wpływ zróżnicowanego nawożenia azotem mineralnym na zmiany

wpływ zróżnicowanego nawożenia azotem mineralnym na zmiany

Proceedings of ECOpole
Vol. 1, No. 1/2
2007
Jan KOPER1 i Joanna LEMANOWICZ1
WPŁYW ZRÓŻNICOWANEGO NAWOŻENIA AZOTEM
MINERALNYM NA ZMIANY ZAWARTOŚCI FOSFORU
W GLEBIE I ROŚLINIE
EFFECT OF DIVERSIFIED FERTILIZATION WITH MINERAL NITROGEN
ON CHANGES IN PHOSPHORUS CONTENT IN SOIL AND PLANT
Streszczenie: Przedstawiono wyniki badań dotyczące zmian zawartości fosforu ogółem w koniczynie czerwonej
i glebie nawożonej zróżnicowanymi dawkami azotu mineralnego w postaci saletry amonowej (N0 - 0, N1 - 30,
N2 - 60, N3 - 90 kg N·ha–1). Łącznie w ciągu jednej rotacji w obiektach wnoszono do gleby w nawozach
mineralnych 170 kg N w zmianowaniu. Próbki glebowe i roślinne pobrano w 2004 roku dwukrotnie (w czerwcu
i we wrześniu). Nawożenie azotem mineralnym w dawce N2 spowodowało największy wzrost zawartości fosforu
ogółem zarówno w badanej glebie płowej, jaki i koniczynie czerwonej. Zastosowany azot w dawce N3
spowodował obniżenie odczynu pH gleby, spadek zawartości fosforu w glebie i roślinie, zmniejszenie aktywności
fosfatazy alkalicznej i wzrost aktywności fosfatazy kwaśnej w glebie.
Słowa kluczowe: nawożenie, azot mineralny, fosfor, gleba, koniczyna czerwona, alkaliczna i kwaśne fosfataza
Nawożenie azotowe, stosowane w optymalnych dawkach i proporcjach, oprócz
wyraźnego wpływu na plon roślin, decyduje też w znacznym stopniu o składzie
chemicznym pozyskiwanej biomasy. Zależność między zawartością fosforu i azotu
w glebach jest zaliczana do najważniejszych interakcji fosforu z innymi składnikami
pokarmowymi [1]. Stan odżywienia rośliny azotem decyduje o pobieraniu fosforu. Związki
zawierające fosfor biorą udział w prawie wszystkich etapach przemian substancji
azotowych, dlatego też zachowanie właściwego stosunku N:P w odżywianiu się roślin jest
jednym z podstawowych warunków prawidłowego przebiegu procesów metabolicznych.
W warunkach intensywnej produkcji roślinnej pojawiły się tendencje do zwiększania
poziomu nawożenia azotowego bez zachowania tradycyjnie ustalonych proporcji do
pozostałych składników pokarmowych.
Celem pracy było zbadanie zmian zawartości fosforu w glebie i w koniczynie
czerwonej pod wpływem zróżnicowanych dawek azotu mineralnego w postaci saletry
amonowej.
Materiał i metody
Próbki glebowe i roślinne pobrano z wieloletniego statycznego doświadczenia
polowego założonego w 1980 r. na terenie Rolniczego Zakładu Doświadczalnego
w Grabowie nad Wisłą, prowadzonego przez Zakład Żywienia Roślin i Nawożenia
Instytutu Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa w Puławach. Gleba doświadczenia zgodnie
z „Systematyką Gleb Polski” (wg PTG 1989) należy do gleb płowych typowych.
