R O C Z N IK I G L E B O Z N A W C Z E T. X X X V III, N R I. S. 1 3 3 - 1 4 1 . W A R SZ A W A 1987
JÓZEF KOBUS, EWA KUREK , ELŻBIETA CZECHOWSKA, A N N A SŁOMKA, D A N U T A KULPA
W PŁYW N A W O ŻEN IA O R G A N IC Z N E G O NA AK TY W N O ŚĆ B IO LO G IC ZN Ą Z D E G R A D O W A N E J GLEBY L E S SO W E J1
Pracownia Mikrobiologii Środowiskowej Instytutu Mikrobiologii UMCS
Erozja wodna należy do groźnych zjawisk przyrodniczych pow odują cych degradację powierzchniowej warstwy gleby na dużych obszarach. W warstwie tej skupia się głównie aktywność biologiczna i biochemiczna gleby. Od tej aktywności uzależniona jest urodzajność gleby. Według przeprowadzonych badań [5] erozją zagrożonych jest w Polsce około 20% gleb. D o najbardziej podatnych na ten proces należą gleby lessowe. Gleby zdegradowane wymagają wielu zabiegów technicznych i agrotechnicznych, których celem jest zabezpieczenie przed dalszą erozją oraz odbudowanie aktywności biologicznej powierzchniowej warstwy gleby. Jednym z tych zabiegów jest wprowadzenie do gleby materii organicznej [11].
Celem prezentowanych badań było określenie, jaki rodzaj materii orga nicznej najszybciej wpływa na ożywienie biologiczne zdegradowanej gleby.
MATERIAŁY I METODY
D o badań użyto próbek gleb z doświadczeń poletkowych założonych przez Pracownię Erozji Gleb I U N G na zdegradowanej glebie lessowej (pozbawionej poziom u próchnicznego) na terenie PGS Olszanka, woj.
Chełm. V
Schemat doświadczenia był następujący:
— kontrola — gleba bez nawożenia organicznego, — g leba+ ziemia próchniczna (700 t/ha),
— g leb a+ zielonka z ż y ta 2,
1 Badania finansowane przez IU NG w ramach problemu 107U -2 01 За
2 Nawozy organiczne w seriach 3— 5 wnoszono w ilości odpowiadającej 30 t/ha obornika w przeliczeniu na suchą masę części organicznej.
134 J. K obus i in. — gleba + kom post z kory,
— gleba + osad ściekowy z oczyszczalni w Zamościu, — gleba + obornik 30 t/ha,
— gleba + obornik 60 t/ha.
Wszystkie poletka nawieziono dodatkow o N P K (100, 35, 77 kg/ha). W pierwszym roku doświadczenia na poletkach upraw iano buraki i ziemniaki, w drugim zaś jęczmień z wsiewką koniczyny i owies. Próbki do analiz mikrobiologicznych i biochemicznych pobierano w okresie wiosennym, jesien nym i letnim. Po pobraniu próbki glebowe przesiewano przez sito o śred nicy 2 mm i do czasu analizy przechowywano w 4°C. W próbkach tych wykonywano następujące analizy:
— m i k r o b i o l o g i c z n e :
— ogólną liczebność bakterii i promieniowców m etodą płytkową na podłożu agarowym z wyciągiem glebowym + K 9H P 0 4,
— liczebność grzybów m etodą płytkową na podłożu M artina,
— liczebność bakterii z rodzaju Azotobacter na podłożu W inogradskiego, — najbardziej praw dopodobną liczbę (M PN ) am onifikatorów na pożywce płynnej Pochona i Tardieux,
— M PN nitryfikatorów na pożywce Levisa i Primera,
— rozkład celulozy na pożywce agarowej pokrytej krążkami bibuły W hatm an,
— m iano bakterii z grupy E. coli oraz występowanie bakterii z grupy
Salmonella zgodnie z techniką zalecaną przez PZH [8];
— b i o c h e m i c z n e :
— aktywność inwertazy m etodą Hofm ana i Hoffmana w modyfikacji R o s s a [9],
— aktywność ureazy m etodą G o r i n a i C h i n a [3],
— aktywność dehydrogenaz m etodą Lenharda w modyfikacji С a s i d y i wsp. [2].
Przedstawione na rysunkach wyniki badań stanowią średnie wartości uzyskane w 3 okresach sezonu wegetacyjnego roślin.
