zawartość ró nych form siarki w pszenicy i rzepaku w warunkach zró

Proceedings of ECOpole
Vol. 1, No. 1/2
2007
Marzena S. BRODOWSKA1 i Adam KACZOR2
ZAWARTOŚĆ RÓŻNYCH FORM SIARKI W PSZENICY
I RZEPAKU W WARUNKACH ZRÓŻNICOWANEGO
ZAOPATRZENIA GLEBY W SIARKĘ, WAPŃ I MAGNEZ
CONTENT OF DIFFERENT FORMS OF SULPHUR IN WHEAT AND RAPE
UNDER CONDITIONS OF VARIED SOIL SUPPLY IN SULPHUR, MAGNESIUM
AND CALCIUM
Streszczenie: W dwuletnich doświadczeniach wazonowych oceniono zakres i kierunek zmian w zawartości siarki
siarczanowej i organicznej w pszenicy oraz rzepaku w warunkach nawożenia siarką (Na2SO4, S elementarna)
i wapnowania (CaCO3, CaCO3+MgCO3). Doświadczenia założono metodą kompletnej randomizacji. Obejmowały
one trzy czynniki zmienne, z których dawkę i formę nawozu odkwaszającego oraz dawkę siarki zastosowano na
trzech poziomach, a formę siarki na dwóch. W pierwszym roku badań rośliną testową była pszenica jara, zaś
w drugim rzepak jary. Uzyskane wyniki wskazują, że zastosowane czynniki doświadczalne wywarły wyraźny
wpływ na zawartość S-SO4 i Sorg. w jarych formach pszenicy i rzepaku. Rzepak w porównaniu z pszenicą
charakteryzował się większymi zawartościami analizowanych form siarki. Wapnowanie wpłynęło na zmniejszenie
zawartości siarki siarczanowej i organicznej w roślinach. Lepsze zaopatrzenie roślin w siarkę wiązało się ze
wzrostem zawartości analizowanych form siarki.
Słowa kluczowe: zawartość siarki siarczanowej, zawartość siarki organicznej, pszenica jara, rzepak jary,
nawożenie siarką, wapnowanie
Siarka jest jednym z podstawowych składników pokarmowych, który warunkuje
rozwój roślin, zwierząt i człowieka [1, 2]. Do czasu powstania cywilizacji przemysłowej
o siarce oraz jej biologicznym i gospodarczym znaczeniu wiedziano niewiele, mimo że
znano ją i wykorzystywano już od starożytności [3]. Naturalny obieg tego pierwiastka
został znacznie zakłócony już w połowie XIX wieku. W tym bowiem czasie
zaobserwowano, że wraz z bardzo szybkim rozwojem cywilizacyjnym nastąpiło znaczne
zwiększenie emisji związków siarki ze źródeł antropogennych, głównie przemysłu,
górnictwa i hutnictwa [3, 4]. Począwszy od drugiej połowy XX wieku, zanieczyszczenie
powietrza atmosferycznego tlenkiem siarki(IV) przybrało niepokojące rozmiary. Podjęto
więc kroki mające na celu zmniejszenie poziomu emisji SO2 do atmosfery [5, 6]. Redukcja
emisji związków siarki wydatnie zmniejszyła depozyt tego pierwiastka [6-8]. Ponadto
spadek zużycia nawozów organicznych oraz mineralnych zawierających duże koncentracje
siarki przy jednoczesnym dość dużym wzroście plonów roślin uprawnych przyczynił się do
zachwiania bilansu tego pierwiastka w glebach [6, 9-12]. Problem niedoboru siarki
w produkcji roślinnej odnotowano w 73 krajach świata, w tym w 18 państwach Europy [13,
14]. Deficyt siarki stwierdzono między innymi w Australii, Nowej Zelandii, Ameryce
Łacińskiej oraz niektórych rejonach Stanów Zjednoczonych [15]. Problem deficytu siarki
w glebach dotyczy również Polski. Świadczyć o tym może znaczący, bo aż 53% udział gleb
o niskiej zasobności w ten pierwiastek [16]. Niedostatek siarki występuje głównie
1
Katedra Chemii Rolnej i Środowiskowej, Akademia Rolnicza w Lublinie, ul. Akademicka 15, 20-950 Lublin,
tel. 081 445 60 45, fax 081 445 66 64, e-mail: [email protected]
2
Katedra Biochemii i Chemii Środowiskowej, Akademia Rolnicza w Lublinie, ul. Szczebrzeska 102,
20-400 Zamość, tel. 084 677 27 03, fax 084 639 60 39, e-mail: [email protected]
104
Marzena S. Brodowska i Adam Kaczor
w glebach północnej i północno-wschodniej części naszego kraju [17]. Problem niedoboru
siarki w glebach będzie stale narastał. Zgodnie z prognozami Światowego Instytutu
Siarkowego, globalny deficyt tego składnika pokarmowego w 2010 roku wyniesie 11,1 mln
ton S rocznie [13]. Stąd też celem pracy była analiza wpływu nawożenia siarką na
zawartość siarki siarczanowej i organicznej w roślinach w warunkach zróżnicowanego
zaopatrzenia gleby w wapń i magnez.
