TAD EUSZ FILIPEK, ALEKSANDRA B ADORA
REA K CJA ZBÓŻ NA SILNE ZAKW ASZENIE GLEB CZ.I. ŻYTO (SECALE CEREALE L.)
Katedra Chemii Rolnej Akademii Rolniczej w Lublinie
W STĘP
Nasilające się działanie przyrodniczych i antropogenicznych czynników zakwaszania środowiska prowadzi do zwiększenia udziału gleb kwaśnych i bardzo kwaśnych na obszarze kraju. Kwaśny odczyn wywołuje wiele nieko rzystnych zmian we właściwościach fizycznych, chemicznych i biologicznych gleb. Zewnętrznymi objawami silnego zakwaszenia gleb uprawnych jest słaby wzrost i rozwój roślin [2-4 ,8], na których widoczne są najczęściej symptomy niedoboru magnezu, fosforu lub nadmiaru manganu [6, 7, 12]. Skutki silnego zakwaszenia gleb ujawniają się najbardziej jaskrawo na zbożach w okresie od strzelania w źdźbło do kłoszenia (od 2 do 10,5 stopni według skali Feekesa).
Na plantacjach widoczne są duże różnice we wzroście i rozwoju roślin w obrębie tych samych pól. Obok powierzchni całkowitego wypadania roślin występują miejsca o dobrej wegetacji roślin bez jakichkolwiek objawów chorób fizjologicznych.
Niekorzystne oddziaływanie niskiego pH na rośliny spowodowane jest zazwyczaj nie tyle wysokat koncentracją jonów wodorowych, ile tak zwanymi wtórnymi efektami zakwaszania, wśród których na glebach mineralnych naj większą rolę odgrywa duże stężenie glinu ruchomego [1, 2, 6, 8, 10].
Celem prezentowanych badań było określenie warunków pojawiania się i występowania glinu ruchomego w glebach oraz skutków tego zjawiska w odniesieniu do roślin zbożowych.
M ETODYKA BA D A Ń
W latach 1989-1991 pobierano próbki glebowe z pól zlokalizowanych w północnej części rejonu środkowo-wschodniego z warstw 0-2 0, 20-40, 40-60 cm z plantacji, na których rośliny wykazywały symptomy wtórnych skutków silnego zakwaszenia. W tych badaniach przyjęto, że rośliny pobiera jąskładniki pokarmowe głównie z warstwy 0-2 0, a w okresie suszy również z warstw głębszych niż 60 cm. Na plantacjach wydzielono powierzchnie o różnej inten sywności nasilenia na roślinach symptomów wtórnych skutków zakwaszania gleb, mianowicie:
A - powierzchnie, na których rośliny wypadały całkowicie lub nie osiągały generatywnej fazy rozwoju,
В - powierzchnie, na których rośliny wykazywały wyraźne symptomy wtórnych skutków silnego zakwaszenia gleb i rosły gorzej od normalnych, lecz osiągały fazę generatywnego rozwoju,
С - powierzchnie, na których rośliny rosły dobrze, nie wykazywały żadnych objawówch chorób fizjologicznych.
Próbki gleb i rośliny z poszczególnych powierzchni pobierano w fazie kłoszenia zbóż (10,5 według skali Feekesa). W próbkach glebowych oznaczo no: skład granulometryczny metodą areometryczną, zawartość węgla organi cznego metodą Tiurina, рНксь kwasowość hydrolityczną metodą Kappena, kwasowość wymienną i zawartość glinu ruchomego metodą Sokołową, zawar
tość kationów wymiennych traktując glebę roztwwem CH3COONH4 w stęże
niu 1 mol/dm3 o pH 7. W przesączu zawartość kationów Ca 2+, K+, Na+ oznaczano metodą fotometrii płomieniowej, Mg2+- metodą ASA. Zawartość przyswajalnych form fosforu i potasu oznaczono metodą Egnera-Riehma, a magnezu - metodą Schachtschabela.
W próbkach roślin po ich mineralizacji w stężonym H2O2 oznaczono: potas i wapń - fotopłomieniowo, magnez, mangan i żelazo - metodą ASA.
