ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE T. XLV NR 1/2 W ARSZAW A 1994: 7 7 -8 3
ALEKSANDRA BADORA, TADEUSZ FILIPEK
R E A K C JA Z B Ó Ż NA SILN E Z A K W A SZEN IE GLEB.
CZ. II. W PŁY W SILN EG O Z A K W A SZEN IA G LEB
NA SK ŁA D M IN ERA LN Y PSZ EN IC Y
W FA ZIE K ŁO SZEN IA
Katedra Chemii Rolnej Akademii Rolniczej w Lublinie
W S T Ę P
N iniejsze opracow anie stanow i kontynuację badań dotyczących reakcji czte rech podstaw ow ych zbóż na silne zakwaszenie gleb [Filipek, Badora 1992]. W iadom o, że poszczególne zboża wykazują zróżnicow aną odporność na niskie pH gleby, a co za tym idzie na stężenie glinu ruchom ego [Filipek 1990; N ugw ira et al. 1976; Najdoo et al. 1978; Nowaczyk, Borys 1974]. Pom im o że pszenica nie powinna być upraw iana na glebach lekkich i silnie kwaśnych, w regionie śro d kow ow schodnim kraju spotyka się jej uprawę na takich glebach. W iosenne żółknięcie i przepadanie zbóż skłoniło autorów do przeprow adzenia badań, które m iały charakter rozpoznaw czy, a nie formę ścisłego eksperym entu polow ego. Próbow ano ustalić, czy reakcja zbóż na zakwaszenie gleb była spow odow ana brakiem składników pokarm owych (P i Mg) w glebie, czy może antagonizm em m iędzy pierw iastkam i [Gorlach, Curyło 1990]. Starano się rów nież ustalić, jaki w pływ ma kwaśny odczyn gleb na skład m ineralny badanych roślin [Batalin, U rbanow ski 1969; Gorlach, Curyło 1990].
M E T O D Y K A B A D A Ń
Próby glebow e z w arstw 0-20, 2 0 -4 0 i 4 0 -6 0 cm oraz próby roślin (faza kłoszenia - 10 w g skali Feekesa) pobierano z upraw pszenicy znajdujących się w
78
A. В adora, T. Filipek
północnej części regionu środkow ow schodniego. W ybierano losowo tylko te pola, na których w idoczne były miejsca z pożółkłymi roślinam i. Na tych polach, podobnie jak w I części opracowania [Filipek, Badora 1992], w ydzielono obiekty o różnej intensywności nasilenia na roślinach sym ptom ów silnego zakw aszenia gleb:
A - o b ie k ty , na których rośliny były zaschnięte i ginęły,
В - obiekty, gdzie na dolnych liściach pszenicy w ystąpiły w yraźne objaw y niedoboru m agnezu i fosforu,
С - o b ie k ty , na których rośliny były zielone i rosły dobrze.
Z wyw iadu przeprow adzonego w śród rolników wynika, że przedplonem psze nicy uprawianej na piaskach gliniastych były najczęściej ziem niaki, na glinach lekkich zaś -k o n ic z y n a czerwona. Nawożenie m ineralne (NPK) było stosunkow o niskie i w ynosiło najwyżej 80 kg/ha. W apnowania w ostatnich czterech latach nie stosow ano.
W pobranych próbach glebowych oznaczono:
- skład granulom etryczny m etodą areom etryczną Casagranda w m odyfikacji Prószyńskiego,
- zaw artość węgla organicznego m etodą Tiurina (próbki z warstw 0 -2 0 cm), “ PH KCb
- kw asow ość hydrolityczną m etodą Kappena,
- kw asow ość w ym ienną i zawartość glinu ruchom ego m etodą Sokołowa, - zaw artość kationów wym iennych oznaczono traktując glebę roztworem CH3CO O N H4 w stężeniu 1 mol • dm-3 o pH = 7,
- w przesączu zaw artość kationów Ca2 , K +, Na+ oznaczono m etodą fotom etrii płom ieniow ej, M g2+ - m etodą Schachtschabela,
-za w arto ść p rzy sw a ja ln y c h form fosforu i potasu oznaczono m etodą Egnera- Riehm a, a m agnezu - m etodą Schachtschabela.