Doświadczenie to jako dwuczynnikowe prowadzone jest w układzie losowanych
podbloków (split-plot). Próbki glebowe i roślinne pobrano dwukrotnie (w czerwcu i we
1
Katedra Biochemii, Wydział Rolniczy, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy, ul. Bernardyńska 6,
85-029 Bydgoszcz, tel. 052 374 95 59, e-mail: [email protected]
154
Jan Koper i Joanna Lemanowicz
wrześniu) w 24 roku trwania doświadczenia. Koniczyna czerwona (odmiana Jubilatka)
+ trawa (kostrzewa łąkowa - odmiana Cykada) uprawiana była w 4-letnim zmianowaniu:
ziemniaki, pszenica ozima + międzyplon, jęczmień jary + wsiewka z trawy, koniczyna
+ trawy. Próby glebowe pobrano z głębokości 0÷20 cm.
W nawożeniu gleby zastosowano następujące dawki azotu w postaci saletry amonowej:
N0 - 0, N1 - 30, N2 - 60, N3 - 90 kg N·ha–1. Nawożenie fosforem w postaci superfosfatu
potrójnego w dawce 57 kg P ha-1 i potasem w postaci soli potasowej w dawce 85 kg K ha–1
było jednakowe dla wszystkich obiektów doświadczenia. Obornik zastosowano w 2000 r.
pod ziemniaki w dawce 60 Mg·ha–1.
W odpowiednio przygotowanym materiale glebowym i roślinnym oznaczono: fosfor
ogółem - po izolacji z materiału glebowego (Pog) i roślinnego (P) metodą Mehta i in. [2],
aktywność fosfatazy alkalicznej (AlP) i fosfatazy kwaśnej (AcdP) metodą Tabatabai
i Bremnera [3], na podstawie których obliczono wartość stosunku AlP:AcP, określający
prawidłowy odczyn gleby [4], pH w H2O i 1 mol·dm–3 KCl oznaczono potencjometrycznie
[5].
Wykonano analizę wariancji, a istotność różnic między średnimi określono z użyciem
testu Tukeya na poziomie istotności p = 0,05. Ponadto wyniki wykonanych analiz badanych
cech poddano analizie korelacji.
Wyniki, ich omówienie i analiza
Zawartość fosforu ogółem w badanej glebie płowej kształtowała się na poziomie
średnio 0,579 g P·kg–1 (tab. 1). Stwierdzono znaczący wpływ zastosowanych czynników
doświadczalnych na zawartość Pog w glebie. Istotnie najmniejszą zawartość Pog
(0,524 g P·kg–1) stwierdzono w glebie nienawożonej azotem mineralnym (N0) (średnio dla
obu terminów). Największą zawartość Pog (średnio 0,636 g P·kg–1) stwierdzono w glebie
pobranej z obiektów nawożonych azotem mineralnym w dawce 60 kg N·ha–1 (N2).
Zastosowanie azotu w dawce N2 spowodowało wzrost zawartości Porg w glebie o 12%
w porównaniu do gleby nienawożonej azotem (tab. 1). Jednocześnie azot mineralny
w dawce maksymalnej N3 spowodował istotny spadek zawartości badanego biopierwiastka
w glebie o 8% w porównaniu, do zawartości w glebie z obiektów nawożonych azotem
w dawce N2. Wacławowicz i in. [6] stwierdzili, że zastosowane nawożenie azotowe
w niewielkim stopniu różnicowało zawartość Pog w glebie. Dopiero dawki
140 i 180 kg N·ha–1 w warstwie podornej spowodowały największy wzrost Pog w glebie,
odpowiednio 0,29 i 0,24 g P·kg–1.
Zawartość fosforu ogółem ulegała zmianom w zależności od terminu pobierania
próbek glebowych. Najmniejszą istotną zawartość Pog (wynoszącą średnio 0,531 g P·kg–1)
stwierdzono w glebie pobranej w czerwcu. W glebie pobranej we wrześniu zawartość Pog
wzrosła o 16% i osiągnęła wartość średnią 0,626 g P·kg–1 (tab.1).
Fosfor należy do pierwiastków, którego zawartość w roślinach jest najbardziej stabilna.
