RYSZARD TURSKI, BOŻENA CHMIELEWSKA
W PŁY W ZW IĄZK ÓW KO M PLEK SOW Y CH M ANGANU Z FR A K C JA M I K W A SU HUM INOW EGO NA PLO N Y ORAZ
ZAW ARTOŚĆ TEG O PIE R W IA ST K A W POM ID ORA CH Instytut Gleboznawstwa, Chem ii Rolnej i Mikrobiologia
A kadem ii Rolniczej w Lublinie
T w orzenie p rzez su b sta n c je próch n iczne kom pleksów , w ty m i ch ela- tow ych, m a dla żyzności gleb ogrom ne znaczenie [5, 8, 9, 14]. Rola tego ty p u kom pleksów w procesach glebotw órczych została w praw dzie ok reś lona [1 1], ich w artość jed n a k jako źródła sk ład nik ów po karm o w ych dla ro ślin stanow i jeszcze pro b lem m ało zbadany. Do ch elato w an y ch p ie r w iastkó w n ależy i m angan, któ rego w y k o rzy stan ie przez ro ślin y z kom pleksów m etalo organ iczn ych zależy od ich trw ało ści i rozpuszczalności, ro d za ju c h e la to r a i obecności in n y ch jonów w środow isku oraz odczynu.
Z b a d a ń połączeń m etalo o rg an iczny ch w ynika, że m angan p rz y pH 5 tw o rz y z kw asem fulw ow y m trw a łe zw iązki, k tó re w środow isku k w aś n y m są n iesta b iln e [10, 12]. P o łączenia te m ogą je d n a k dom inow ać w środow isku zbliżonym do obojętnego, a n a w e t alkalicznym . W zw iązku z ty m p o w staje zagadnienie w y k o rzy stan ia m an g an u przez ro ślin y z kom pleksów u tw o rzo n y ch w rea k c ja c h z różny m i fra k c ja m i próchnicy. J e s t to te m a te m n in iejszej rozp raw y , jako że m am y ty lk o nieliczn e dane dotyczące tego zagadnienia [4, 7, 8].
METODYKA BADAN
P r z y g o t o w a n i e z w i ą z k ó w k o m p l e k s o w y c h m a n g a n u z k w a s a m i h u m i n o w y m i . W b ad an iach zastosow ano bezpopielny k w as h u m inow y, w yizolow any z gleby to rfo w ej w y tw o rzo n e j z to rfu niskiego. W celu rozd zielen ia tego kw asu na fra k c je , jego 0,5-procerrtow y roztw ó r o pH 7 w prow adzono n a kolum nę o śred n icy 4 cm, w yp ełnio n ą żelem z drobnego S ep h ad ex u G-75 do w ysokości złoża 70 cm. D la dw óch fra k c ji kw asu hum inow ego określono przybliżone cię
4 0 4 R. Turski
ż a ry m olowe: dla n isk o m o lek u larn ej (K hn) — na kolum nie ( 0 = 2,5 cm, długości 45 cm), w ypełnionej żelem z drobnego S ep h adexu G-50, sk ali- brow anej zw iązkam i o znanych ciężarach cząsteczkow ych, w sposób opi sany we w cześniejszej bublikacji [1]; dla w ysokom olekularnej (Khj) — n a kolum nie o tych sam ych w ym iarach, w ypełnionej żelem z drobnego S ep h ad ex u G-75. Do jej stan d ary zacji zastosow ano album inę z k rw i w ołu o ciężarze cząsteczkow ym 45 000, try p sy n ę — 24 000 i ry b u n u k leazę — 12 700. F ra k c ja kw asu hum inow ego K hi odpow iadała związkom o p rz y bliżonym ciężarze cząsteczkow ym 45 000, nato m iast kw asu hum inow ego K h n — 5500.
We frak cjach K hi i K h n oznaczono m etodą octanow ą zaw artość grup karboksylow ych, k tó re w yniosły odpow iednio 2,16 i 2,88 m eq/g Kh. Z a stosow ane w dośw iadczeniu w eg etacy jn y m zw iązki kom pleksow e m an ganu sporządzono w pro w ad zając go do ro ztw o ru kw asów , p rzy pH 6, za chow ując stosun ek ilościow y (w meq) COOH : M n n a około 3:1 [7].
