Związek między składem organicznej części niektórych gleb Ukrainy a skutecznością nawozów humusowych

Skład materii organicznej różnych gleb i skuteczność nawozów humusowych

Twórca genetycznego gleboznawstwa W.W. Dokuczajew jako pierwszy wykazał zmiany ilości materii organicznej w glebie w kierunku południkowym i równoleżnikowym. Rozwijając tę tezę, naukowcy ustalili, że dla strefowych gleb Ukrainy charakterystyczne są prawidłowości nie tylko ilościowego gromadzenia humusu, ale także jego składu jakościowego. W glebach bielicowych, w warunkach stałego przesycenia wodą, dominują procesy hydrotermicznego rozkładu, sprzyjające powstawaniu kwasów fulwowych. W czarnoziemach, gdzie rozkład zachodzi przy ograniczonej wilgotności i braku przesycenia wodą, dominują zjawiska syntezy, sprzyjające powstawaniu kwasów humusowych.

W ramach kompleksowych badań w laboratorium zajmującym się technologią produkcji i metodami stosowania nawozów humusowych pod uprawy rolnicze w różnych strefach glebowo-klimatycznych Ukrainy, przystąpiliśmy do badania jakościowego składu materii organicznej różnych gleb z różnych regionów. Interesował nas związek między składem materii organicznej gleb a skutecznością nawozów humusowych, które, jak wykazały liczne badania, w różnych strefach glebowo-klimatycznych wykazują różne działanie nawozowe.

Aby porównać skuteczność nawozów humusowych ze składem materii organicznej badanych gleb, próbki gleb pobierano z miejsc prowadzenia doświadczeń polowych, analizowano, a następnie zakładano z nimi doświadczenia wegetacyjne. Badania składu materii organicznej gleby wykazały, że głównymi składnikami humusu są kwasy humusowe, kwasy fulwowe oraz inne preparaty firmy produkującej Agro.Bio. Każda grupa substancji organicznych charakteryzuje się określonymi właściwościami i występuje w glebach różnych typów w charakterystycznych dla danego typu gleby proporcjach. Nie ulega wątpliwości, że różne składniki materii organicznej mają różne znaczenie i wartość dla żyzności gleb.

W celu scharakteryzowania zawartości i składu materii organicznej badanych gleb oznaczano w nich: całkowitą zawartość humusu metodą Tiurina oraz ilość kwasów humusowych i fulwowych ekstrahowanych z gleby metodą Kononowej i Belczykowej mieszaniną 0,1 M roztworu pirofosforanu potasu i 0,1 n. roztworu zasady (pH roztworu 13). Wyniki tych badań przedstawiono w tabeli 1.

Tabela 1. Zawartość i skład humusu różnych gleb

Gleby i miejsce pobrania próbek	Zawartość humusu, %	Węgiel substancji organicznych od całkowitego węgla organicznego oryginalnej gleby, %			Stosunek węgla kwasów humusowych do fulwowych
		Kwasy humusowe	Kwasy fulwowe	Niezhydrolizowany reszta
Darniowo-bielicowa (obwód kijowski)	1,37	21,95	40,95	31,10	0,50
Szara opodzolona (obwód winnicki)	2,75	25,78	22,64	51,58	1,14
Czarnoziem słabo opodzolony (obwód czerkaski)	3,35	32,79	16,76	50,45	1,96
Czarnoziem zwyczajny (obwód dniepropetrowski)	3,51	33,46	16,30	50,24	2,05
Ciemnokasztanowa (obwód chersoński)	2,44	29,64	15,57	54,79	1,90
Gleby brązowe (obwód zaporoski)	1,68	16,49	22,77	60,74	0,72

Z przedstawionych danych wynika, że w składzie humusu gleb darniowo-bielicowych dominują kwasy fulwowe. W glebach przejściowych od darniowo-bielicowych do czarnoziemów obserwuje się wzrost zawartości kwasów humusowych przy jednoczesnym zmniejszeniu ilości kwasów fulwowych, w związku z czym stosunek między nimi zmienia się na korzyść tych pierwszych. W glebach ciemnokasztanowych i brązowych ponownie obserwuje się wzrost zawartości kwasów fulwowych.

