Mikrobiális biomassza és a humuszminőség alakulása trágyázási tartamkísérletben

Átírás

1 Kökény Mónika 1 Tóth Zoltán 2 Hotváth Zoltán 3 - Csitári Gábor 4 Mikrobiális biomassza és a humuszminőség alakulása trágyázási tartamkísérletben Development of microbial biomass and humus quality in a long-term fertilization experiment kmoni1231@gmail.com 1 Pannon Egyetem, Georgikon Kar, NKTDI PhD hallgató 2 Pannon Egyetem, Georgikon Kar, Növénytermesztéstani és Talajtani Tanszék, egyetemi docens 3 Pannon Egyetem, Georgikon Kar, egyetemi hallgató 4 Pannon Egyetem, Georgikon Kar, Növényvédelmi Intézet, egyetemi docens Bevezetés A mikrobiális biomassza a talaj szervesanyag tartalmának átlagosan 2%-a, tehát nagyon kis része, mégis alapvető fontosságú a talajban lezajló folyamatokban. A talajban a szerves szén mennyisége mellett a mikrobiális biomassza tömegét és aktivitását számos tényező (felvehető tápanyagok mennyisége, nedvességtartalom, oxigén mennyisége, kémhatás, hőmérséklet) befolyásolja (Tate, 2000). A hatások vizsgálatát a talajok heterogenitása és a tényezők egy részének időbeli változása nehezíti. A felsorolt tényezők hatása együttesen érvényesül a különböző trágyázási formák és adagok hatásának vizsgálatakor. Változik a talajban a rendelkezésre álló tápanyagok mennyisége, a talajszerkezet és a vízellátás is. A hazai és nemzetközi szakirodalomból jól ismert, hogy a trágyázás befolyásolja a mikroorganizmusok mennyiségét és aktivitását a talajban. Kísérleteink során azt vizsgáltuk, hogy a különböző trágyaadagok és trágyázási módok hogyan, és milyen mértékben befolyásolták a talajban a mikrobiális biomassza tömegét, adott éghajlaton és talajtípuson. A szezonális ingadozások hatásának kiküszöbölésére és időjárási tényezők vizsgálatára az eltérő mintavételi időpontok adtak lehetőséget. A talaj szervesanyag mennyisége mellett annak minősége is befolyásolja a mikroorganizmusok mennyiségét. Ezért a mikrobiális biomassza meghatározása mellett vizsgáltuk a talajban a humusz minőségét is. A trágyázás és a különböző talajművelési, növénytermesztési módok hatását sokféleképpen lehet vizsgálni. A mezőgazdasági gyakorlat számára leghasználhatóbb eredmények a trágyázási és művelési tartamkísérletekből származnak. A tartamkísérletek beállításuk körülményei és korrekt értékelhetőségük miatt számos tudományos kérdésre is válasz adnak (Powlson et al, 1998). Napjainkban, mintegy 630 (10 évnél idősebb) tartamkísérletet tartanak nyilván a világon, legtöbbjük Európában található (Debreczeniné, 2009). A keszthelyi IOSDV tartamkísérletet 1983-ben állították be három ismétlésben tizenöt kezelés kombinációval az eltérő N trágyázás (5 szint) és szervestrágya kiegészítés (3 változat) hatásainak tanulmányozására. Ennek a tartamkísérletnek a parcelláiból vettünk talajmintákat 2014-ben és 2015-ben és azokat használtuk a mikrobiális biomassza mennyiség és humuszminőség meghatározásához. Anyagok és módszerek A kísérlet talajtípusa Ramann-féle barna erdőtalaj, humuszban és foszforban gyengén, káliummal közepesen ellátott. Átlagosan a humusztartalom 1,6-1,7%, az ammóniumlaktát oldható P 2O 5 tartalom mg/kg, a K 2O tartalom mg/kg, a ph KCl 6,8-7,0, fizikai félesége homokos vályog. 235