Metodyka badań
Analizowano materiał roślinny uzyskany w dwuletnich doświadczeniach wazonowych
założonych na materiale glebowym pobranym z warstwy ornej gleby płowej o składzie
granulometrycznym gliny piaszczystej. Doświadczenia założono metodą kompletnej
randomizacji. Obejmowały one 3 czynniki zmienne (dawka siarki, forma siarki oraz dawka
i forma nawozu odkwaszającego). Nawożenie siarką w postaci Na2SO4 i S elementarnej
zastosowano przed siewem pszenicy i rzepaku, a wapnowanie węglanem wapnia oraz
węglanem wapnia i węglanem magnezu zmieszanym w stosunku 1:1 (dolomit) wniesiono
jednorazowo przed założeniem doświadczeń według następującego schematu:
1. S0Ca0Mg0
4. S0Ca1Mg1
7. S0Ca2Mg0
2. S1Ca0Mg0
5. S1Ca1Mg1
8. S1Ca2Mg0
3. S2Ca0Mg0
6. S2Ca1Mg1
9. S2Ca2Mg0
gdzie: S0 - bez nawożenia siarką; S1 - nawożenie S w postaci Na2SO4 lub S elementarnej
w ilości 0,015 g S·kg–1 gleby pod pszenicę jarą i w ilości 0,030 g S·kg–1 gleby pod rzepak
jary; S2 - nawożenie S w postaci Na2SO4 lub S elementarnej w ilości
0,03 g S·kg–1 gleby pod pszenicę jarą i w ilości 0,06 g S·kg–1 gleby pod rzepak jary;
Ca0Mg0 - bez wapnowania; Ca1Mg1 - wapnowanie mieszaniną CaCO3 i MgCO3 (dolomit)
według 1,0 Hh; Ca2Mg0 - wapnowanie CaCO3 według 1,0 Hh.
W pierwszym roku badań rośliną testową była pszenica jara odmiany Ismena, zaś
w drugim rzepak jary odmiany Licosmos „00”. Po ekstrakcji materiału roślinnego 2%
CH3COOH z dodatkiem węgla aktywnego zawartość siarki siarczanowej oznaczono
nefelometrycznie [18]. Zawartość siarki organicznej obliczono z różnicy pomiędzy siarką
ogółem (oznaczoną nefelometrycznie metodą Butters-Chenery [19]) i siarką siarczanową.
Analiza wyników i ich omówienie
Zawartości siarki siarczanowej i organicznej w jarych formach pszenicy i rzepaku
mieściły się w szerokim zakresie, wykazując zmienność w zależności od gatunku rośliny,
fazy rozwojowej i organu oraz czynników doświadczalnych ujętych w eksperymencie.
Największy wpływ na zawartość analizowanych form siarki przez rośliny testowe
miała dawka tego składnika zastosowanego w nawozach (tabele 1 i 2). Podobnie jak
w badaniach innych autorów [20, 21], zawartości siarki siarczanowej i organicznej
wyraźnie zwiększyły się w suchej masie roślin lepiej zaopatrzonych w ten składnik.
W przypadku pszenicy - w zależności od obiektu doświadczalnego - wzrost ten kształtował
się w granicach od kilku do około 50% w stosunku do wartości w serii nienawożonej
siarką. Wzrost ten był znacznie większy w przypadku rzepaku, czyli rośliny o wysokich
wymaganiach w stosunku do tego składnika [13, 21-24]. Wynika z tego, że w porównaniu
z pszenicą rzepak bardziej reagował na niedobór siarki w środowisku wzrostu.