W próbach roślin (części nadziemne i korzenie), po ich m ineralizacji w stężonym H2SO4 z dodatkiem H2O2, oznaczono:
- azot m etodą Kjeldahla, fosfor kolorym etrycznie m etodą w anadow o-m olib- denianow ą,
- wapń i potas — fotopłom ieniow o, - g l i n kolorym etrycznie zalum inonem , - m agnez, m angan i żelazo - m etodą ASA.
W Y N IK I B A D A Ń I D Y S K U S JA
Skład granulom etryczny gleb, na których uprawiano pszenicę, okazał się m ało zróżnicow any m iędzy obiektami А, В i C, nie m ógł więc być czynnikiem w pły wającym na warunki wzrostu roślin (tab. 1). Były to przeważnie piaski gliniaste, rzadziej gliny lekkie. Zwiększonej ilości węgla organicznego na obiekcie С - o praw ie 27% w porównaniu z obiektem A - odpowiadała m niejsza zaw artość glinu
Rcakcja zbóż na zakwaszenie gleb. С z. I_f_
79
TABELA 1. Skład granulometryczny gleb i zawartość w nich C- organicznego Granulometric composition of soil and the content of organic С in soils
Obiekty Procentowy udział frakcji o średnicy [mm] Per cent of fractions of diameter [mm]
C org. Org. С Treatments 1-0,1 0,1-0,05 0,05-0,02 0,020-0,005 0,005-0,002 <0,002 [%] л 5 4 - 8 9 2 - 1 1 2 - 1 8 1 - 1 2 2 - 6 1 - 6 0,70 -1 ,2 9 A 67 7 12 7 3 3 0.95 В 5 1 - 8 9 4 - 1 1 2 - 2 0 1 - 1 1 1 - 3 1 - 8 0 ,8 3 - 1 ,1 3 71 7 8 7 2 4 0,94 г л 5 0 - 9 0 3 - 1 0 3 - 2 0 1 - 1 0 2 - 6 1 - 15 1 ,0 9 - 1 ,6 6 66 8 11 6 4 5 1,30
ruchom ego. Praw dopodobnie następowało tworzenie się zw iązków kom plekso w ych glinu z materiat organicznat [Filipek 1990; Pokojska 1979].
We w szystkich obiektach stwierdzono silne zakwaszenie gleb (tab. 2). N ajniż sze w artości pH K a zanotow ano w warstwie 0 - 2 0 cm na w szystkich obiektach, przy czym odczyn w zrastał od obiektu A do obiektu С oraz zm ieniał się w raz z głębokościat od bardzo kwaśnego do kwaśnego.
Glin w ilościach uznawanych za toksyczne (powyżej 40 m g/kg [Filipek, Ba- dora 1992; N ajdoo et al. 1978]) występow ał w glebach z obiektów A i В, a w ięc tam, gdzie rośliny ginęły całkowicie lub wykazywały bardzo w yraźne sym ptom y silnego zakw aszenia gleb. W warstwie ornej obiektu A zaw artość glinu przekra czała 1 0 0 m g/kg gleby.
Próbki gleb z poziom ów akum ulacyjnych obiektu, na którym rośliny ginęły całkow icie, zaw ierały mniej wym iennych kationów zasadow ych niż z m iejsc, gdzie rośliny rosły dobrze i nie wykazywały sym ptom ów silnego zakw aszenia gleb (tab. 3).