D o ś w i a d c z e n i e w e g e t a c y j n e . R ośliną testow ą b y ły po m id o ry odm iany k arło w ej F ire b a ll. P row adzono je w k u ltu ra c h w od nych, stosując m etodę rozdzielonych korzeni. P oczątkow o hodow ano je w czystym piasku, a po u su n ięciu korzenia głów nego — w n aczyniach zaw ierający ch V2 pożyw ki H oaglanda. T akie postępow anie przyspieszyło rozw ój korzeni bocznych.
U żyte w dośw iadczeniu w azony sk ład ały się z dw u ściśle zestaw io ny ch ścianam i bocznym i po jem nik ó w plasty kow ych, o pojem ności 1,5 d m3 każdy. W w yciętych w p o k ry w ach otw orach um ieszczono po jednej roślinie, tak aby jednakow e ilości korzeni bocznych b y ły zanurzone w roztw o rach w ypełn iający ch pojem niki.
P o jem n ik i I zaw ierały pożyw kę H oaglanda oraz m ik ro e le m e n ty bez m ang anu w ilości 2,5 m l ro ztw o ru A — Z i żelazo (1 ml) z 1-p ro cen to w e- go ro ztw o ru c y try n ia n u żelaza. P o je m n ik i II n apełniono roztw oram i n a stę p u ją cy c h zw iązków (liczących n a 1 dm 3):
— kw asu hum inow ego K h , — 30 mg, — kw asu hum inow ego K h H — 20 mg, — MnSO* X 5H20 — 0,02 m eq M n2+, — M n-K hjj — 0,02 m eq M n i 30 m g K h n. — M n-K hn — 0,02 m eq M n i 20 m g K hn .
K om b inacja 0 zaw ierała pożyw kę H oaglanda, Fe i ro ztw ó r A-Z bez M n2+. W szystkie kom binacje w ykonano w czterech pow tórzeniach. R oztw o r y b y ły codziennie w ietrzo n e i w razie p o trz e b y uzu p ełn ian e w odą dejo- nizow aną do w yjściow ej objętości. R oztw ory w p o jem n ik ach w ym ieniono po 3 tygodniach. D ośw iadczenie zlikw idow ano po 7 tygodniach, w m o m encie osiągnięcia przez ro ślin y fazy pełnego k w itn ien ia. W ro ślin ach (z każdego w azonu) oznaczono suchą m asę części nadziem ny ch i korzeni
o^az zaw artość Mn, po spopieleniu, m etodą ASA. W yznaczono także cał k o w itą objętość korzeni pom idorów w aparacie S abinina i K ołosow ej.
W yniki poddano analizie staty sty czn ej stosując m etodę serii n ieza leżnych z jed n ą zm ienną. <
WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA
N isk om olekularna, a jeszcze w w iększym stopniu w y so k om oleku lar- na fra k c ja kw asu hum inow ego w y w a rły w y ra ź n y sty m u lu ją c y w pływ n a w zrost roślin, a przez to i n a w ysokość u zyskanych plonów . T en k ie ru n e k oddziaływ ania zw iązków p róchnicznych gleb jest zn an y od d aw na [3, 13]. N iek tó rzy au to rz y [11] skłonni są p rzypisać korzystn e działanie kw asów próchnicznych na plony ro ślin obecności składników m in e ra l ny ch w ich popiele. Ta ew entualność w przep ro w adzo ny m dośw iadczeniu nie może być jed n a k b ran a pod uw agę, poniew aż używ ano bezpopielne- go kw asu hum inow ego.
R eakcja roślin na różne fo rm y m an g an u była zbliżona. P om idory, szcególnie ro ślin y z serii M n-K hn, cechow ał praw id ło w y w zrost i rozw ój oraz inten sy w ne zabarw ienie liści. W m om encie sp rzętu ro śliny ze w spom nianej serii w y tw o rzy ły 2-k ro tn ie w ięcej kw iatów (średnio po 10) niż rośliny z pozostałych serii.
