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 60-80 mg/kg, a K 2O tartalom 140-160 mg/kg, a ph KCl 6,8-7,0, fizikai félesége homokos vályog. 235
Az évente átlagosan lehullott csapadék mennyisége: 683 mm (1901-2000), 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: 0-70-140-210-280 kgha -1, búza esetében: 0-50-100-150-200 (0-50-[50+50]-[50+50+50]-[100+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 2014. május elején a kukorica kelése után, 2014. szeptemberében a kukorica betakarítása után, magas talajnedvesség tartalommal, valamint 2015. 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
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 2014. 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) 148,286 176,686 156,908 135,7 171,109 175,071 SzD 5 %: 12,605 B, N adagok N0 N1 N2 N3 N4 MBC (µg C g -1 talaj) 152,428 155,941 171,179 165,665 157,921 SzD 5 %: 16,273 237
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 2014. tavaszi mérések statisztikai értékelésénél, sem a trágya kiegészítések, sem a különböző N adagok nem mutattak szignifikáns eltérést. A 2014. 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
3. táblázat: Mikrobiális biomassza C tömeg évenkénti bontásban. A 2014 tavaszi, őszi és 2015 tavaszi méréseinek eredményei. Rövidítések magyarázata a szövegben. 2014 tavasz Trágya kiegészítés N adagok MBC (µg C g -1 talaj) 128,601 122,567 155,933 119,121 123,84 147,491 154,668 133,381 SzD 5 %: 28,547 SzD 5%: 36,855 2014 ősz Trágya kiegészítés N adagok MBC (µg C g -1 talaj) 173,138 189,096 151,094 173,256 173,423 176,236 162,053 170,577 SzD 5 %: 28,547 SzD 5%: 23,520 2015 tavasz Trágya kiegészítés N adagok MBC (µg C g -1 talaj) 143,120 218,394 163,697 164,907 170,559 189,809 180,274 169,804 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
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
Hivatkozások Debreczeni B.-né 2009. Nemzetközi áttekintés a világ szántóföldi tartamkísérleteiről. In: Az Országos Műtrágyázási Tartamkísérletek (OMTK) kísérleti eredményei (1967-2001). Szerk.: Debreczeni B.-né és Németh T. Akadémiai kiadó. Budapest. 19-23. Helmeczi B. 1983. Műtrágyák hatása a talaj mikroflórájára. Agrokémia és Talajtan 32: 580-592. Ibrahim, A. N., Kamel. M & El-Sherbeny, M.A., 1971. A Tolypotrix tenius algával történő oltás hatása a rizs termésére és a talaj nitrogénmérlegére. Agrokémia és Talajtan 20: 389-399. Kátai J. 1999. Talajmikrobiológiai jellemzők változása trágyázási tartamkísérletben. Agrokémia és Talajtan 48: 348-360. Kátai J. 2006. Changes in soil characteristics in a mono- and triculture long-term field experiment. Agrokémia és Talajtan 55: 183-192. Kismányoky, T és Balázs, J. 1996. Keszthelyi tartamkísérletek. Pannon Agrártudományi Egyetem, Keszthely. 37-41. Kononova M.M. 1966. Soi1 Organic Matter. Pergamon Press Ltd, Oxford, 544 p. Müller G. 1991. Az agroökológia talajmikrobiológiai kérdései és az intenzív mezőgazdasági termelés. Agrokémia és Talajtan. Budapest. 40 (1991) 1-2. 263-271. Powlson D. S, Smith, P., Coleman, K., Smith, J. U., Glendining, M. J., Koerschens, M. and Franko, U. 1998. A European network of long-term sites for studies on soil organic matter. Soil & Tillage Research 47: 263-274. 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, 61-64. Tate, R. L. 2000. Process control in soil. In Soil microbiology. John Wiley & Sons, New York. USA. 125-158. Vance, E. D., Brookes, P. C. and Jenkinson, D. S. 1987. An extraction method for measuring soil microbial biomass C. Soil Biol. Biochem. 19 (6): 703-707. Zadoks, J.C., Chang, T.T. and Konzak, C.F. (1974) A decimal code for the growth stages of cereals. Weed Research 14: 415-21. 241