Zasobność badanych gleb w składniki przyswajalne kształtow ała się w odnie sieniu do P i К na poziom ie niskim i średnim, a dla Mg na poziom ie bardzo niskim (tab. 4). Pom im o że różnice w zawartości przyswajalnych składników m iędzy obiektam i А, В i С były niewielkie, zróżnicow anie w w yglądzie pszenicy pocho dzącej z poszczególnych obiektów z tego samego pola było znaczne. Przyczynę ż ó łk n ięcia i przepadania zbóż na kw aśnych glebach upatryw ał Jaśkow ski [1971a,b, 1972] w znacznych niedoborach magnezu dostępnego dla roślin. A uto rzy niniejszego opracow ania zgadzają się tylko częściow o z tą opinią. Różnice w w yglądzie pszenicy na poszczególnych obiektach А, В i С należałoby ściśle pow iązać ze w zrastającym stężeniem jonów A l3+ w glebie.
Rośliny pszenicy z obiektów A, gdzie stężenie glinu w glebie przekraczało 100 mg/kg, ginęły całkow icie. Na roślinach z obiektów В nasiliły się sym ptom y niedoboru Mg, objaw iające się chlorotycznym i plamami (m arm urkow atość) prze chodzącym i w żółte pasy, oraz symptom y niedoboru P, tj. liście były m atow e i m iały purpurow y odcień. Na starszych liściach pszenicy m ożna było zauw ażyć
80
A. Badora, T. Filipek
TABELA 2. Stan zakwaszenia gleb - State of soils acidification
Obiekty Treatments Głębokość Depth [cm] рНкст Kwasowość hydrol ityczna Hydrolitic acidity [mmol (+)-kg~1] Kwasowość wymienna Exchangeable acidity [mmol (+)-k£"l ] Zawartość Al ruchomego The content of mobile A1 [mg/kg] 0 - 2 0 3,85 47,6 13,3 101,7 A 2 0 - 4 0 4,44 30,5 6,9 57,7 4 0 - 6 0 4.90 24,0 3.1 25,0 0 - 2 0 3,79 47,6 12.7 100,7 В 2 0 - 4 0 4,36 33,8 6,9 55,8 4 0 - 6 0 4,90 25,7 5,0 42,7 0 - 2 0 4,08 47,6 10,3 84,8 С 2 0 - 4 0 4,42 37,1 8,2 68,7 4 0 - 6 0 4,90 30,2 3,5 25,7
NIR - LSD - n.i. n. i. n.i.
N I R -L S D - 5,4 3,0 26.0
n.i. - różnice nieistotne - not significant differences
nekrotyczne, rdzawe plamy, które świadczyły o nadmiarze m anganu. N atom iast pszenica na obiektach С rosła dobrze. Pomimo wyraźnych różnic w w yglądzie roślin nie zanotow ano znacznych różnic w składzie m ineralnym pszenicy z obiektów А, В i С (tab. 5). Stężenie glinu ruchom ego miało pewien wpływ na zaw artość m agnezu w roślinach. Na ogół mniej tego składnika zawierały rośliny z obiektów o największej zawartości glinu ruchom ego w glebie. U zyskane wyniki potwierdzajat dane z literatury o m ożliwości antagonistycznego oddziaływ ania
TABELA 3. Zawartość [mg/kg] kationów wymiennych w glebach The content [mg/kg] of exchangeable cations in soils
Obiekty Głębokość Mg2+ Oa2+ K+ Na+ Treatments Depth [cm] 0 - 2 0 12,9 34.5 21.9 2,4 A 2 0 - 4 0 5,8 45,0 19,7 2,6 4 0 - 6 0 17,8 82,2 23,6 2,0 0 - 20 12,2 44,1 33,9 3,4 В 2 0 - 4 0 22,7 42,9 22,8 3,0 4 0 - 6 0 12,2 67,2 18.2 3,5 0 - 2 0 18,7 61,7 30,6 5,6 С 2 0 - 4 0 9,8 59.6 20,9 2,6 4 0 - 6 0 8,7 102,9 18,0 2,3
7,0 n..i. n.i. n.i.
N I R -L S D
NIR - LSD n.i. 31,9 7,9 n.i.