Pom idory z kom binacji, w k tó ry ch zastosow ano czyste w ysoko- i nis- kom jolekularne fra k c je kw asu hum inow ego (Khi i K hn), w z ra sta ły do pew nego m o m en tu praw idłow o, ale po 5 tygodniach uk azały się na liś ciach żółte plam ki. Liczba k w iatów była u ty ch roślin podobna jak w se riach M n2+ i M n — K hi. W yraźne o b jaw y d eficy tu m ang anu w y stąp iły ty lk o u roślin z pojem ników bez Mn, a ich w zrost i rozw ój po 3-tygodnio- w ym okresie w egetacji został w y raźn ie zaham ow any.
Zaobserw ow ane w w yglądzie pom idorów zm iany znalazły sw oje po tw ierd zen ie w wysokości plonów suchej m asy części nadziem nych i ko rzeni (tab. 1).
Z zastosow anych w żyw ieniu roślin, form m anganu najb ard ziej efek ty w n y w działaniu okazał się rozpuszczalny kom pleks М п-К Ьц. W pływ fo rm y jonow ej i kom pleksu M n-K hi n a plony suchej m asy pom idorów był podobny (różnice m ieściły się w k ran icach błędu), ale istotn ie niższy niż w serii M n-Khn.
M asa w e g e taty w n a zeb ran a ze w spom nianych kom binacji dodatnio korelow ała z pojem nością korzeni roślin. Szczególnie akty w ne działanie n a w ydłużenie i ilości korzeni w y w a rła w ysokom olekularna fra k c ja kw a su hum inow ego oraz m angan zastosow any w kom pleksie z fra k c ją k w asu hum inow ego o ciężarze cząsteczkow ym 5500. To że kom pleks M n-K h n sp rzy jał rozw ojow i korzeni, może sugerow ać w iększe jego uczestnictw o w podw yższaniu aktyw ności su b stan cji w zrostow ych. Ich obecność w n
ie-4 0 6 R. Turski
T a b e l a 1 Średnie plony suchej masy części nadziemnych i korzeni w g
oraz całkowita objętość korzeniowa w cm3 na wazon Mean yield of dry matter of tops and roots in g and total volume
of roots in cm3 per pot
Kombinacje — Treatment Części nadziemne Tops i Kprzenie Roots 1 Suma plonu Sum of the yield Objętość korzeniowa Volume of roots Bez Mn — No Mn
Khi — kwas huminowy wysokomo-!
4,69 1,20 5,89 18,6
lekularny
humic acid highly-molecular Khn — kwas huminowy
niskomole-7,78 2,45 10,23 41,9
kularny
humic acid low-molecular
6,16 2,00 8,16 34,7
Mn2+ — forma jonowa ionic form
7,21 2,30 9,51 38,6
Mn-Khi — kompleks — complex 6,84 2,33 9,17 35,2
Mn-Khn — kompleks — complex 10,26 3,34 13,60 47,2
NIR — LSD 1.3 0,55 — 8,78
T a b e l a 2 Zawartość manganu w częściach nadziemnych i korzeniach pomidorów w jxg/g s.m.
oraz w średnim plonie w jig na wazon
Manganese content in tops and loots of tomatoes in ^ig/g of d.m. and in the mean yield in iig/pot
Kombinacje — Treatment Części nadziemne Tops Korzenie Roots i 1 Zawartość manganu w plonie Manganese content in the yield Bez Mn — No Mn 11,8 13,5 7J ,7
! Khi — kwas huminowy wysokomolekularny 12,2 14,3 130,0 humic acid highly-molecular
Khn — kwas huminowy niskomolekularny 13,7 6,5 96,5
Mn2+ — forma jonowa — ionic form 71,2 94,5 733,4
Mn-Kh, — kompleks — complex 78,8 105,0 739,0
Mn-Khn — kompleks — complex 57,7 128,5 1018,2
NÏR — LSD 15,5 11,3 136
k tó ry c h fra k c ja c h kw asów próchnicznych gleb została po tw ierd zon a w in n y ch bad aniach [6].