Zawartość fosforu w koniczynie wyniosła średnio 3,91 g P·kg–1 i była znacząco
modyfikowana zarówno zróżnicowanym nawożeniem azotem mineralnym, jak i terminem,
w którym koniczyna czerwona została zebrana (tab. 1). Istotnie najmniejszą zawartość
fosforu (średnio dla obu terminów 3,61 g P·kg–1) stwierdzono w koniczynie czerwonej
pobranej z obiektów nienawożonych azotem. Azot w dawce N2 spowodował istotnie
największą koncentrację P (średnio 4,21 g P·kg–1), co stanowiło wzrost jego zawartości
Wpływ zróżnicowanego nawożenia azotem mineralnym na zmiany zawartości fosforu w glebie i roślinie 155
w koniczynie czerwonej o 14% w porównaniu do zawartości P oznaczonej w suchej masie
badanych roślin zebranych z obiektów N0. Zastosowanie maksymalnej dawki azotu
mineralnego N3 przyczyniło się do spadku zawartości P w roślinie. Podobną zależność przy
zastosowaniu dawki azotu 120 kg·ha–1 przedstawili w swojej pracy Knapowski i in. [7].
Autorzy ci uważają, że brak równowagi przy nawożeniu mineralnym, szczególnie poprzez
stosowanie dużych dawek azotu, może przyczynić się do obniżenia zawartości fosforu
w roślinach, zakłócić równowagę między składnikami mineralnymi. Zawartość P w suchej
masie koniczyny czerwonej zmieniała się w miarę jej rozwoju. Mniejszą koncentracja P
(średnio dla wszystkich dawek azotu 3,73 kg·ha–1) w badanej roślinie otrzymano we
wrześniu.
Tabela 1
Zawartość fosforu ogółem [g P·kg–1] w glebie i w koniczynie czerwonej
Table 1
The content of total phosphorus [g P·kg–1] in dry matter of soil and in red clover
Dawka azotu
I czynnik
Nitrogen dose
I factor
N0
N1
N2
N3
Średnio
Mean
NIR0,05
I czynnik I factor
LSD0.05
II czynnik II factor
Interakcja I/II II/I
Interaction I/II II/I
Fosfor ogółem w koniczynie
czerwonej (P)
Total phosphorus in red clover (P)
Data pobierania próbek - II czynnik
Date of sampling - II factor
Wrzesień
Średnio Czerwiec
Wrzesień
Średnio
September
Mean
June
September
Mean
3,44
3,61
0,548
0,524
3,79
4,14
3,51
3,82
0,620
0,568
0,636
4,27
4,07
4,21
0,705
0,633
0,586
4,02
3,83
3,92
Fosfor ogółem w glebie (Pog)
Total phosphorus in soil (Pog)
Czerwiec
June
0,500
0,516
0,568
0,540
0,531
0,626
0,579
4,01
0,015
0,006
0,016
0,007
3,73
3,91
0,529
0,111
0,576
0,223
Stwierdzono znaczny wpływ nawożenia azotem mineralnym w postaci saletry
amonowej na aktywność fosfatazy alkalicznej badanej gleby płowej. Największą
aktywność AlP (średnio dla obu terminów badań 0,796 mmol pNP·kg–1·h–1) uzyskano
w glebie pobranej z obiektów nawożonych azotem w dawce N2 (tab. 2). Azot
w dawce N3 spowodował spadek aktywności badanej fosfomonoesterazy (średnio
0,740 mmol pNP·kg–1·h–1), co stanowiło 7% w porównaniu do dawki N2. Inhibitujące
działanie dawki azotu N3 związane było z zakwaszającym oddziaływaniem dużych dawek
azotu mineralnego na środowisko glebowe.