Reakcja zbóż lia zakwaszenie gleb. С z. IJ_
81
TABELA 4. Zawartość [mg/kg] przyswajalnego fosforu, potasu i magnezu w glebach The content [mg/kg of] available phosphorus, potassium and magnesium in soils
Obiekty Głębokość Fosfor Potas Magnez
Treatments Depth [cm] Phosphorus Potassium Magnesium
0 - 2 0 36,8 42,0 11,3 A 2 0 - 4 0 20,8 40,5 13,7 4 0 - 6 0 5,8 33,2 14,3 0 - 2 0 28,4 55,6 9,7 В 2 0 - 4 0 19,6 40,2 37,8 4 0 - 6 0 8,7 31,2 55,3 0 - 2 0 31,2 54,2 9.7 С 2 0 - 4 0 19,8 46,2 11,9 4 0 - 6 0 15,8 38.7 18,5 NIR - LSD N I R -L S D
n.i. n.i. n.i.
10,1 n.i. n.i.
n.i. - różnice nieistotne - not significant differences
jonów A l3+ na pobieranie Mg przez rośliny [Batalin, Urbanowski 1969; Gorlach, Curyło 1990; Nugwira et al. 1976]. Stosunkowo w ysoką procentow ą zaw artość N, P, К i Ca w roślinach z obiektów A i В w porównaniu z pszenicat z obiektu С należałoby tłum aczyć dużym nagrom adzeniem się tych pierwiastków ( i brakiem ich rozcieńczenia) w wyniku nieprzyrastania biomasy roślin [Filipek 1990; G or lach, Curyło 1990]. W ysoka koncentracja fosforu w korzeniach pszenicy wiąże się praw dopodobnie z wew nątrztkankowym wytracaniem tego pierwiastka przez jony glinu [Nugwira et al. 1976; Najdoo et al. 1978; Nowaczyk, Borys 1974]. Zjaw isko to zostało w niniejszych badaniach potwierdzone statystycznie, bowiem ilość glinu ruchom ego w glebie z warstwy 0 - 2 0 cm korelowała dodatnio z ilością fosforu w korzeniach (rxy = 0,49; b xy = 0,001).
Zaw artość m anganu i żelaza w roślinach pszenicy była istotnie zależna od ich w yglądu. Pszenica z obiektu A zawierała prawie dwukrotnie więcej m anganu niż z obiektu C. Podobna tendencja wystąpiła w częściach nadziemnych w odniesieniu do żelaza. W korzeniach pszenicy najwięcej Fe stw ierdzono w obiekcie С, a najm niej w obiekcie A (tab. 5).
W N IO S K I
Przeprow adzone badania upoważniają do wyciągnięcia następujących w nio sków:
1. W obiektach, w których rośliny pszenicy ginęły całkow icie lub w ykazyw ały ostre sym ptom y niedoboru Mg i P, zawartość glinu w warstwie ornej przekraczała 40 m g/kg gleby, a nawet dochodziła do 100 mg/kg gleby.
2. Poniew aż zasobność badanych gleb w składniki przysw ajalne nie w ykazy wała na poszczególnych obiektach zasadniczych różnic, objawy niedoboru Mg i
82
A. Badom, T. Filipek
TABELA 5. Zawartość niektórych pierwiastków w pszenicy w fazie kłoszenia _______ The content of sonie elements in wheat in ear emergence stage_______
Obiekty N P К Ca Мц Al Mn Fe
Treatments \%] [mg/kg]
Części nadziemne - Underground parts
Л 2,32 0,31 2,65 0,38 0,04 0,10 569,0 1087,8 В 2,34 0,34 2,77 0,30 0,04 0,13 418,2 762,5 С 1,69 0,29 2,50 0,29 0,05 0,12 240,7 395,8 Korzenie - Roots A 1,61 0,22 1,56 0,11 0,04 0,28 600,0 " 945,0 В 1.34 0,18 1,50 0,13 0,04 0,27 565,5 1045,0 С 0,81 0,15 1,18 0,10 0,05 0,29 396,8 1383,0
P na roślinach oraz nadmiaru Mn należy ściśle w iązać z silnym zakw aszeniem gleb i w ysoką koncentracją glinu ruchomego.