Różnice w plonach roślin oraz w pojem ności ich korzen i nie w p ły w a ły n a zaw artość m an g an u w pom idorach. W seriach: k o n tro ln e j bez M n
oraz K h i i K h n , zaw artość M n w częściach nadziem nych, a także w ko rzeniach była bardzo niska. R ezu ltat te n św iadczy o niew ielk im zanie czyszczeniu pożyw ek ty m pierw iastkiem .
W pływ zastosow anych w dośw iadczeniu różnych form m ang anu n a zaw artość tego p ierw ia stk a w pom idorach nie był zależny od p ro d u k cji ich m asy w egetacy jnej. R ośliny zasilane m anganem z kom pleksu M n -K h n zaw ierały go w części nadziem nej istotnie m niej niż k o rzy stające z form M n2+ i M n-K hi (tab. 2). Te ostatnie dw ie fo rm y okazały się w odżyw ia n iu roślin rów no rzędn y m źródłem m anganu. W ysoce dodatnią reak cję, w yrażającą się zw iększoną zaw artością m an gan u w korzeniach, stw ie r dzono jedynie u roślin z serii M n-K h n. D ziałanie tego kom pleksu n a k u m ulację w korzeniach i przenoszenie m an g an u do górnych czzęści roślin pom idorów było analogiczne jak w baw ełnie n a pożyw kach za w iera ją cych m ang an i w zrastające stężenia n a tu ra ln y c h czynników c h e la ty ż u ją cych: EDTA i H EEDTA [2].
Podobnie znaczny w zrost jego zaw artości w korzeniach kuikurydzy w ykazano w k u ltu ra c h w odnych zaw ierający ch kom pleks K f - F e -P 04 oraz m angan w form ie rozpuszczalnej soli [4].
W naszych badaniach w pływ połączenia kom pleksow ego m ang an u z w ysokom olekularną fra k c ją kw asu hum inow ego n a jego nagrom adzenie w korzeniach pom idorów był w zasadzie ta k i sam ja k Mn2+. Obie form y nie ograniczały przem ieszczania się tego p ierw iastk a w całej roślinie.
N ależy jedn ak podkreślić, że w ty ch badaniach jedynie kom pleks M n-K h n, sp rzy jając u zy sk an iu najw yższych plonów suchej m asy pom i dorów, p rzyczynił się także do po b ran ia ze środow iska odżywczego isto t nie w yższej ilości m anganu.
Nie jest w ykluczone, że te n kom pleks w y w arł znaczny w pływ na p ro cesy red ox w strefie korzeniow ej, a ich w pływ na po bieranie i in ny ch składników pokarm ow ych, szczególnie w środow isku nie dotlenionym , jest znany.
WNIOSKI
— Z zastosow anych w żyw ieniu pom idorów dwóch form kom plekso w ych i jonow ej m an g an u n a je fek ty w n ie j na plon suchej m asy części n a d ziem nych i korzeni oraz na pojem ność korzeniow ą w pły nął rozpuszczalny kom pleks z n iskom olekularną fra k c ją k w asu hum inow ego M n-K hn (c.cz. 5500).
— N ajw iększą zaw artość m an g an u w częściach w eg etaty w n y ch stw ierdzono w roślinach odżyw ianych kom pleksem z w ysokom olekularną fra k c ją kw asu hum inow ego M n-Khn.
— Ogólna zaw artość m ang an u w plonie suchej m asy ro ślin była nie m a l 2-krotnie wyższa z kom pleksu M n -K hn z M n-K hi i M n2+.
4 0 8 R - Turski
LITERATURA
’[1] C h m i e l e w s k a B., B o r o w i e c J.: An attam pt to us^| Sephadex gels to establish the characteristics of organic sompounds occurring in moorwaters^ Polish J. of Soil Soi. 10, 1977, 15.
(2] G u i n n G., J о h a m H. E.: Effects of two chelating agents on absorption an d translocation of Fe, Cu, Mn and Zn by the cotton. Plant Soil Sei. 94, 1962* 220.
;[3] G u m i ń s k i Z., G u m i ń s k a S.: pośredni i bezpośredni w pływ związków próchnicznych na organizm rośliny wyższej. Mat. z Konferencji naukowej. Z. Nauk. 7, 1962 Szczecin.