Aktywność fosfatazy kwaśnej wzrastała w miarę zwiększania dawek
azotu. Największą istotną jej aktywność (średnio dla obu terminów badań
1,839 mmol pNP·kg–1·h–1) stwierdzono w glebie pobranej z obiektów nawożonych azotem
w dawce N3 (tab. 2). W przypadku aktywności fosfatazy kwaśnej maksymalna dawka azotu
mineralnego N3 (90 kg N·ha–1) zadziałała w sposób aktywujący. Kucharski [8] stwierdził
w swoich badaniach, że wzrastające dawki azotu do 240 kg N·ha–1 systematycznie
ograniczały aktywność AlP, jednocześnie wzmagając aktywność AcdP. Aktywność
fosfatazy kwaśnej w badaniach własnych była większa od aktywności fosfatazy alkalicznej
156
Jan Koper i Joanna Lemanowicz
oznaczonej w glebie płowej. Wittmann i in. [9] wyższą aktywność fosfatazy kwaśnej
tłumaczą tym, że fosfomonoesterazy są enzymami najbardziej wrażliwymi na zmiany
odczynu gleby, jak wiadomo optimum pH gleby dla aktywności fosfatazy alkalicznej
wynosi 9,0÷11,0, a dla fosfatazy kwaśnej 4,0÷6,5. Większą aktywność zarówno
fosfatazy alkalicznej (średnio 0,846 mmol pNP·kg–1·h–1), jak i kwaśnej (średnio
2,13 mmol pNP·kg–1·h–1) stwierdzono w próbkach glebowych pobranych w czerwcu
w porównaniu do aktywności obu enzymów oznaczonej w glebie pobranej we wrześniu
(tab. 2).
Tabela 2
Aktywność fosfatazy alkalicznej i kwaśnej [mmol pNP·kg–1·h–1] w badanej glebie
Table 2
The activity alkaline and acid phosphatases [mmol pNP·kg–1·h–1] in dry matter of soil
Fosfataza alkaliczna
Fosfataza kwaśna
Alkaline phosphatase
Acid phosphatase
Data pobierania próbek - II czynnik
Date of sampling - II factor
Czerwiec
Wrzesień
Średnio
Czerwiec
Wrzesień
Średnio
June
September
Mean
June
September
Mean
Dawka azotu
I czynnik
Nitrogen dose
I factor
N0
N1
N2
N3
Średnio
Mean
NIR0,05
I czynnik I factor
LSD0.05 II czynnik II factor
Interakcja I/II II/I
Interaction I/II II/I
0,705
0,838
0,953
0,888
0,508
0,523
0,640
0,593
0,609
0,680
0,796
0,740
2,01
2,11
2,15
2,28
1,16
1,25
1,28
1,40
1,584
1,678
1,716
1,839
0,846
0,566
0846
2,13
1,27
1,704
0,064
0,029
0,088
0,059
0,025
0,043
n.i.- n.s.
n.i. - n.s.
n.i. - różnice nieistotne, n.s. - not significant
Na podstawie otrzymanych wartości aktywności fosfatazy alkalicznej i kwaśnej
oznaczonych w glebie obliczono wartość stosunku AlP:AcdP, który, według Dick i in. [4],
może być wykorzystywany jako jeden ze wskaźników określający prawidłowy odczyn
gleby. Jako odpowiedni zakres wartości pH gleby dla wzrostu i rozwoju roślin można
uważać taką wartość, przy której występuje właściwy stosunek aktywności AlP:AcP [4].
Tabela 3
Odczyn badanej gleby oraz wartości stosunku AlP:AcdP
Table 3
Values of pH and AlP:AcdP ratio in the soil samples
Dawka azotu / Nitrogen dose
pH H2O
pHKCl (1 mol·dm–3 KCl)
AlP:AcdP
N0
N1
N2
N3
5,7
5,6
5,6
5,5
5,1
5,0
4,9
4,8
0,38
0,41
0,46
0,40
Według tych autorów, jeśli wartość stosunku AlP:AcP jest mniejsza od 0,5, świadczy
to o kwaśnym odczynie gleby i wskazane jest jej wapnowanie. W badaniach własnych
Wpływ zróżnicowanego nawożenia azotem mineralnym na zmiany zawartości fosforu w glebie i roślinie 157
wartości stosunku AlP:AcdP mieściły się w przedziale 0,38÷0,46, czyli zdecydowanie
poniżej wartości 0,5. Badania pH w H2O (5,5÷5,7) oraz w KCl o stężeniu 1 mol·dm–3
(4,8÷5,1) potwierdzają fakt, że badaną glebę płową zaliczamy do gleb kwaśnych
i lekko kwaśnych (tab. 3).