W Y N IK I BA D A Ń
Objawy choroby fizjologicznej na życie, spowodowanej silnym zakwasze niem gleb w północnej części regionu środkowowschodniego kraju, występo wały głównie gdy zboże to było uprawiane na utworach polodowcowych o składzie granulometrycznym piasków gliniastych lub glin lekkich spiaszczo- nych. Mimo wyraźnych różnic we wzroście żyta na poszczególnych powierz chniach tych samych plantacji, skład granulometryczny gleb okazał się dość stabilny i nie mógł być czynnikiem różnicującym warunki wzrostu (tab. 1).
Warstwa orna gleb z powierzchni A, gdzie żyto wykazywało najsilniejsze objawy chorobowe, zawierała najmniej węgla organicznego. W glebach z powierzchni В było średnio o 17, a z powierzchni С (rośliny bez żadnych objawów chorobowych) o ponad 25 % więcej С organicznego niż w glebach z powierzchni A. Gleby o większej zawartości próchnicy i większych zdolno
ściach buforowych wykazywały mniejsze zakwaszenie (tab. 2). Zróżnicowanie wartości р Н к а oraz kwasowości hydrolitycznej i wymiennej stwierdzono zarówno na poszczególnych powierzchniach, jak i w warstwach gleb.
Tabela 1 Skład granulomelryczny i zawartość C-organicznego w badanych glebach
Texture and the content of organie С in soils under investigation
Obiekty Treatments
Procentowy udział frakcji o średnicy w mm Per cent of fractions of mm in dia
% С org. % of org. С 1-ОД 0,1-0,05 0,05-0,02 0.02-0,005 0,005-0,002 <0,002 A 5 8 - 8 5 72 3 - 1 5 10 2 - 1 5 7 2 - 8 1 - 3 5 2 1 - 8 4 0,56 - 1,13 9,93 В 6 6 - 8 6 74 2 - 1 1 9 3 - 1 6 7 1 - 8 2 - 5 5 3 1 - 4 2 0,94 - 1,20 1,09 С 6 8 - 7 8 72 3 - 1 8 9 5 - 1 4 8 2 - 8 2 - 5 4 4 2 - 5 3 0,98 - 1,29 1Д7
Stan zakwaszenia gleb State of soils acidification
Tabela 2 Obiekty Treatments Głębokość Depth cm pH к а Kwasowość hydrolityczna Hydrolitic acidity mmol(+)*kg'1 Kwasowość wymienna Exchangeable acidity mmo^+^kg'1 Zawartość Al ruchomego The content of Al mobile mg*kg1 0-20 3,93 44,6 12,4 103,3 A 20-40 4,15 37,7 10,4 86,9 40-60 4,49 29,3 5,2 43,6 0-20 3,91 46,6 12,4 100,0 В 20-40 4,21 37,6 8,3 66,6 40-60 4,89 26,2 3,2 27,0 0-20 4,27 41,7 7,4 57,6 С 20-40 4,62 33,2 6,0 49,3 40-60 4,93 26,1 3,6 28,1 NIR-LSD - n.i. - n.s. 3,2 27,8 NIR-LSD - 4,6 3,2 27,8
Największą dynamikę spadku wraz z głębokością wykazywały wartości kwasowości wymiennej. Zdecydowanie niższe wartości kwasowości wymien nej odnotowano w glebach na powierzchni С w porównaniu z powierzchniami A i B.
O kwasowości wymiennej gleb decydował głównie glin ruchomy, którego wzrastająca zawartość powodowała nasilenie choroby fizjologicznej na życie. Na powierzchniach, gdzie w warstwie ornej gleb było glinu ruchomego powy żej 70 mg/kg rośliny, występowały wyraźne symptomy choroby fizjologicznej, a powyżej 90 mg/kg żyto wypadało całkowicie.
Wyraźny spadek zawartości glinu ruchomego w glebach z powierzchni С spowodowany był z jednej strony wyższym pH, które prowadziło do przecho dzenia Al3+ w Al(OH)2+, A1(0H)2+ i А1(ОН)з' , a z drugiej podwyższoną zawartością próchnicy.
Jony Al(OH)2+ i А1(ОН)г+ ulegają polimeryzacji i łączą się z substancją organiczną gleby lub ulegają sorpcji na powierzchni minerałów ilastych [5, 9, 11]. Są to procesy praktycznie unieruchamiające glin, chociaż w przypadku wzrostu zakwaszenia oraz mineralizacji i starzenia się związków próchnicz- nych, kompleksy te mogą ulegać hydrolizie i stanowić źródło dodatkowych protonów i kwasowości gleby. Oddziaływanie próchnicy polega na tworzeniu połączeń liganolowych Al z kwasami organicznym, w których glin jest mniej aktywny niż w postaci polimerów Al(OH)2+ i Al(OH)2+ [6, 9].