[4] L e v e s q u e M.: Contribution de l’aciole fulvique et des com plexes fulvo-m e- taliw ues a la netrition m inerale des plates. Can. J. or Soil Sei. 50^1970. *[5] M o r t e ń s o n J. L,: Com plexing of m etales by soil organic m atter. Soil Soi.
Soc. Amer. Proc. 27, 1963, 179,
'[6] P a s z e w s k i A., T r o j a n o w s k i J., Ł o b a r z e w s k a A.: Biological a c t i vity of some humic fractions isolated by means of partition chromatography Nature 190, 1961, 277.
,[7] S a u n c h e l i V.: Trace elem ents in agriculture. Von Nostrad Reinhold Com pa- ny N ew York, Toronto, London, Melbourne, 1971.
[8] S a p e k A.: W iązanie miedzi, manganu i cynku przez substancje próchniczne z torfów. Rocz. glebozn. 23^ 1972, 51.
[9] S с h e f f e r F., U 1 r ii с h B., H i e s t e r m a n n P.: Ein methodischer Weg zur Erm ittelung der Kom plex — and Chelatbindungscapazität von organischen Stoffen und Baden*. Z. Pfl. Ernähr Düng. Bodenk. 78, 1957, 168.
[10] S c h n i t z e r M., S k i n n e r S. I. M.: O rgano-m etallic interactions in soils. 7. Stability constants of P b ++, N i++, M n++, Co++, Ca++ and M g++ — fulvic
acid com plexes. Soil Sei. 103, 1957, 247.
[11J S k ł o d o w s k i P.: Badania chem iczne i fizykochem iczne związków próch nicznych i ich połączeń z m etalam i w glebach bielicow ych wytw orzonych w różnych strefach klim atycznych. Geodezja 14, 1971.
[12] S t i e p a n o w a M. D.: W zaim odiejejstwije mâkroelemientow a organiczeskim w ieszczestw em poczw. Poczwow. 12, 1974.
[13] T r o j a n o w s k i Jl: Przem iany substancji organicznych w glebach. PWRiL,. Warszawa 1973.
[14] V a n D i j k H.: Cation binging of humic acid. Geoderma 5, 1971, 53.
P. ТУРСКИ, Б. ХМЕЛЕВСКА ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСНЫХ СОЕДИНЕНИЙ МАРГАНЦА С ФРАКЦИЯМИ ГУМИНОВОЙ КИСЛОТЫ (Kh) НА УРОЖАИ И СОДЕРЖАНИЕ ЭТОГО ЭЛЕМЕНТА В ТОМАТАХ Институт почвоведения, агрохимии и микробиологии Сельскохозяйственной академии в Люблине Р езю м е Соответствующий опыт проведенный в водных культурах по методу разделенных кор ней показал, что комплекс Mn-Kh (Kh с молярным весом 5500) в сравнении с Mn-Kh (Kh с молярным весом 45000) и Мп3+ приводил к существенным прибавкам урожая сухого вещества вегетативного и корней томатов, а также к повышению содержания Мп в корнях Несмотря на более медленное перемещение марганца в растениях указанной серии, общее содержание этого элемента в урожае было двухкратно выше.
R. TURSKI, B. CHMIELEWSKA
EFFECT OF COMPLEX COMPOUNDS OF MANGANESE WITH HUMIC ACID (Kh) FRACTIONS ON YIELDS AND THE CONTENT OF THIS ELEMENT
IN TOMATOES
Departm ent of Soil Science, Agricultural Chemistry and M icrobiologyj A gricultural U niversity of Lublin
S u m m a r y
The respective experim ent carried out in water cultures by the m ethod o f separated roots has proved that the M n-Khn com plex (Kh of m olecular w eigh t 5500) ascompared to Mn-Khj (Kh of m olecular w eight 45000 and Mn3+, contributed to a significant increase of dry matter, vegetative and of tomato roots, of their to tal root volum e and of the Mn contejnt in roots. Despite a slower translocatdon of m anganese in plants of this series ,the total content of m anganese in the yield was. tw ice higher.
Pro/, d r R yszard T urski I n sty tu t G leboznaw stw a, Chem ii R olnej t M ikrobiologii AR L ublin, ul. L eszczyń skiego 7