WYNIKI B AD AŃ I ICH OMÓWIENIE
Ogólna liczebność drobnoustrojów wahała się w granicach od kilku do kilkudziesięciu milionów w 1 g gleby. N a ich liczbę miał bardzo wyraźny wpływ rodzaj dodanej materii organicznej. W pierwszym roku doświadczenia liczebność bakterii i promieniowców podniosło nawożenie nawozem zielonym, osadem ściekowym i obornikiem. W następnym roku rekultywacji w niektórych seriach doświadczalnych liczba drobnoustrojów uległa zmniejszeniu, chociaż w seriach nawiezionych ziemią próchniczną, kom postem z kory i podwójną dawką obornika uległa nawet podwyższeniu (ryc. la). Jest to zrozumiałe,
N aw ożenie organiczne a aktyw ność biologiczna gleb 135
gdyż m ateria organiczna, łatwo ulegająca rozkładowi, wywierała większy efekt w pierwszym roku niż w drugim.
Czynnikiem stymulującym rozwój grzybów było, podobnie jak w przypadku bakterii i promieniowców, dodanie m ateriałów organicznych (ryc. Ib).' Najbardziej sprzyjające środowisko dla ich rozwoju stwarzał dodatek do gleby kom postu z. kory i nawozu zielonego w pierwszym roku. W drugim roku liczba grzybów obniżyła się około 100-krotnie, chociaż dodatek kom postu z kory w dalszym ciągu stymulował rozwój tej grupy drobnoustrojów .
We wszystkich seriach doświadczalnych stwierdzono występowanie bakterii z rodzaju Azotobacter. Najwięcej ich było przez cały okres prowadzenia doświadczenia w serii nawiezionej ziemią próchniczną. Liczba kom órek tego drobnoustroju wahała się w granicach od kilku do ponad tysiąca w 1 g gleby (ryc. lf). Podobną liczebność azotobactera stwierdzili w glebach Danii I d r i s i wsp. [4]. W ykazano także, że wprowadzenie rędziny zasobnej w materię organiczną i zawierającej dużą liczbę kom órek azotobactera do gleby zbielicowanej ustabilizowało na bardzo wysokim poziomie liczebność asymilatorów wolnego azotu [1].
Stwierdzono (ryc. Id) stymulujące działanie nawożenia zdegradowanej gleby lessowej kom postem z kory i obornikiem na występowanie amonifika- torów. W pierwszym roku stymulującą dawką obornika było 30 t/ha, w drugim zaś 60 t/ha. Należy zaznaczyć, że w drugim roku nastąpił kilkukrotny wzrost liczby am onifikatorów we wszystkich seriach doświadczal nych.
W drugim roku po zastosowaniu nawożenia organicznego wzrosła także bardzo wyraźnie liczebność nitryfikatorów. Szczególnie wysoki poziom tych mikroorganizm ów utrzymywał się w glebie nawiezionej ziemią próchniczną i obornikiem (ryc. le). Podobne wyniki uzyskano w glebie piaszczystej luźnej, nawiezionej nawozem zielonym i obornikiem [6].
W prowadzenie do gleby zdegradowanej różnych m ateriałów organicznych spowodowało bardzo silne namnożenie się drobnoustrojów rozkładających celulozę. Obserwowano szczególnie dużo bakterii z rodzaju Cytophaga. Najwięcej znaleziono ich w glebie nawiezionej kom postem z kory, obornikiem (60 t/ha) i ziemią próchniczną. W drugim roku liczebność m ikroorganizm ów celulolitycznych uległa wyraźnemu obniżeniu, jakkolwiek dominującym drob noustrojem była w dalszym ciągu Cytophaga (ryc. lc).
Badania wykazały, że gleba rekultywowana osadem ściekowym nie zawierała po 6 miesiącach od wprowadzenia bakterii chorobotwórczych z rodziny Enterobacteriaceae.
Oprócz badań mikrobiologicznych sprawdzono również wpływ nawożenia organicznego na aktywność enzymatyczną gleby. W pierwszym roku zdecydo wanie dodatnio na aktywność dehydrogenaz (ryc. 2a) wpłynął dodatek obornika (60 t/ha), w nieco mniejszym stopniu dodatek ziemi próchnicznej i kom postu z kory. N a ogół w drugim roku aktywność tych enzymów
M ateriały uży źn ia jąc e Fertilizing materials Materiały użyźniające Fertilizing materials M a teria ły u ż y źn ia ją c e Fertilizing materials
Materiały użyźniające Fertilizing materials
Materia ły użyźn iając e Fertilizing materials
Materiały u ż y ź n ia ją c e Fertilizing materials Rye. 1. Wpływ nawożenia organicznego na liczebność drobnoustrojów
a — bakterie + prom ieniowce, b — grzyby, с — drobnoustroje celulolityczne, - am onifikatory. e — nitrifikatory, / — A zo to b acter ; 1 — gleba nie naw ożona, 2 -g leb a + ziem ia próchnicza. 3 — gleba + zielonka z żyta, 4 — gleba + kom post z kory, 5 - - gleba f osad ściekow y, 6 — gleba + 30 t/ha obornika, 7 — gleba + 60 t/ha obornika
Fig. 1. Influence of organie matter fertilization on total number of organisms
u — bacteria and actinom ycetcs. b - fungi, с — ccllulolytic m icroorganism s, d am m onifiers, e ■nitrifiers, / - azotobacter; I — non-fertilizcd soil (control). 2 -■■ s o il+ h u m u s earth. 3 so il+ g re e n matter as a green fertilizer. 4 - s o il+ b a r k com post. 5 - soil + sewage sludge. 6 soil + farmyard manure 30 t/ha, 7 soil ц-farmyard manure 60 t/ha
Mater i afy uż yźniające Fertilizing materials M a teriaty użyźniaja,ce Fertilizing m aterials Materiaty u ż y źn ia ją c e Fertilizing m aterials Ryc. 2. Zmiany aktywności enzymów w różnie nawożonej glebie
a - dehydrogenaz, b -u rea zy , с inwertazy, 1 7 jak w ryc. I
Fig. 2. Effect of organic matter fertilization on enzymatic activity of soils
N aw ożenie organiczne a aktyw ność biologiczna gleb 139
była kilkakrotnie niższa, chociaż w dalszym ciągu wpływ nawożenia ziemią próchniczną, kom postem z kory i obornikiem był wyraźnie widoczny.