Zawartość różnych form siarki w pszenicy i rzepaku w warunkach zróżnicowanego zaopatrzenia gleby…
105
Wzrost pH gleby w wyniku wapnowania wiązał się z obniżeniem zawartości
analizowanych form siarki w badanych roślinach. Spadek ten można po części tłumaczyć
zjawiskiem rozcieńczenia składnika. Na obniżenie zawartości S-SO4 i Sorg. w suchej masie
roślin wapnowanie mogło wpływać także bezpośrednio. Znane są prace, z których wynika,
że wzrost stężenia jonów wapnia i magnezu w kompleksie sorpcyjnym gleby może
przyczynić się do ograniczenia pobierania siarki przez rośliny [20]. Można to wyjaśnić tym,
że część zastosowanej siarki w obecności jonów Ca2+ przechodzi w trudno rozpuszczalny
uwodniony siarczan wapnia (gips).
Tabela 1
Zawartość S-SO4 [g S·kg–1] i Sorg. [g S·kg–1] w pszenicy jarej w warunkach zróżnicowanego zaopatrzenia gleby
w siarkę, wapń i magnez
Table 1
–1
The content of S-SO4 [g S·kg ] and organic S [g S·kg–1] in spring wheat under conditions of varied soil supply
in sulphur, magnesium and calcium
Obiekt
Object
Krzewienie
Tillering
Pełna dojrzałość
Full maturity
Ziarno
Słoma
Grain
Straw
Kwitnienie
Flowering
S-SO4
Sorg.
S-SO4
Sorg.
S0Ca0Mg0
0,8
2,8
0,6
2,3
S1Ca0Mg0
1,0
2,8
1,0
S2Ca0Mg0
1,1
2,8
1,3
S-SO4
Sorg.
S-SO4
Sorg.
0,2
1,7
0,6
1,8
2,5
0,2
1,8
0,9
2,0
2,7
0,3
1,9
1,3
2,1
S w postaci Na2SO4 S in form of Na2SO4
S0Ca1Mg1
0,9
2,4
0,5
2,2
0,2
1,5
0,5
1,7
S1Ca1Mg1
1,0
2,5
0,6
2,3
0,2
1,8
0,8
1,9
S2Ca1Mg1
1,1
2,7
0,7
2,5
0,2
1,9
1,1
2,2
S0Ca2Mg0
0,8
2,4
0,5
2,1
0,1
1,2
0,4
1,6
S1Ca2Mg0
0,9
2,7
0,6
2,3
0,2
1,4
0,6
1,8
S2Ca2Mg0
1,0
2,8
0,7
2,4
0,3
1,6
1,0
2,0
S w postaci elementarnej Elementary S
S0Ca0Mg0
0,8
2,4
0,7
2,3
0,2
1,6
0,7
1,6
S1Ca0Mg0
1,1
2,6
1,0
2,4
0,2
1,6
1,0
1,6
S2Ca0Mg0
1,2
2,9
1,4
2,5
0,3
1,6
1,4
1,9
S0Ca1Mg1
0,8
2,3
0,5
2,0
0,2
1,4
0,5
1,4
S1Ca1Mg1
0,9
2,4
0,6
2,2
0,3
1,7
0,9
1,8
S2Ca1Mg1
0,9
2,6
0,7
2,4
0,3
1,9
1,2
2,0
S0Ca2Mg0
0,7
2,1
0,5
1,9
0,2
1,3
0,5
1,3
S1Ca2Mg0
0,8
2,1
0,7
2,0
0,3
1,3
0,7
1,6
S2Ca2Mg0
0,9
2,3
0,8
2,1
0,3
1,4
1,2
1,6
106
Marzena S. Brodowska i Adam Kaczor
Tabela 2
Zawartość S-SO4 [g S·kg–1] i Sorg. [g S·kg–1] w rzepaku jarym w warunkach zróżnicowanego zaopatrzenia gleby
w siarkę, wapń i magnez
Table 2
–1
The content of S-SO4 [g S·kg ] and organic S [g S·kg–1] in spring rape under conditions of varied soil supply
in sulphur, magnesium and calcium
Pełna dojrzałość
Obiekt
Rozeta
Kwitnienie
Full maturity
Object
Rosette
Flowering
Nasiona
Słoma
Seeds
Straw
S-SO4
Sorg.
S-SO4
Sorg.
S-SO4
Sorg.
S-SO4
Sorg.