2 Az évente átlagosan lehullott csapadék mennyisége: 683 mm ( ), az átlagos évi középhőmérséklet: 10,5 º C. 1. ábra: A 2014-es (a) és 2015-ös (b) év havi középhőmérséklet és csapadék mennyiség adatai, (Forrás: Keszthelyi Meteorológiai Állomás) A 2014-es évben összesen 875,3 mm csapadék hullott Keszthelyen. A júliustól szeptemberig tartó bőséges csapadékmennyiség a parcellákon lévő kukorica optimális érését hátrányosan befolyásolta, illetve a betakarítást késleltette, nehezítette. A talaj magasabb nedvességtartalma kedvezőbb a mikroorganizmusok számára, ez tükröződik is a 2014-es év őszi mérési eredményeiben, melyek jóval magasabbak lettek, mint a tavaszi eredmények. A 2015-ös évben jóval több száraz időszak volt, mely a mikroorganizmusok számára sem volt kedvező. Az IOSDV (Nemzetközi szerves- és nitrogéntrágyázási tartamkísérlet) jelű kéttényezős sávos elrendezésű gabonás vetésforgó tartamkísérlet növényi sorrendje: kukorica - őszi búza őszi árpa; ismétléseinek száma: 3. Parcelláinak bruttó mérete: 48 m 2. A kísérlet tényezői között a növekvő N műtrágya adagok és a kiegészítésként kijuttatott különböző szerves trágyák szerepelnek. A műtrágyázást tekintve minden kísérleti parcella (a N kontroll is) egységesen 100 kgha -1 P 2O 5 és K 2O hatóanyag tartalmú alapműtrágyázásban részesül, míg a N kezelések kijuttatása a vetésforgóban szereplő növényektől függően 5 egyenlően növekvő adagban történik (N1, N2, N3, N4, N5). A N hatóanyag adagok kukorica esetében: kgha -1, búza esetében: (0-50-[50+50]-[ ]-[ ]) kgha -1. A műtrágya (MT) önmagában történő kijuttatása (szervestrágya kiegészítés nélküli kontroll) mellett műtrágya+istállótrágya (IST) és műtrágya+szármaradvány+zöldtrágya (SZ+ZT) változatok szerepelnek. Az istállótrágyás kezelésekben az istállótrágya kijuttatása 35 tha -1 adagban a rotáció során (három évenként) egy alkalommal a kukorica előtt leszántva történik. A szármaradványok visszapótlása esetében minden 1 t szármaradványra számítva 10 kg N hatóanyag kiegészítés is történik hektáronként. A szármaradvány visszapótlási változatokban a rotáció során egy alakalommal az őszi árpa tarlójába vetett másodvetésű olajretek zöldtrágya növény (Raphanus sativus var. Oleiformis) alászántása is megtörténik (Kismányoky és Balázs, 1996). Talajmintákat május elején a kukorica kelése után, szeptemberében a kukorica betakarítása után, magas talajnedvesség tartalommal, valamint április 30-án, ugyanabban a blokkban a Zadoks (1974) -féle fenológiai kódrendszer alapján az őszi búza 37-es (a zászlóslevél éppenhogy látható) állapotában, enyhén nedves talajállapotban vettük. A mintavétel után a talajokat teljesen le nem zárt nylon zacskókban, hűtőszekrényben tároltuk 4-6 hétig. Mikrobiális biomassza mérését Vance et al. (1987) leírása alapján végeztük. Röviden: A kloroform fumigálás miatt az intakt mikrobák lizálnak és a mikrobiális szerves anyag kiszabadul. A talaj nem-élő szerves anyagaira nem hat a kloroform kezelés. A talajmintákat kettéosztottuk, egyik részt fumigáltuk kloroformmal 24 órán keresztül 236

3 vákuum exszikkátorban, a másik részt nem. A szerves szenet 0,5 M kálium-szulfát oldattal extraháltuk ki, és a fumigált és fumigálatlan mintákban egyaránt megmértük. A különbségekből a mikrobiális biomassza széntartalma egy korrekciós faktorral (k EC= 0,38) meghatározható. A korrekciós faktorra azért van szükség, mert a kloroformos fumigálás során nem az összes mikroorganizmus pusztul el, és a talaj oldható szerves szén tartalmának csak egy része oldható ki a kálium-szulfátos kivonóoldattal. A különböző talajok vizsgálata alapján Vance et al. (1987) által javasolt érték széleskörűen elfogadott. A humuszminőség mérésére az E4/E6 módszert használtuk. A módszer lényege, hogy a talajból 0,5 %-os NaOH oldattal kioldjuk a humuszanyagokat, majd 465 és 665 nm hullámhosszaknál mérjük a NaOH-os humuszkivonatok fényelnyelését. A két érték hányadosa alapján következtethetünk arra, hogy a kis molekulájú fulvo- és