Badania nad aktywnością ureazy nie wykazały większego wpływu wprowa dzenia m ateriałów organicznych na aktywność tego enzymu pod burakam i, natom iast pod ziemniakami wszystkie dodane m ateriały organiczne stymulowały tę aktywność. W drugim roku aktywność tego enzymu była wyraźnie wyższa niemal we wszystkich seriach nawożonych organicznie (ryc. 2b). Wyniki naszych badań byłyby zgodne z rezultatam i uzyskanymi przez K u m a r a V i n o d a i W a g e n e t a [7], stwierdzającymi, że tylko rozłożona m ateria organiczna stymulowała aktywność ureazy w glebie.
Wszystkie dodane do gleby m ateriały organiczne wpłynęły dodatnio na aktywność inwertazy, szczególnie w pierwszym roku (ryc. 2c). Badając aktywność tego enzymu w różnych porach roku stwierdzono, że aktywność inwertazy była najwyższa w okresie pełnej wegetacji roślin (dane nie opublikowane). Potwierdziłoby to sugestie, że inwertaza w glebie jest głównie pochodzenia roślinnego, a tylko niewielka jej ilość jest pochodzenia mikrobiologicznego [10].
Z przeprowadzonych badań wynika, że w ciągu dwóch lat doświadczeń najskuteczniej podniosło aktywność biologiczną i biochemiczną gleby zdegrado wanej nawożenie obornikiem, ziemią próchniczną i kom postem z kory. Należy stwierdzić, że najbardziej charakterystycznymi wskaźnikami były: ogólna liczebność bakterii i promieniowców, liczebność am onifikatorów oraz aktywność dehydrogenazy i ureazy. N a tych samych poletkach uzyskano także najwyższy plon uprawianych roślin.
LITERATURA
[1] A h r e n s E.: Verhalten der Keimzahl von Azotobacter chroococcum in einem Heidepodsol nach Beimpfung verschiedenen Zusätzen. Landwirstsch. Forsch. 34, 1981, 137— 144. [2] C a sid a L. E., K le in J. D., S a n to r o T.: Soil dehydrogenase activity. Soil Sei. 98,
1964, 371— 374.
[3] G o r in G., Chin Chang Chen: A new method of assay the specyfic enzymic activity. IV Urease. Analit. Biochem. 17, 1966, 49— 58.
[4] I d r is M., M e m o n G. H., V in th e r V. P.: Occurence of Azospirillum and Azotobacter and potential nitrogenase activity in Danish agricultural soils under continuous barley cultivation. Acta Agric. Scand. 31, 1981, 433—437.
[5] J ó z e f a c iu k C., J ó z e fa c iu k A.: Wstępna klasyfikacja zjawisk erozji gleb dla celów utylitarnych. Referaty i komunikaty Sympozjum „Melioracje przeciwerozyjne podstawą racjonalnego użytkowania terenów wyżynnych”. Puławy 1984, 5— 10.
[6] K o b u s J., P a c e w ic z o w a T.: Wpływ różnego rodzaju nawożenia na czynność biologiczną gleb. Post. Nauk roi. 40a, 1963, 255— 294.
[7] K u m a r Vinod, W a g e n e t R. J.: Urease activity and kinetics o f urea transformation in soils. Soil Sei. 137, 1984, 263— 269.
[8] L a c h o w ic z K.: Wykrywanie i różnicowanie drobnoustrojów z rodziny Enterobacteriaceae. Opracowanie zbiorowe. Wydanie metodyczne PZH, Warszawa 1964.