Wnioski
1.
2.
3.
Stwierdzono istotny wpływ nawożenia azotem mineralnym na zmiany zawartości
fosforu ogółem zarówno w glebie płowej, jak i koniczynie czerwonej. Nawożenie
azotem w dawce N2 spowodowało największy wzrost fosforu ogółem, natomiast przy
zastosowaniu dawki N3 nastąpił spadek badanej frakcji fosforu.
Aktywność fosfatazy alkalicznej i kwaśnej ulegała znacznym zmianom pod wpływem
nawożenia azotem mineralnym. Azot mineralny w dawce N3 spowodował spadek
aktywności fosfatazy alkalicznej, natomiast zaobserwowano wzrost aktywności
fosfatazy kwaśnej.
Wartości stosunku AlP:AcdP sugerują, że gleba, na której prowadzono doświadczenie,
należy do gleb kwaśnych i lekko kwaśnych, co potwierdzają badania odczynu gleby
mierzone potencjometrycznie w H2O i KCl o stężeniu 1 mol·dm–3.
Literatura
Rabikowska B. i Piszcz U.: Pr. Nauk. AE Wrocław. Chemia, 1998, 792, 308-316.
Mehta N.C., Legg J.O., Goring C.A. i Black C.A.: Soil Sci. Soc. Amer. Proc., 1954, 44, 443-449.
Tabatabai M.A. i Bremner J.M.: Soil Biol. Biochem., 1969, 1, 301-307.
Dick W.A., Cheng L. i Wang P.: Soil Biol. Biochem., 2000, 32, 1915-1919.
Lityński T., Jurkowska H. i Gorlach E.: Analiza chemiczno-rolnicza. PWN, Warszawa 1976, 149.
Wacławowicz R., Zimny L. i Malak D.: Fragm. Agronom., 2005, 22, 1(85), 560-612.
Knapowski T., Murawska B., Klupczyński Z. i Ralcewicz M.: Pr. Nauk. AE Wrocław, Chemia, 2001, 888,
238-245.
[8] Kucharski J.W.: Drobnoustroje w środowisku, występowanie aktywność i znaczenie. Akad. Roln., Kraków
1997, 327-347.
[9] Wittmann Ch., Kähkönen M.A., Ilvesniemi H., Kurola J. i Salkinoja-Salonen M.S.: Soil. Biol. Biochem.,
2004, 36, 425-433.
[10] PN-R-04033 Polski Komitet Normalizacji 1998.
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
EFFECT OF DIVERSIFIED FERTILIZATION WITH MINERAL NITROGEN
ON CHANGES IN PHOSPHORUS CONTENT IN SOIL AND PLANT
Summary Results of investigations carried out to evaluate changes in concentrations of total phosphorus in red
clover and in soil fertilized with diversified doses of mineral nitrogen applied as ammonium nitrate (N0 - 0,
N1 - 30, N2 - 60, N3 - 90 kg N ha–1 have been presented. In total 170 kg N were introduced to soil as mineral
fertilizers to the objects over a single rotation period. Soil and plant samples were taken twice (in June and
September) in 2004. Fertilization with mineral nitrogen in the N2 dose caused the highest increase of total nitrogen
concentration both in the soil and red clover under study, while the N3 dose triggered lowering of the soil pH,
a decrease of phosphorus in soil and the plant, lower and higher activities of alkaline and acid phosphatases in soil,
respectively.
Keywords: fertilization, mineral nitrogen, phosphorus, soil, red clover, alkaline and acid phosphatase