Zawartość kationów wymiennych w próbkach gleb z poszczególnych po wierzchni i warstw wykazywała duże zróżnicowanie (tab. 3). Próbki z pozio mów akumulacyjnych z powierzchni, na których obserwowano całkowite wypadanie żyta, zawierały zdecydowanie mniej wymiennych kationów zasa dowych niż próbki z powierzchni, gdzie rośliny rosły normalnie. W warstwach głębszych gleb (20-40 i 40-60) z powierzchni z wyraźnymi objawami choroby fizjologicznej żyta stwierdzono więcej kationów wapnia, potasu i magnezu. One to stanowiły główne źródło kationów dla żyta w okresie suszy.
Zmiany w zawartości przyswajalnych form fosforu, potasu i magnezu w glebach (tab. 4), na których żyto wykazywało symptomy choroby fizjologicz nej spowodowanej wtórnymi skutkami silnego zakwaszenia, były mniej wyra źne niż w przypadku kationów wymiennych i nie odnotowano ścisłych zwią zków z wyglądem roślin. Najwyższą zawartość fosforu stwierdzono w glebach najsilniej zakwaszonych, zawierających dużo toksycznego glinu, gdzie żyto wykazywało wyraźne objawy niedoboru P, natomiast tam, gdzie rośliny rosły dobrze w warstwie ornej było mniej fosforu przyswajalnego niż w glebach z powierzchni A i B.
Nasilenie symptomów chorób fizjologicznych na życie, spowodowane wtó rnymi skutkami silnego zakwaszenia gleb, miało największy związek z wystę powaniem glinu ruchomego. Wzrost stężenia Al3+ w glebie ograniczał wzrost i rozwój roślin żyta, a w skrajnych przypadkach następowało ich zasychanie i wypadanie. Pierwszymi objawami choroby fizjologicznej były plamy chloro- tyczne wzdłuż nerwów, przy czym wiązki naczyniowo-sitowe pozostawały przez dłuższy czas zielone. Często na źdźbłach i dolnych stronach blaszek liści
najstarszych występowały matowe purpurowe lub fioletowe przebarwienia. W następnym etapie symptomy charakterystyczne dla braku magnezu i fosforu nasilały się, a obrzeża i końce liści starszych brązowiały i zasychały. Liście traciły turgor i zwijały się wzdłuż nerwu głównego. Takie żyto nie osiągało fazy kłoszenia, chociaż kłos był wyczuwalny w pochwie liściowej.
Tabela 3 Zawartość kationów wymiennych w glebach [m g'kg1]
The content of exchangeable cations in soils [mg*kg-l]
Obiekty Treatments
Głębokość Kationy wymienne — Exchangeable cations Depth [cm] Mg2+ Ca2+ K+ Na+ 0-20 22,5 35,8 19,1 2,5 A 20-40 7,0 30,0 20,6 1,3 40-60 8,5 42,2 22,1 2,5 0-20 4,9 36,3 23,1 3,5 В 20-40 8,7 40,8 30,2 2,4 40-60 12,1 41,7 19,2 2,1 0-20 38,2 61,6 31,8 3,3 С 20-40 3,2 63,3 22,0 2,8 40-60 1,9 54,3 16,9 2,6
NIR-LSD ni. - ns 15,9 ni. - ns. ni.-ns.
NIR-LSD 9,4 ni.-ns. ni. -ns. ni.-ns.
ni. - różnice nieistotne; ns. - not significant differences
Pomimo tak wyraźnych różnic we wzroście i rozwoju żyta z poszczegól nych powierzchni, zawartość podstawowych makroelementów i glinu w czę ściach nadziemnych i korzeniach okazała się stabilna (tab. 5). Wyjątek stanowią mangan i żelazo, których zawartość istotnie zależała od kondycji roślin. Żyto z powierzchni z silnymi objawami toksyczności zawierało prawie dwukrotnie więcej manganu niż żyto o normalnym wzroście. Zależność ta dotyczyła również żelaza, lecz tylko w częściach nadziemnych, natomiast w korzeniach najwięcej Fe stwierdzono w życie z powierzchni C, zaś najmniej z powierzchni A.