3. Pom im o wyraźnych różnic we wzroście i rozwoju pszenicy z poszczegól nych obiektów , jej skład mineralny nie zmienił się znacząco.
4. Stw ierdzono dodatnią korelację między zaw artością glinu ruchom ego w w arstw ie 0 - 2 0 cm gleby a koncentracją fosforu w korzeniach pszenicy.
5. W ysoka zaw artość Mn i Fe w częściach nadziemnych pszenicy potw ierdza diagnozę w izualną dotyczącą nadmiaru manganu, co wiąże się z silnym zakw a szeniem gleb.
L IT E R A T U R A
BATALIN M., URBANOWSKI S., 1969: Nawożenie gleb kwaśnych. Cz. II. Wpływ nawozów mine ralnych na plon seradeli na silnie kwaśnej glebie piaskowej. Pum. Pul. 31: 99-105.
FILIPEK T., 1990: Kształtowanie się równowagi jonowej w życie w zależności od wysycenia gleb kationami. Rocz. Glebozn. 41, 1/2: 133-143.
FILIPEK T., BADORA A., 1992: Reakcja zbóż na silne zakwaszenie gleb. Cz. I. Żyto. Rocz. Glebozn. 44, 1/2: 47-54.
GORLAOH E., CLJRYLO T., 1990: Wpływ odczynu gleby na pobieranie potasu, sodu, magnezu i wapnia przez różne gatunki roślin. Rocz. Glebozn. 41, 1/2: 117-131.
JAŚKOWSKI Z., 1971a: Badania przyczyn żółknięcia zbóż na bardzo kwaśnych glebach lekkich. Cz. I. Zawartość magnezu w glebach i roślinach. Pam. Pul. 42: 105-115.
JAŚKOWSKI Z., 1971 b: Badania przyczyn żółknięcia zbóż na bardzo kwaśnych glebach lekkich. Cz. II. Wpływ nawożenia magnezowego. Pum. Pul. 50: 97-115.
JAŚKOWSKI Z., 1972: Działanie nawozów mineralnych na bardzo kwaśnych glebach piaskowych.
Post. Nu и к Roi. 4: 59-67.
NUGWIRA L. M., ELGAWHARY S.M., PATEL K. I., 1976: Differential tolerance o f triticale, wheat, rye and barley to aluminium in nutrient solution. A gron. J. 68: 782-787.
NAJDOO G., STEWARD J. D., LEWIS R. J., 1978: Accumulation sites of AI snapbean and cotton roots.
Agron. J. 70, 3: 489-492.
NOWACZYK E., BORYS M., 1974: Rola glinu w życiu rośliny. Post. Nuuk R o i 6: 3-23.
POKOJSKA U., 1979: Geochemical studies on podzolization. Part I. Podzolization in the light o f the profile distribution of various forms o f iron and aluminium. Rocz. Glebozn. 30, 1: 207-215.
Reakcja zbóż na zakwaszeme gleb. Cz. l]_
S3
A. BADORA, 'Г. FILIPEK
T H E RESTON SE O F CEREALS TO STRONG SO IL ACIDITY. PA R T П. T H E EFFEC T O F STRONG SO IL ACIDITY O N M IN ERA L CO M PO SITIO N O F W H EA T IN EA R EM ER G EN CE STA G E
Department o f Agricultural Chemistry, Agricultural University o f Lublin S U M M A R Y
The aim o f this paper was to study the effect of the strong soil acidity on the mineral composition o f wheat in the ear emergence stage. There were no differences in the mineral composition of wheat apart from significant distinctions in growth and development. Because of little differences of available nutrients in soils from areas with differentiated wheat growth, symptoms of deficiency of magnesium and phosphorus and excess of manganese in wheat leaves depended on strong soil acidification and high concentration of mobile aluminium.
Praca wpłynęła cło redakcji w październiku 1003 r. D r Aleksandra Badora
Katedra C hem ii Rolnej, Akadem ia Rolnicza w Lublinie 20-033 Lublin, A kadem icka 15