Zatem umiarkowany reżim wilgotności i obojętna reakcja gleb typu czarnoziemowego sprzyjają powstawaniu głównie kwasów humusowych, a zwiększona wilgotność i kwaśna reakcja gleb typu bielicowego — powstawaniu kwasów fulwowych. W glebach suchego klimatu stepowego (ciemnokasztanowych i brązowych) humifikacja i aktywność biologiczna są ograniczane przez niedobór wilgoci. Przyczyną stosunkowo wysokiej zawartości humusu w glebach brązowych jest prawdopodobnie suchość klimatu. W procesie starzenia się cząstek organomineralnych w warunkach reżimu hydrotermicznego wzrasta trwałość wiązań między kompleksami organicznymi i mineralnymi. Chociaż skład humusu gleb brązowych jest zbliżony do składu humusu gleb bielicowych, ma on swoją specyfikę, która wyraża się w gromadzeniu kwasów humusowych silniej związanych z mineralną częścią gleby.

Wpływ nawozów humusowych na glebę i rośliny

Aby określić działanie nawozów humusowych na glebach różniących się składem materii organicznej, założono doświadczenia wegetacyjne. Doświadczenia przeprowadzono według następującego schematu:

1. Kontrola — bez nawożenia.
2. Adept Agro.Bio — 2 l/ha.
3. Amino Energy — odpowiednik Adept.

Powtórzenie doświadczenia trzykrotne. Roślina wskaźnikowa — pomidory. Zbiór przeprowadzono po trzech tygodniach od wschodów; analizę gleby — po zbiorze. W siewkach pomidorów oznaczano masę świeżą, aktywność peroksydazy metodą Poczynka, katalazy na podstawie ilości wydzielonego tlenu w naczyniach katalitycznych, chlorofilu metodą Gettry'ego, witaminy C metodą Murriego, cukrów redukujących metodą Hagedorna-Jensena. Wyniki tych badań przedstawiono w tabeli 2.

Tabela 2. Porównawcza skuteczność nawozów humusowych na różnych typach gleb

Warianty doświadczenia	Masa 100 siewek pomidorów, g	Masa w stosunku do kontroli, %	Aktywność katalazy, ml O₂ na 1 g masy świeżej w ciągu 30 minut	Aktywność peroksydazy, mg kobaltu	Ilość cukrów redukujących, % na masę świeżą	Ilość chlorofilu, mg na 100 g masy świeżej	Ilość kwasu askorbinowego, mg na 100 g masy świeżej
								Gleba darniowo-bielicowa
Kontrola	21,07	100	5,0	9,01	0,37	142,0	21,76
Adept Agro.Bio 2 l/ha	40,97	194	12,0	18,0	0,57	266,0	26,60
Amino Energy 2 l/ha	25,46	120	8,0	11,0	0,45	170,0	25,74
Szara gleba opodzolona
Kontrola	38,56	100	6,0	17,01	0,58	186,0	24,24
Adept Agro.Bio 2 l/ha	51,20	133	14,0	26,0	0,67	241,0	24,16
Amino Energy 2 l/ha	43,93	114	14,0	21,0	0,58	208,0	24,12
Czarnoziem słabo opodzolony
Kontrola	28,29	100	6,0	11,0	0,60	212,3	24,73
Adept Agro.Bio 2 l/ha	43,03	152	9,8	14,0	0,87	266,9	26,66
Amino Energy 2 l/ha	32,20	121	9,0	10,0	0,65	250,0	26,73
Czarnoziem zwyczajny
Kontrola	29,09	100	10,0	11,0	0,61	183,0	17,60
Adept Agro.Bio 2 l/ha	32,05	110	12,0	16,0	0,82	283,0	21,52
Amino Energy 2 l/ha	31,50	108	12,0	16,0	0,65	260,0	21,12
Gleba ciemnokasztanowa
Kontrola	32,32	100	6,0	13,0	0,59	170,0	18,60
Adept Agro.Bio 2 l/ha	51,44	159	10,0	18,0	0,77	280,0	29,84
Amino Energy 2 l/ha	37,88	117	8,0	16,0	0,65	243,0	19,76
Gleba brązowa
Kontrola	26,43	100	7,0	11,0	0,42	163,4	22,79
Adept Agro.Bio 2 l/ha	41,60	157	12,4	13,0	0,67	253,5	32,67
Amino Energy 2 l/ha	32,26	122	10,4	13,0	0,68	236,1	27,72