Wyniki badań składu mineralnego żyta o bardzo dużych różnicach we wzroście praktycznie nie tłumaczą zaburzeń w odżywianiu. Rośliny słabe i zasychające oraz dorodne o normalnym wzroście zawierały podobne ilości podstawowych makroelementów.
Tabela 4 Zawartość przyswajalnego fosforu, potasu i magnezu w glebach [mg*kg_1]
The content of available phosphorus, potassium and magnesium in soils [mg^kg*1]
Obiekty Treatments Głębokość Depth [cm] Fosfor Phosphorus Potas Potassium Magnez Magnesium 0-20 41,5 44,8 7,6 A 20-40 34,0 46,0 8,3 40-60 30,4 42,0 7,1 0-20 42,7 43,2 6,9 В 20-40 26,2 48,2 7,9 40-60 13,8 29,7 8,5 0-20 29,4 56,4 8,7 С 20-40 26,4 50,6 7,8 40-60 12,4 34,0 16,2
NIR-LSD 12,1 ni. - ns. ni.-ns.
NIR-LSD 12,1 ni.- ns. ni.-ns.
ni. - różnice nieistotne; ns. - not significant differences
Tabela 5 Zawartość niektórych pierwiastków w życie
The content of some elements in rye
Obiekty N P К Ca Mg Al Mn Fe
Ireatments
%
części nadziemne - underground parts
A 2,36 0,59 2,36 0,29 0,05 0,12 324,0 1025,0 В 1,96 0,33 2,23 0,26 0,06 0,13 248,3 662,5 С 2,11 0,34 2,38 0,28 0,06 0,13 175,7 435,0 korzenie - roots A 1,69 0,26 1,69 0,13 0,05 0,27 452,0 760,0 В 1,07 0,22 1,46 0,11 0,05 0,27 384,7 933,3 С 1,04 0,21 1,30 0,07 0,05 0,26 239,6 1152,0
Rośliny o normalnym wzroście wytwarzały większą biomasę niż rośliny słabe, co przy takiej samej procentowej zawartości pierwiastka decydowało o wielokrotnie większym jego pobraniu. Najsłabsze rośliny żyta po w ytw o rzeniu dwóch, trzech liści zamierały na skutek toksycznego oddziaływania glinu na korzenie. W tym krótkim okresie wegetacji pobrały one pewną ilość składników pokarmowych z gleby, nastąpiła też translokacja biopierwia- stków z ziarna do liści i korzeni, jednak z uwagi na brak przyrostu biomasy nie zaszło rozcieńczenie pierwiastków w roślinie i stąd stosunkowo wysoka ich zawartość. W życie o normalnym wzroście, w którym dynamika przy rostu suchej masy i pobieranie składników pokarmowych cechowały się różną intensywnością, odnotowano spadek ilości pierwiastków wraz z w ie kiem roślin.
WNIOSKI
Przeprowadzone badania upoważniają do wyciągnięcia następujących wniosków:
1. Plantacje żyta z widocznym udziałem roślin wykazujących symptomy choroby fizjologicznej spowodowanej silnym zakwaszeniem gleb zlokali zowane były głównie w północnej części makroregionu środkowowschod niego na glebach wytworzonych z piasków glinastych lub glin lekkich, wykazujących silne zakwaszenie (pH poniżej 4,0 w wierzchniej warstwie 0 - 2 0 cm).
2. Gleby z powierzchni, na których żyto wypadało całkowicie lub wykazy wało wyraźne symptomy choroby fizjologicznej spowodowanej silnym zakwa szeniem, zawierały Al3 w ilości większej niż 90 mg/kg i poniżej 1,0% węgla organicznego.
3. Choroba fizjologiczna żyta na glebach silnie zakw aszonych uzew nętrzniała się objaw am i braku m agnezu, fosforu i potasu. A naliza ch e m ic z n a r o ś lin nie p o tw ie rd z iła z a le ż n o ś c i m ięd zy z a w a r to ś c ią przysw ajalnych form m akroelem entów w badanych glebach kw aśnych i w życie.
4. R ó żnice na tych sam ych p lan tacjach we w zro ście i rozw oju żyta od c a łk o w iteg o w y padania roślin do n o rm alnego w zro stu w y n ik ały p rzed e w szy stk im ze zm iennej zaw arto ści to k sy czn eg o glinu ru c h o m ego w g le b ie. W ydaje się, że sym ptom y niedoboru fosforu i m a g nezu w ży cie były pow odow ane w w iększym stop niu nadm iarem A l3+ n iż nied ob orem w g lebie d o stęp ny ch dla ro ślin form M g, Ca, P i K.