huminsavak, vagy a nagyobb molekulájú, jobb minőségű huminsavak dominálnak a talajban (Kononova, 1966). A mérési eredméneket SPSS Student Version 15.0 statisztikai programmal, valamint Microsoft Office Excel programmal értékeltük ki. Eredmények Az 1. táblázat A, része a mikrobiális biomassza tömeg méréseinek összesített eredményét mutatja, ahol harmadik tényezőként a mintavétel időpontja is értékelésre került. Az alkalmazott trágya kiegészítési módok esetében a legmagasabb biomassza tömeget az istállótrágyás (IST) kiegészítésnél mértünk, 16 %-kal magasabbat, mint a csak műtrágyázott (NPK), és 12 %-kal magasabbat, mint a szárleszántás+zöldtrágya (NPK+SZ+ZT) kiegészítésben részesülő parcellákon. Ez a különbség statisztikailag is igazolható. Azonban a csak műtrágyázott és a szárleszántás+zöldtrágyázott parcellák eredményei között nem volt szignifikáns mértékű az eltérés. Harmadik tényezőként a mintavétel idejét vizsgáltuk, ahol szignifikáns eltérést a tavaszi minták mutatnak, itt lényegesen alacsonyabb átlageredményt kaptunk, mint a másik két mintavételi időpontban. A szervestrágya kiegészítés valamint a mintavétel időpontjának kombinációja esetében is voltak szignifikáns eltérések. 1. táblázat: Mikrobiális biomassza tömeg 2014 tavaszi, őszi és 2015 tavaszi méréseinek összesített eredményei IOSDV (A: Trágya kiegészítések és a különböző mintavételi időpontok mikrobiális biomassza C tömegei, B: különböző nitrogén adagok mikrobiális biomassza C tömegei). Rövidítések magyarázata a szövegben. A, Trágya kiegészítés Mintavétel ideje NPK NPK+IST NPK+SZ+ZT 2014 tavasz 2014 ősz 2015 tavasz MBC (µg C g -1 talaj) 148, , , ,7 171, ,071 SzD 5 %: 12,605 B, N adagok N0 N1 N2 N3 N4 MBC (µg C g -1 talaj) 152, , , , ,921 SzD 5 %: 16,

4 Az 1. táblázat B, része a parcellákon alkalmazott emelkedő N adagok által eredményezett mikrobiális biomassza tömeg értékeket mutatja. A statisztikai értékelés szerint itt nincs szignifikáns eltérés, a szignifikancia vizsgálat negatív. Az eredményekből viszont jól látszik, hogy a N adag emelkedése csak egy bizonyos mértékig növeli a mikrobiális biomassza tömegét, aztán csökkenti azt. A 2. táblázat a 2014-es őszi mintákból mért E4/E6 humuszminőség hányados értékeket mutatja be. Ha a hányados értéke 7-nél nagyobb akkor a kis molekulájú fulvo- és huminsavak dominálnak, ha 3 és 5 közé esik akkor a nagyobb molekulájú, jobb minőségű huminsavak vannak túlsúlyban. Az eredményekből látható, hogy a szerves trágya kiegészítések javítják a talaj humuszminőségét. A legjobb humuszminőség (6,427) a szárleszántás+zöldtrágya kiegészítésben részesülőparcellákon volt. A csak műtrágyázott parcellák E4/E6 hányadosa a legmagasabb, ez szignifikánsan eltér a másik két kezelés eredményeitől. Összességében elmondható, hogy a kísérleti terület egészén nem túl jó minőségű a humuszanyag. 2. táblázat: A 2014-es őszi mintából mért E4/E6 humuszminőség eredményei, különböző trágyázási kiegészítési módok és N adagok mellett. Rövidítések magyarázata a szövegben. Trágya kiegészítés N adagok E4/E6 7,835 6,853 6,427 7,124 7,324 7,355 6,892 6,497 SzD 5 %: 0,582 SzD 5%: 0,751 A 3. táblázat a különböző időpontban vett minták mikrobiális biomassza tömeg méréseinek eredményeit szemlélteti. A tavaszi mérések statisztikai értékelésénél, sem a trágya kiegészítések, sem a különböző N adagok nem mutattak szignifikáns eltérést. A év őszi mérésének eredményei szerint az istállótrágyás kiegészítés bizonyult a leghatékonyabbnak mikrobiális biomassza tömeg szempontjából (első éves istállótrágya hatás). Ennél a kezelésnél csak 8,5 %-kal alacsonyabb a csak NPK