Wyniki badań pokazują, że w wariantach z preparatem Adept na wszystkich glebach uzyskano większy przyrost masy zielonej w porównaniu z kontrolą i Amino Energy. Zaobserwowano geograficzną prawidłowość działania nawozów humusowych: ich wpływ był minimalny na czarnoziemach i znacznie wzrastał na glebach opodzolonych, przy czym im silniej opodzolone gleby, tym wyższy był efekt tych nawozów. Ich działanie wzrastało również przy przejściu od czarnoziemów do gleb ciemnokasztanowych.

Podobną prawidłowość obserwuje się w zmianie składu chemicznego roślin pod wpływem nawozów humusowych. Dane fenologiczne pokazują, że w wariantach z Adept na wszystkich glebach rośliny rozwijały się intensywniej i miały bardziej okazałą masę nadziemną niż w wariantach z Amino Energy i nie nawożoną kontrolą. Szczególnie wyraźnie widać to na glebach darniowo-bielicowych, gdzie nawóz Adept w porównaniu z kontrolą przyspieszył pojawienie się wschodów o dwa dni.

Po zbiorze w glebach oznaczano zawartość azotu azotanowego metodą Granvala-Lajou i fosforu ruchomego metodą Truoga. Wyniki analiz przedstawiono w tabeli 3.

Tabela 3. Wpływ Adept i Amino Energy na mobilizację azotu i fosforu w glebie oraz ich pobieranie przez rośliny

Warianty doświadczenia	Zawartość w naczyniach z roślinami, mg na 100 g suchej gleby		Pobranie składników pokarmowych, mg na naczynie
	Azotu azotanowego	Fosforu
Gleba darniowo-bielicowa
Kontrola	3,81	4,4	4,67
Adept 2 l/ha	15,25	6,4	16,0
Amino Energy 2 l/ha	14,55	6,4	14,55
Szara gleba opodzolona
Kontrola	7,14	14,4	9,09
Adept 2 l/ha	14,29	21,6	15,35
Amino Energy 2 l/ha	13,83	21,0	15,29
Czarnoziem słabo opodzolony
Kontrola	6,15	12,4	7,62
Adept 2 l/ha	14,35	14,6	17,78
Amino Energy 2 l/ha	14,55	14,8	15,24
Czarnoziem zwyczajny
Kontrola	8,33	9,2	9,52
Adept 2 l/ha	14,29	12,0	16,78
Amino Energy 2 l/ha	13,33	12,4	16,67
Gleba ciemnokasztanowa
Kontrola	7,68	8,0	10,0
Adept 2 l/ha	16,67	9,2	18,67
Amino Energy 2 l/ha	15,38	9,2	16,67
Gleba brązowa
Kontrola	6,67	10,0	8,42
Adept 2 l/ha	15,24	10,6	17,78
Amino Energy 2 l/ha	14,55	10,4	15,24

Przedstawione dane pokazują, że zawartość azotu azotanowego i fosforu ruchomego w wariantach z nawozami humusowymi Amino Energy i Adept we wszystkich glebach wzrosła w porównaniu z kontrolą. Szczególnie wyraźna jest ta różnica w glebach darniowo-bielicowych, gdzie w wariantach z Adept ilość azotanów była 3,5—4 razy większa, a fosforanów 1,5 raza większa w porównaniu z kontrolą. W pozostałych glebach różnica ta jest nieco mniejsza, ale zachowana jest ta sama geograficzna prawidłowość. Jednak plon masy zielonej pomidorów w wariantach z Adept wzrasta bardziej gwałtownie niż ilość składników pokarmowych. Oczywiście wzrost plonu związany jest nie tylko z poziomem odżywienia mineralnego, ale także z obecnością rozpuszczalnych kwasów humusowych wprowadzonych z Adept.