140 J. K obus i in.
[9] R o s s D. J.: Studies of climosequence of soils in tussock grasslands. 6. Invertase and amylase activities of tussock plant materials and soil. N.Z.J. Sei. 18, 1975, 519— 526.
[10] R o s s D. J.: Invertase and amylase activities in ryegrass and white clover plants and their relationships with activities in soil under pasture. Soil. Biol. Biochem. 8, 1976, 351— 356.
[11] R u s s e ll E. W.: Soil condition and plant growth. London 1973, Longman.
E. К О Б У С , Э. К У Р Е К , Э. Ч Е Х О В С К А , А. С Л О Н К А , Д. К У Л Ь П А ВЛИЯНИЕ ОРГАНИЧЕСКОГО УДОБРЕНИЯ НА БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ДЕГРАДИРОВАННОЙ ЛЕССОВОЙ ПОЧВЫ Лаборатория микробиологии среды, Кафедры микробиологии Университета им. М. Кюри-Склодовской в Люблине Р е з ю м е Внесение в деградированную почву органического вещества приводило к росту численности бактерий и актиномицетов. Особенно сильное влияние на развитиее указанных групп микроорганизмов оказывала прибавка зеленой массы ржи как си- дерата, стойлового навоза и компоста из коры. Относительно грубов, их наивысшее количество в первом году рекультивации наблюдалось в почве удобренной компостом из коры и зеленой массой ржи, а во втором году — в почве удобренной компостом из коры и стойловым навозом. Исследования численности микроорганизмов участвующих в цикле метаболизма азота показали, что наиболее эффективно стабилизировала развитие азотобактера прибавка перегнойной земли. Число аммонификаторов повышалось 10-кратно во втором году рекультивации во всех исследуемых сериях опыта. Самое сильное стимулирующее влияние оказывало удобрение стойловым навозом и компостом из коры. Также и число нитрификаторов повышалось, и притом 100-кратно, во втором году опыта. Наиболее эффективными удобрениями в этом отношении оказались перегнойная земля и стойловый навоз. Наблюдалось очень четкое влияние органического удобрения на повышение чи сленности целлюлолитических микроорганизмов в первом году рекультивации. Во вто ром году их численность уменьшалась, хотя происходила селекция активных форм Cytophaga. Внесение органического вещества в деградированную почву приводило к повышению активности энзимов; дегидрогеназ, уреазы и инвертазы. В течение двух лет рекультивации беспрофильной лёссовой формации удобрение стойловым навозом, перегнойной землей и компостом из коры наиболее эффективно повышало ее биологическую и биохимическую активность. Внесение указанных удобре ний обеспечивало также получение самых высоких урожаев возделываемых растений. Осадок сточных вод, хотя безвреден в санитарном отношении, представлял собой менее эффективный материал в сравнении с вышеуказанными органическими материалами.
N aw ożenie organiczne a aktyw ność biologiczna gleb 141
J. K O B U S . E. K U R E K , E. C Z E C H O W SK A . A . SŁ O M K A . D . K U L P A
EFFECT OF ORGANIC FERTILIZATION ON THE BIOLOGICAL ACTIVITY OF D EG R A D ED LOESS SOIL
Laboratory of Environmental Microbiology,
Institute of Microbiology, M. Curie-Skłodowska University of Lublin
S u m m a ry
Introduction of organic matter into degraded soil led to an increase of the number of bacteria and actinomycetes. A particularly strong effect on the development of these microflora groups exerted the addition of rye green matter as fertilizer, farmyard manure and bark compost.
The highest number of fungi was observed in the first year of recultivation in soil fertilized with bark compost and rye green matter. However, in the second year this was observed in soil fertilized with bark compost and farmyard manure.
The development of Azotobacter in soil was the most efficiently stabilized by addition of humous earth. The number of amonifiers increased tenfold in the second year of recultivation in all experimental series. The most stimulatory effect on the development of these microorganisms had the addition of farmyard manure. Likewise the number of nitrifiers in soil was influenced by organic fertilization. In the second year of recultivation the number of these microorganisms increased lOOfold. The most efficient fertilizers in this respect appeared to be humous earth and farmyard manure.
Organic fertilization had strong effect on increase of the number of cellulolytic microorganisms in the first year of recultivation. In the second year their number decreased, although a selection of active Cytophaga forms was observed.
The farmyard manure, humous earth and bark compost were the fertilizers which increased the most efficiently the biological and biochemical activity of degraded soil during two-year period of recultivation. The highest yield of crops was also obtained after application of these fertilizers.
The sewage sludge, although safe in the sanitary respect, was less efficient fertilizing material than farmyard manure, humous earth and bark compost.
Prof. dr hub. J ó z e f Kobus Instytut M ikrobiologii U M C S Lublin, ul. Akadem icka 19