műtrágyás parcellák mikrobiális biomassza tömege. Ez a különbség statisztikailag nem szignifikáns. A 2014-es őszi minták esetében a szárleszántás+zöldtrágyakezelés esetén volt a legalacsonyabb a mikrobiális biomassza C mennyisége, ami a másik két kezelés eredményeinél szignifikánsan alacsonyabb. A különböző N adagok között itt sem volt szignifikáns eltérés. A 2015-ös év tavaszi mikrobiális biomassza mérésének eredményei szerint a trágya kiegészítések statisztikailag is igazolható különbséget mutattak. A legmagasabb érték az istállótrágyás kiegészítésnél volt (második éves istállótrágya hatás), alacsonyabb volt 25%-kal a szárleszántás+zöldtrágyás, 35 %-kal pedig a csak műtrágyás kezelés. A N adagok hatására itt sem volt szignifikáns eltérés. Bár a N adagok esetében nem volt kimutatható szignifikáns hatás, az eredmények mind hasonló tendenciát követnek. A N adagok kezdeti emelkedése növeli a mikrobiális biomassza mennyiséget, majd az optimumot meghaladva csökkenti azt. A N kezelés a növények fejlődésére is hasonló tendencia szerint hat. 238

5 3. táblázat: Mikrobiális biomassza C tömeg évenkénti bontásban. A 2014 tavaszi, őszi és 2015 tavaszi méréseinek eredményei. Rövidítések magyarázata a szövegben tavasz Trágya kiegészítés N adagok MBC (µg C g -1 talaj) 128, , , , ,84 147, , ,381 SzD 5 %: 28,547 SzD 5%: 36, ősz Trágya kiegészítés N adagok MBC (µg C g -1 talaj) 173, , , , , , , ,577 SzD 5 %: 28,547 SzD 5%: 23, tavasz Trágya kiegészítés N adagok MBC (µg C g -1 talaj) 143, , , , , , , ,804 SzD 5 %: 19,083 SzD 5%: 24,637 A különböző időpontokban vett minták mikrobiális biomassza eredményei között végzett korreláció vizsgálatnál a 2014 őszi és 2015 tavaszi minták adták a legnagyobb korrelációs együtthatót (0,24), de 95% szignifikancia szinten nem szignifikáns az eltérés. Ez az eredmény is jól mutatja, hogy az azonos parcellákból, de különböző időpontban vett minták eredményeit jelentősen befolyásolják a klimatikus és környezeti viszonyok, illetve a kezelések időpontjai. A mikrobiális biomassza mennyiség és a humuszminőség közti korreláció vizsgálat szintén nem volt szignifikánsan (korrelációs együttható: 0,23). 239

6 Eredmények értékelése A szakirodalomi közlemények nagyobb részében leírtak szerint a trágyázás, főként a szerves trágyázás pozitívan befolyásolja a talajban a mikrobiális biomassza tömeget (Ibrahim 1971, Helmeczi 1983, Müller 1991, Kátai 1999, Kátai 2006, Szili-Kovács 2012,). Ennek a már szinte tankönyvi tételnek a magyarázata, hogy a trágyázás hatására növekszik a növényi biomassza (a gyökereké is), és ez közvetetten (a talajba kerülő többlet szervesanyag miatt) kedvez a mikroorganizmusok szaporodásának is. Közvetlen hatást általában a szervestrágyázással kapcsolatban mutatnak ki. Saját vizsgálataink alapján is elmondható, hogy a műtrágyázás mellett kiegészítésként használt istállótrágyázás, valamint szárleszántás+zöldtrágya növény alkalmazása növeli a talaj mikrobiális biomassza tömegét. A műtrágyázás során alkalmazott különböző N adagok azonban közvetlenül nem befolyásolták számottevően a talajban élő mikroorganizmusok mennyiségét. Tendenciaszerűen azonban megállapítható, hogy a növényállomány számára optimális szintű N ellátás (N műtrágya adagok) mellett nagyobb volt a mikrobiális biomassza mennyisége is. A trágyahatás általában nem lineáris, a növekvő adaggal nem egyenletesen nő a mikroorganizmusok mennyisége. A közlemények kisebb részében a trágyázás hatása nem mutatható ki, és ez magyarázható az adott kísérletre jellemző körülményekkel, eseményekkel. Mindkét esetben nehezíti az adatok értékelését és