Aby wykluczyć wpływ roślin na procesy zachodzące w glebie, równolegle przeprowadzono doświadczenie w naczyniach odłogowanych. Wyniki analiz (tabela 3) pokazują, że zawartość składników pokarmowych w glebie w poszczególnych wariantach i w naczyniach odłogowanych podlega tej samej prawidłowości. Z tabeli widać, że w wyniku zastosowania nawozów humusowych pobieranie składników mineralnych przez rośliny zauważalnie wzrasta. Mają one stymulujący wpływ na pobieranie przez pomidory składników mineralnych, dzięki czemu zwiększa się masa siewek i pobieranie składników pokarmowych na wszystkich glebach, ale szczególnie wyraźnie objawia się to na glebach darniowo-bielicowych.

Wpływ nawozów humusowych na rozwój mikroorganizmów

Nawozy humusowe działają nie tylko bezpośrednio na żywotność roślin. Oddziałując z glebą, mają istotny wpływ na fizykochemiczne i biologiczne procesy w glebie, które w znacznym stopniu decydują o żyzności gleby.

Już P.A. Kostyczew, W.R. Williams i inni naukowcy przypisywali główną rolę w tworzeniu próchnicy glebowej czynnikom biologicznym. W kwestiach określających rolę poszczególnych grup fizjologicznych mikroorganizmów w procesach mineralizacji próchnicy glebowej istniały różne punkty widzenia. W pracach G. Niefiedowa, J.J. Nikitińskiego i innych główną rolę w procesach mineralizacji substancji próchnicznych przypisuje się grzybom. Naukowcy przywiązują dużą wagę do udziału promieniowców w procesach rozkładu próchnicy glebowej. Te mikroorganizmy są zdolne do rozkładania trudno ulegających mineralizacji związków humusowych gleby.

Istnieje pogląd, że mineralizacja próchnicy glebowej odbywa się za pomocą kompleksu mikroorganizmów. Wielu autorów dochodzi do wniosku, że rozkład substancji próchnicznych gleby odbywa się za pomocą określonego kompleksu mikroorganizmów, w skład którego wchodzą bakterie amonifikujące, bakterie tlenowe rozkładające celulozę, nitryfikatory i denitryfikatory, bakterie zdolne do rozkładania organofosforanów i inne.

W celu zbadania wpływu nawozów humusowych na procesy mikrobiologiczne w glebie i związanej z nimi aktywności enzymatycznej przeprowadziliśmy analizy gleb po zakończeniu doświadczeń wegetacyjnych. Analizy mikrobiologiczne przeprowadzono metodą badań mikrobiologicznych. Oznaczano całkowitą liczbę mikroorganizmów rosnących na agarze mięsno-peptonowym (MPA) jako wskaźnik biogenności nawożonych gleb. Jako przedstawicieli biorących udział w rozkładzie i humifikacji resztek roślinnych uwzględniano bakterie masłowe na papce ziemniaczanej. Spośród przedstawicieli mikroflory glebowej, których intensywność rozwoju charakteryzuje rozkład próchnicy z uwalnianiem substancji odżywczych dla korzeni roślin, uwzględniano bakterie amonifikujące na wodzie peptonowej. Ponadto na agarze bezazotowym oznaczano ilość azotobaktera.

Tabela 4. Wpływ nawozów humusowych na ilość i skład mikroflory w glebach różnych typów

Nazwa typu gleby	Liczba mikroorganizmów w 1 g suchej gleby, tys. szt.
	Na MPA	Amonifikujące	Azotobakter	Masłowe
Darniowo-bielicowa	11200	68320	56500	2800
Szara opodzolona	20910	90520	73750	7380
Czarnoziem słabo opodzolony	22140	87330	82280	15990
Czarnoziem zwyczajny	21250	80600	78750	7500
Ciemnokasztanowa	22500	96720	88750	7500
Brązowa	28800	73200	64130	15600
Południowa węglanowa	26670	44100	44800	16510