S w postaci Na2SO4 S in form of Na2SO4
S0Ca0Mg0
3,0
4,1
0,4
1,8
X
X
0,3
0,7
S1Ca0Mg0
7,3
5,7
3,1
3,2
1,2
5,1
0,9
1,2
S2Ca0Mg0
8,7
5,9
4,6
4,0
1,3
6,2
2,6
2,5
S0Ca1Mg1
2,4
2,0
0,2
1,0
0,5
2,0
0,3
0,6
S1Ca1Mg1
5,5
4,1
1,9
2,5
1,0
5,0
0,7
1,3
S2Ca1Mg1
6,0
4,3
3,5
2,7
1,1
6,2
2,1
2,8
S0Ca2Mg0
1,6
2,1
0,2
0,8
0,4
2,0
0,3
0,6
S1Ca2Mg0
5,5
3,5
1,9
2,3
0,9
4,9
0,8
1,1
S2Ca2Mg0
5,9
3,6
3,5
2,9
1,0
6,1
2,3
2,4
S0Ca0Mg0
3,2
4,1
0,3
1,4
X
X
0,3
0,7
S1Ca0Mg0
4,3
5,5
0,9
2,3
0,8
3,4
0,7
1,0
S2Ca0Mg0
5,8
5,6
2,8
3,0
1,0
4,5
2,1
1,7
S w postaci elementarnej Elementary S
S0Ca1Mg1
0,5
2,6
0,2
0,7
0,6
1,9
0,3
0,7
S1Ca1Mg1
3,3
3,4
0,7
1,4
0,7
3,6
0,6
1,0
S2Ca1Mg1
3,4
4,1
1,0
2,1
0,9
4,3
1,6
1,8
S0Ca2Mg0
1,2
1,8
0,1
1,0
0,5
2,0
0,2
0,6
S1Ca2Mg0
1,8
3,4
0,6
1,6
0,7
3,2
0,6
0,9
S2Ca2Mg0
3,5
3,7
1,1
2,3
0,9
4,1
1,7
1,5
X - nie oznaczono ze względu na brak materiału / not determined because lack of material
Wnioski
1.
2.
3.
4.
5.
Kierunek i zakres zmian w zawartości siarki siarczanowej i organicznej w pszenicy i rzepaku
zależał od gatunku, fazy sprzętu i organu rośliny oraz od zaopatrzenia roślin w siarkę
i zwapnowania gleby.
Rzepak w porównaniu z pszenicą charakteryzował się większymi zawartościami analizowanych
form siarki.
Lepsze zaopatrzenie roślin w siarkę wiązało się ze wzrostem zawartości siarki siarczanowej
i organicznej w roślinach testowych.
Zmiana odczynu gleby, w wyniku aplikacji nawozów odkwaszających, wpłynęła na spadek
zawartości rozpatrywanych form siarki.
Badania własne pozwalają na stwierdzenie, iż nawożenie roślin siarką wpływa korzystnie na
jakość roślin.
Zawartość różnych form siarki w pszenicy i rzepaku w warunkach zróżnicowanego zaopatrzenia gleby…
107
Literatura
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
Knights J.S., Zhao F.J., Spiro B. i McGrath S.P.: Long-term effects of land use and fertilizer treatments on
sulfur cycling. J. Environ. Qual., 2000, 29(6), 1867-1874.
Kaczor A., Brodowska M.S. i Kowalski G.: Wpływ nawożenia siarką i wapnowania na zawartość siarki
w jarych formach pszenicy i rzepaku. Ann. UMCS, sec. E, 2004, 59(4), 1847-1853.
Motowicka-Terelak T. i Terelak H.: Siarka w glebach Polski – stan i zagrożenia. PIOŚ, Biblioteka
Monitoringu Środowiska, Warszawa 1998.
Kiepul J.: Wpływ symulowanej imisji i wapnowania na bilans siarki w doświadczeniu lizymetrycznym.
Fragm. Agron., 1998, 2, 45-52.
Dubuis P.-H., Marazzi C., Städler E. i Mauch F.: Sulphur deficiency causes a reduction in antimicrobial
potential and leads to increased disease susceptibility of oilseed rape. J. Phytopathol., 2005, 153, 27-36.
Zhao F.J., Hawkesford M.J. i McGrath S.P.: Sulphur assimilation and effects on yield and quality of wheat.
J. Cereal Sci., 1999, 30, 1-17.
Kertesz M.A. i Mirleau P.: The role of soil microbes in plant sulphur nutrition. J. Experim. Bot., 2004,
55(404), 1939-1945.
Girma K., Mosali J., Freeman K.W., Raun W.R., Martin K.L. i Thomason W.E.: Forage and grain yield
response to applied sulfur in winter wheat as influenced by source and rate. J. Plant Nutr., 2005, 28,
1541-1553.
Eriksen J. i Askegaard M.: Sulphate leaching in an organic crop rotation on sandy soil in Danmark.