LITERARURA
[1] A la m S .M ., 1981: Influence of aluminium on plant growth and minera! nutrition o f barley. Soil
Sei. Plant Nutr. 12,2: 121-138.
[2] A nioł A., 1985: Tolerancyjnośćzbóż na toksyczne działanie jonów glinu. Biul. IHAR 1985,156; 185-194.
[3] B arszczak T., Bielski J., 1983: Działanie glinu na rośliny. Post. Nauk Roi. 3: 23-30.
[4] D cchnik I., Filipek T., 1984: Stan odżywienia pszenicy na glebach kwaśnych. Nowe Roi. 10:
1-2.
[5] D echnik I., F ilipek T ., 1987: Changes in saturation of the soil sorption com plex w ith cations after applying various doses o f nitrigen and potassium for four years. Pol. J. Soil Sei. 20/1: 41-46.
[6] Filipek T., 1989: W ystępowanie glinu ruchomego w glebie i jego oddziaływanie na rośliny. Post. Nauk Roi., 4/5/6: 3-14.
[7] Filipek T., 1990: Kształtowanie się równowagi jonowej w życie w zależności od wysycenia gleb kationami. Rocz. Glebozn. 41, 1/2: 133-143.
[8] J o n e s L .H ., 1961: A lu m in iu m u p tak e and to x ic ity in p la n ts. P la n t and Soil 13: 2 9 7 -3 1 0 .
[9] Mae LLeod L.BM Jackson L .l\ , 1967: Water soluble and exchangeable aluminium in acid soil
as affected by liming and fertilization. Can. J. Soil Sei. 47: 203-210.
[10] M o to w ic k a -T e r la k T ., 1980: R eakcja n ie k tó ry c h ro ś lin u p raw n y ch na w y s tę p o w a n ie ru c h o m y c h frak cji g lin u w g le b ie w d o św ia d c z e n iu w a z o n o w y m . Pam . P uł. 73: 1 5 1 -1 6 6 .
[11] P r a t t P. F., 1962: Phosphorus and aluminium interactions in the acidification of soil. Soil Sei. Soc. Am. Proc. 25: 467-469.
[12] U hlen G., 1985: The toxic effect of alum inium on barley plants in relation to ionic- com position o f the nutrient solution. II. Soil solution studies. Acta A gric. Scand. 35, 3: 271-277.
T. Filipek, A. Badora
R E SP O N SE OF C ER EA LS TO ST R O N G SO IL A C ID IT Y PA R T I. R Y E (SECALE CEREALE L.)
Department of Agricultural Chemistry, Agricultural University of Lublin
Summary
T h e r e s p e c tiv e in v e s tig a t io n s w ere lo c a te d in northern part o f the c e n tr a l-e a ste r n r e g io n o f P o la n d , on rye fie ld s . S ec o n d a r y sy m p to m s o f the s o il a c id ific a tio n w e r e o b s e r v e d . T h ree fo llo w in g treatm en ts on ea ch rye fie ld w ere d is tin g u ish e d : A - a rea s, o n w h ic h rye p erish ed or did not a c h ie v e the g e n e r a tiv e d e v e lo p m e n t sta g e , В - a rea s, on w h ic h sh o w e d sec o n d a r y s o il a c id ity s y m p to m s, but a c h ie v e d the g e n e r a tiv e d e v e lo p m e n t sta g e , С - areas o f a co rrect g ro w th o f rye. T h e w o r st g r o w th o f rye w a s fou n d on s o ils c o n ta in in g o v e r 9 0 m g m o b ile A1 per 1 kg s o il and le s s than 1. 0 % o f o rg a n ic carb on . S y m p to m s o f the p h o sp h o ru s, m a g n e siu m
and potassiu m d eficien cy in rye on acid so ils proved rather an ex c e ss o f the m ob ile a lu m in iu m c o n te n t than a d e f ic ie n c y o f a v a ila b le P, M g , Ca and К form s in s o i ls .
Pracę złożono w redakcji w maju 1992 r. Pro}\ dr Tadeusz Filipek
Katedra Chemii Rolnej Akademia Rolnicza w Lublinie 20-033 Lublin, Ademicka 15