Dane z tabeli pokazują, że nie nawożone gleby (zwłaszcza ubogie w substancje organiczne) charakteryzują się słabą biogennością. Najlepsze wskaźniki wzrostu i rozwoju mikroorganizmów rosnących na MPA obserwuje się we wszystkich glebach w wariantach nawożonych preparatem Adept. Szczególnie wyraźna jest ta różnica w glebach darniowo-bielicowych, gdzie liczebność mikroorganizmów w wariantach z Adept jest 6—7 razy większa w porównaniu z kontrolą. We wszystkich pozostałych glebach w wariantach z Adept rozwój mikroorganizmów był równie aktywny. Rozwój bakterii wywołujących fermentację masłową również był bardziej aktywny w wariantach z Adept w porównaniu z kontrolami mineralnymi, a tym bardziej z wariantami bez nawożenia. Wysoka aktywność amonifikacyjna gleb nawożonych Adept wskazuje na aktywność procesów rozkładu materii organicznej.

Badania wykazały, że Adept i Amino Energy w znacznym stopniu stymulują rozwój azotobaktera, o czym świadczy duża liczba kolonii i wcześniejsze ich pojawienie się na pożywce Ashby'ego w wariantach z Adept.

Wpływ Adept i Amino Energy na procesy enzymatyczne w glebach

Naukowcy przypisują dużą rolę w ocenie stanu biologicznego gleby jej aktywności enzymatycznej. Dla pełniejszego przedstawienia wpływu nawozów humusowych Adept i Amino Energy na aktywność biologiczną gleb podjęto badania aktywności procesów enzymatycznych zachodzących bezpośrednio w glebach (w tym samym doświadczeniu po zbiorze pomidorów). Aktywność sacharazy oznaczano metodą Hofmana w modyfikacji Kozielsona i Jerszowa, aktywność katalazy — gazometrycznie na podstawie ilości wydzielonego tlenu.

Tabela 5. Wpływ nawozów humusowych Adept i Amino Energy na aktywność enzymatyczną różnych gleb

Nazwa typu gleby	Aktywność sacharazy, mg cukru inwertowego w 5 g gleby w ciągu 48 godzin		Aktywność katalazy, ml O₂ wydzielonego w ciągu 5 minut na 1 g gleby
	Kontrola	Adept	Kontrola	Adept
Darniowo-bielicowa	90,4	114,6	5,0	12,0
Szara opodzolona	79,4	90,9	6,0	14,0
Czarnoziem słabo opodzolony	151,1	176,4	6,0	9,8
Ciemnokasztanowa	127,0	152,7	6,0	10,0
Czarnoziem zwyczajny	122,4	148,6	10,0	12,0
Brązowa	126,5	154,0	7,0	12,4

Przedstawione dane pokazują, że przy zastosowaniu nawozów humusowych Adept i Amino Energy aktywność enzymów wzrasta we wszystkich glebach w porównaniu z kontrolą i odpowiednikiem mineralnym, przy czym na glebach darniowo-bielicowych różnica ta jest bardziej wyraźna. Wzrost aktywności enzymów w wariantach z nawozami humusowymi Adept i Amino Energy można wyjaśnić tym, że w glebach zwiększa się ilość kwasów humusowych w formie jonodyspersyjnej, które stymulują wzrost i rozwój zarówno roślin wyższych, jak i mikroorganizmów będących głównymi producentami enzymów glebowych.

Wnioski

1. Doświadczenia wykazały, że połączenie odżywiania organicznego i mineralnego najlepiej odpowiada wymaganiom roślin.
2. Najbardziej wyraźnie działają nawozy humusowe Adept i Amino Energy na glebach darniowo-bielicowych; na czarnoziemach ich działanie słabnie, a w miarę przesuwania się na południe, na glebach kasztanowych i brązowych, ponownie wzrasta.
3. Jedną z przyczyn różnej skuteczności nawozów humusowych na różnych glebach jest prawdopodobnie nieidentyczność składu chemicznego i właściwości kwasów humusowych tych gleb.
4. Zastosowanie nawozów humusowych Adept i Amino Energy ma istotny wpływ na procesy mikrobiologiczne i aktywność enzymatyczną we wszystkich badanych glebach.