Agricult., Ecosyst. and Environ., 2000, 78, 107-114.
Scherer H.W.: Sulphur in crop production - invited paper. Europ. J. Agronom., 2001, 14, 81-111.
Eriksen J., Olesen J.E. i Askegaard M.: Sulphate leaching and sulphur balances of an organic cereal crop
rotation on three Danish soils. Europ. J. Agronom., 2002, 17, 1-9.
Thomas S.G., Hocking T.J. i Bilsborrow P.E.: Effect of sulphur fertilization on growth and metabolism of
sugar beet grown on soils of differing sulphur status. Field Crops Res., 2003, 83, 223-235.
Kaczor A. i Kozłowska J.: Wpływ kwaśnych opadów na agroekosystemy. Folia Univ. Agric. Stetin., 2000,
204(81), 55-68.
Biskupski A., Winiarski A. i Malinowska P.: Stan produkcji krajowej nawozów zawierających siarkę oraz
tendencje światowe ich wytwarzania i stosowania. Nawozy i Nawożenie, 2003, 4(17), 9-30.
Brodowska M.S. i Kaczor A.: Wpływ wapnowania i nawożenia siarką na glebę i rośliny. Cz. I. Zmiany
niektórych właściwości gleby. Roczn. Glebozn., 2005, 56(1/2), 13-20.
Szulc W.: Wpływ zróżnicowanego nawożenia na zawartość różnych form siarki w glebie. Zesz. Probl. Post.
Nauk Rol., 2002, 482, 513-518.
Kaczor A. i Brodowska M.S.: Wpływ wapnowania i nawożenia siarką na wzrost, rozwój i plonowanie jarych
form pszenicy i rzepaku. Cz. II. Rzepak jary. Acta Agrophys., 2003, 1(4), 661-666.
Grzesiuk W.: Nefelometryczne oznaczanie siarki siarczanowej w roślinach. Roczn. Glebozn., 1968, 1,
167-173.
Butters B. i Chenery E.M.: A rapid method for the determination of total sulphur in soils and plants. Analyst,
1959, 84, 239-245.
Motowicka-Terelak T., Terelak H. i Witek T.: Liczby graniczne do wyceny zawartości siarki w glebach
i roślinach. IUNG, Puławy, seria P, 1993, 53, 15-20.
McGrath S.P., Zhao F.J. i Withers P.J.A.: Development of sulphur deficiency in crops and its treatment. The
Fertiliser Society, London 1996, 3-47.
Dampney P.M.R. i Salmon S.: The effect of rate and timing of late nitrogen applications to breadmaking
wheat as ammonium nitrate or foliar urea-N, and the effect of foliar sulphur application. I. Effect on yield,
grain quality and recovery of nitrogen in grain. Aspects Appl. Biol., 1990, 25, 229-241.
Griffiths M.W., Kettlewell P.S. i Hocking T.J.: Effects of foliar-applied sulphur and nitrogen on grain
growth, grain sulphur and nitrogen concentrations and yield of winter wheat. J. Agricult. Sci., 1995, 125,
331-339.
Marazzi C. i Städler E.: Influence of plant sulphur nutrition on oviposition and larval performance of the
diamondback moth. Entomol. Experi. Appl., 2004, 111, 225-232.
108
Marzena S. Brodowska i Adam Kaczor
CONTENT OF DIFFERENT FORMS OF SULPHUR IN WHEAT AND RAPE
UNDER CONDITIONS OF VARIED SOIL SUPPLY IN SULPHUR, MAGNESIUM
AND CALCIUM
Summary: In the two-year pot experiment the range and direction of the changes in content of sulphate sulphur
and organic sulphur in wheat and rape in the conditions of sulphur fertilization (Na2SO4, elementary S) and liming
(CaCO3+MgCO3) were analysed. The experiments were performed using the complete randomization method.
Three variable factors were used - dose and form of lime and dose of sulphur were applied on 3 levels while
sulphur form on 2 levels. In the first year of the research spring wheat was used as a test plant, in the second year spring rape. The achieved results let us state that applied experimental factors have significantly influenced the
content of S-SO4 and organic S in spring forms of wheat and rape. Among the test plants the higher contents of
analysed forms of sulphur were found in the case of rape. Liming influenced the decrease of sulphate sulphur and
organic sulphur content in plants. The better plants supply in sulphur was connected with increase in the content of
analysed forms of sulphur.
Keywords: content of sulphate sulphur, content of organic sulphur, spring wheat, spring rape, sulphur
fertilization, liming