiany jednostek służą­ cych do przeliczenia liczebności mikroorganizmów. Jednakże, w pracach porównu­ jących zasobność próbek gleby w populacje mikroorganizmów, powinny być podawane pełne informacje o właściwościach fizycznych i chemicznych gleby. Umo­ żliwiało by to porównanie bardzo różnych siedlisk glebowych kolonizowanych przez różne grupy edafonu.

WNIOSKI

1. W warunkach badań polowych największy wpływ na liczebność różnych grup mikroorganizmów miało stadium rozwoju roślin, od którego zależne były pozostałe

R Y S U N E K la . L ic ze b n oś ć b ak te ri i oligotroficznych F IG U R E la . N u m b er of o li g ot ro p h ic b a ct er ia

M. Dąbek-Szreniawska, A. L Wyczółkowski R Y SU N E K lb . L ic ze b n oś ć b ak te ri i o li g o tr o fi cz n y ch F IG U R E lb . N u m b er of ol ig ot ro p h ic b ac te ri a

£ 'О ’S»’S)_{N С} feb «5 4J ^ 'ел О О i—i С <U Х> X) _{О с} N £ .а £ -i z д <3

s i

s §

M. Dąbek-Szreniawska, A. 7. Wyczółkowski R Y SU N E K 2b . L ic ze b n oś ć g rz y b ó w F IG U R E 2b . N um be r of fu n g i

R Y S U N E K За . L ic ze b n oś ć a m o n if ik a to ró w F IG U R E За . N u m b er of am m on if yi n g m ic ro o rg a n is m s

M. Dąbek-Szreniawska, A. L Wyczółkowski R Y SU N E K 3b . L ic ze b n oś ć am o n if ik a to ró w F IG U R E 3b . N um be r of am m on if yi n g m ic ro o rg a n is m s

czynniki uprawowe mogące czasowo zmieniać warunki fizyczne i chemiczne w środowisku glebowym.

2. Jednostki fizyczne i chemiczne charakterystyki gleby, na które przeliczano liczeb­ ność mikroorganizmów, miały mniejsze znaczenie, gdy porównywano próbki gleby jednakowego typu, choć różnie uprawianej i nawożonej.

LITERATURA

COLLINS H.P., RASMUSSEN P.E., DOUGLAS C.L. 1992: Crop rotation and residue manage­ ment effects on soil carbon and microbial dynamics. Soil Sei. Soc. Am. J. 56: 783-788. DĄBEK-SZRENIAWSKA M. 1992: Results of microbiological analysis related to soil physical

properties. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 398: 1-6.

DĄBEK-SZRENIAWSKA M., MALICKI J. 2000: Zastosowanie różnych modeli do określenia liczby bakterii w glebie. Acta Agrophysica 38: 37-46.

DĄBEK-SZRENIAWSKA M., WYCZÓŁKOWSKI A.I., JOŃCZYK K , KUŚ J. 2000: Współza­ leżność między nawożeniem, systemem uprawy, wodoodpornością agregatów glebowych a liczebnością drobnoustrojów. Acta Agrophysica 38: 47-57.

DECHNIKI. 1987: Wpływ nawożenia na właściwości gleby. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 324: 81-106.

FRED E.B., WAKSMAN S.A. 1928: Laboratory manual of general microbiology. McGraw-Hill Book Camp., New York, London 145 ss.

HATTORI T., HATTORI R. 1976: The physical environment in soil microbiology; an attempt to extend principles of microbiology to soil microorganisms. Critical Rev. Microbiol. 4:423-461. KANDELER E., MURER E.J. 1993: Aggregate stability and soil microbial processes in a soil with

different cultivation. Geoderma 56: 503-513.

KUŚ J. 1998: Wstępne porównanie trzech systemów produkcji roślinnej (konwencjonalny, inte­ growany i ekologiczny). R o c zA R w Poznaniu 307, Roln. 52: 119-126.

MALICKI J. 1980: Fizyczne właściwości gleb a ich mikrobiologiczna analiza. Post. Nauk Roln. (3): 45-70.

MALICKI J. 1986: Elementy pobierania prób i interpretacji wyników w mikrobiologicznej analizie gleby. Post. Mikrobiol. 25: 259-271.

MALICKI L. 1997: Znaczenie resztek pożniwnych w płodozmianie. Acta Acad. Agricult. Tech.

Olst., Agricult. 64: 57-65.

PARKINSON D. 1994: Filamentous fungi. [W] R.W. Weaver et al. (eds) Methods of soil analysis. Part 2, SSSA Int., Madison: 329-350.

PARKINSON D., GRAYT.R.G., WILLIAMS S.T. 1971: Methods for studying the ecology of soil microorganisms. Blackwell Sc. Publ., Oxford, Edinburg: 116 ss.

RICHARDS B.N. 1979: Wstęp do ekologii gleby. PWN, Warszawa: 326 ss.

RÓŻYCKI H., STRZELCZYK E. 1985: Połączenia organiczne wydzielane przez drobnoustroje glebowe i korzenie roślin. Post. Mikrobiol. 24: 285-303.

SOKOŁOWSKA Z., HAJNOS M., BOWANKO G., DĄBEK-SZRENIAWSKA M., WYCZÓŁ­ KOWSKI A. 1998: Zmiany niektórych fizyko-chemicznych właściwości gleby uprawianej konwencjonalnie i ekologicznie. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 460: 351-360.

WYCZÓŁKOWSKI A.I. 1999: Wpływ substancji organicznych na zmiany liczebności i aktywno­ ści mikroflory glebowej. Praca doktorska, Instytut Agrofizyki PAN, Lublin: 151 ss.

Prof. d r hab. M ałgorzata D ąbek-Szreniawska Instytut Agrofizyki PAN