az összefüggések feltárását a mérések jellemzően nagy szórása, amely a kísérleti terület és a talaj inhomogenitásából, a minták tárolásából és a mérési módszerekből származik. Az E4/E6 módszerrel végzett humuszminőség mérések alapján a humuszanyagok javítása érdekében is érdemes szerves kiegészítést alkalmazni. A korrelációanalízisek eredményei - az alacsony korrelációk az eltérő évek között - bizonyítják, hogy jelentős az eltérés a különböző időpontban, eltérő környezeti és klimatikus viszonyok között vett minták mikrobiális biomassza tömege között. A időjárás valamint az egyéb környezeti tényezők hatásainak vizsgálatához több mintavétel szükséges, tehát a jövőben ezen vizsgálatok mindenképp indokoltak és tervezettek. Összefoglalás A mikroorganizmusok a talaj összes szerves anyagának csak kis részét (1-2 %) alkotják, jelentőségük mégis nagy, hiszen a szervetlen anyagok a lebontásuk által válnak szerves tápanyaggá. A talajban élő mikroorganizmusok rendkívül érzékenyen és gyorsan reagálnak a környezet változásira, így jól alkalmazhatóak a talaj állapot jellemzésére, valamint előrejelzésre. Egy több évtizede beállított tartamkísérlet kiváló lehetőséget biztosít a különböző kezelések hatásának vizsgálatára, hiszen a hosszú évek alatt alkalmazott azonos kezelések számos kísérleti hibát kizárnak, melyek egy frissen beállított kísérletnél fennállhatnak. Vizsgálataink arra engednek következtetni, hogy a műtrágyázás mellett mindenképp indokolt valamilyen szerves kiegészítő trágyázás, vagy szárleszántás és zöldtrágya növény alkalmazása, a talaj biológiai állapotának, valamint a benne található humuszanyagok minőségi javításának érdekében. 240

7 Hivatkozások Debreczeni B.-né Nemzetközi áttekintés a világ szántóföldi tartamkísérleteiről. In: Az Országos Műtrágyázási Tartamkísérletek (OMTK) kísérleti eredményei ( ). Szerk.: Debreczeni B.-né és Németh T. Akadémiai kiadó. Budapest Helmeczi B Műtrágyák hatása a talaj mikroflórájára. Agrokémia és Talajtan 32: Ibrahim, A. N., Kamel. M & El-Sherbeny, M.A., A Tolypotrix tenius algával történő oltás hatása a rizs termésére és a talaj nitrogénmérlegére. Agrokémia és Talajtan 20: Kátai J Talajmikrobiológiai jellemzők változása trágyázási tartamkísérletben. Agrokémia és Talajtan 48: Kátai J Changes in soil characteristics in a mono- and triculture long-term field experiment. Agrokémia és Talajtan 55: Kismányoky, T és Balázs, J Keszthelyi tartamkísérletek. Pannon Agrártudományi Egyetem, Keszthely Kononova M.M Soi1 Organic Matter. Pergamon Press Ltd, Oxford, 544 p. Müller G Az agroökológia talajmikrobiológiai kérdései és az intenzív mezőgazdasági termelés. Agrokémia és Talajtan. Budapest. 40 (1991) Powlson D. S, Smith, P., Coleman, K., Smith, J. U., Glendining, M. J., Koerschens, M. and Franko, U A European network of long-term sites for studies on soil organic matter. Soil & Tillage Research 47: Szili-Kovács T., Molnár E., Villányi I., Knáb M., Bálint Á., Heltai Gy. és Anton A. 2012: CO 2 kibocsátás és mikrobiális aktivitás bolygatatlan talajoszlopban ásványi és istállótrágya kezelések hatására kukorica jelzőnövénnyel. In: Lehoczky É. (szerk.) Talaj-víz-növény kapcsolatrendszer a növénytermesztési térben. MTA Talajtani és Agrokémiai Intézet, Budapest, Tate, R. L Process control in soil. In Soil microbiology. John Wiley & Sons, New York. USA Vance, E. D., Brookes, P. C. and Jenkinson, D. S An extraction method for measuring soil microbial biomass C. Soil Biol. Biochem. 19 (6): Zadoks, J.C., Chang, T.T. and Konzak, C.F. (1974) A decimal code for the growth stages of cereals. Weed Research 14: