VLIV HNOJENÍ ORGANICKÝMI A PRŮMYSLOVÝMI DUSÍKATÝMI HNOJIVY NA OBSAH DUSÍKU MIKROBIÁLNÍ BIOMASY V ORNICI

The Effect of Nitrogen Derived from Organic and Mineral Fertilizer

on the Amount of Nitrogen in Soil Microbial Biomass

Černý Jindřich, Balík Jiří, Pavlíková Daniela, Sýkora Karel, Brodský Lukáš

Abstract

Changes in soil fertility caused by various organic and N-fertilizer amendments were studied in long-term field experiment cropped with potato, winter wheat and spring barley. Seven treatments were included: control, farmyard manure, sewage sludge, N-fertilizer, N-fertilizer and straw incorporation. Microbial biomass were determined by chloroform fumigation-extraction method. Microbial biomass N increased by input organic fertilizer.

Koloběh živin a tok energie v ekosystémech je svázán s koloběhem organické hmoty v půdě. V koloběhu živin v půdě hrají nezastupitelnou roli mikroorganismy. Mikrobiální biomasa patří mezi lehce rozložitelné zdroje organické hmoty a tak představuje významný zdroj živin pro rostliny např. N, S, P (Jenkinson, 1988, Jenkinson a Ladd 1981, Marumoto et al., 1982).

Celkové množství N vázané v půdní mikrobiální biomase je značné. V mikrobiální biomase orných půd je uváděn jako střední obsah 225 kg N na hektar. Anderson a Domsch (1980) vypočítali, že v 0,125 m povrchové vrstvě 26 zemědělských půd činil 0,5 - 15,3 % celkového půdního dusíku a dosahoval hodnoty přibližně 108 kg N.ha-1. V zemědělských půdách Dolního Saska je přibližně 3,1 % N z celkového dusíku obsaženo v mikrobiální biomase (Joergensen, 1995). Význam mikrobiálního dusíku jako zdroje a zásoby rychle mineralizovatelného N potvrdili v polních pokusech Carter a Rennie (1984). Zjištění dobré korelace (r2 = 0,9) mezi obsahem N v mikrobiální biomase a příjmem dusíku pšenicí (Azam et al., 1986), i výsledky pokusů s izotopem 15N (Ladd et al., 1981) potvrzují hypotézu, že rozhodující část dusíku dostupného rostlinám pochází z mineralizace mikrobiální biomasy.

V posledních 15 letech vzrostl zájem o měření půdní mikrobiální biomasy, hlavně pro srovnání vlivu různých způsobů ošetření půdy a agrotechnických zásahů, nebo pro sledování změn v různých ekosystémech. Mikrobiální biomasa je citlivý indikátor změn, které jsou výsledkem agronomických a dalších zásahů do půdního ekosystému (Doran 1987, Smith a Paul 1990, Collins et al., 1992). Využití kvantifikace půdní mikrobiální biomasy může také rozšířit znalosti o koloběhu živin (Groot et al., 1991).

Metody stanovení mikrobiální biomasy jsou založené na měření metabolických procesů prostřednictvím stanovení látkových produktů, měření enzymové aktivity, ATP, nebo zvýšené spotřeby některých substrátů. V součastné době patří k nejužívanějším metodám fumigačně-inkubační a extrakční metody. Jejich výhodou je, že umožňují stanovit množství uhlíku, dusíku, ale také např. fosforu a síry v mikrobiální biomase. Základní princip fumigačních metod spočívá v tom, že působením par chloroformu jsou usmrceny mikroorganismy a destrukcí jejich buněk se do půdního roztoku uvolňují organické látky. Při použití fumigačně-extrakčních metod se uvolněné živiny bezprostředně po fumigaci extrahují a ze zvýšení množství extrahovatelných prvků oproti nefumigované kontrole se vypočítává jejich množství poutané mikrobiální biomasou. Metodu je možné použít pro stanovení C (Vance et al., 1987), N (Brookes et al., 1985), P (Brookes et al., 1982), S (Chapman, 1987).

Fumigačně-extrakční metoda je využívána také na katedře agrochemie a výživy rostlin pro stanovení dusíku mikrobiální biomasy.

V dlouhodobých stacionárních pokusech s rotací plodin byl sledován vliv hnojení organickými a průmyslovými dusíkatými hnojivy na obsah dusíku mikrobiální biomasy. Pokusy byly založeny na podzim roku 1996 na pěti stanovištích ČR s rozdílnými půdně-klimatickými podmínkami (Červený Újezd, Hněvčeves, Humpolec, Lukavec u Pacova, Praha - Suchdol). Jednoduchý osevní postup má tuto rotaci plodin: brambory, ozimá pšenice a jarní ječmen.

I. Schéma stacionárního pokusu s rotací plodin

Z grafu 1 je zřejmé, že následně po aplikaci organických hnojiv je zvýšen obsah Nbio., což je patrné zvláště na variantách, kde byly použity čistírenské kaly a hnůj. Při odběrech v roce 1997 bylo zjištěno na var. Kal 1 v průměru 16,3 mg Nbio..kg-1, což je téměř o 30 % vyšší obsah ve srovnání s kontrolou a na var. Kal 3 bylo stanoveno 19,9 mg Nbio..kg-1, to je oproti kontrole vyšší obsah o 58%. Také na variantě s aplikací plné dávky hnoje byl naměřen obsah o 6,7 mg Nbio..kg-1 vyšší než na kontrolní variantě bez aplikace hnojiv, což představuje v relativním vyjádření o 53% vyšší obsah. Na variantě s poloviční dávkou hnoje byl stanoven obsah Nbio. v průměru o 19% vyšší než na kontrole. Výraznější změny v obsahu Nbio. nebyly pozorovány na variantách s aplikací průmyslových N hnojiv.

1. Obsah N mikrobiální biomasy v ornici; blok brambor; podzim 1997

(průměr 5 stanovišť)

Na parcelách s ozimou pšenicí a jarním ječmenem, kde nebylo aplikováno organické hnojivo, nebyly zjištěny statisticky významné rozdíly mezi variantami hnojení. Samotná aplikace pouze průmyslových dusíkatých hnojiv nevyvolala změny v obsahu dusíku mikrobiální biomasy. Tyto výsledky odpovídají závěrům Ritze a Robinsona (1988), kteří sledovali změny obsahu N mikrobiální biomasy během vegetace jarního ječmene. V jejich pokusech nebyl zjištěn vliv dávky dusíku (25, 75, 125 kg N.ha-1) na obsah N biomasy, přičemž ve sledováních byla zjištěna poměrně velká variabilita obsahu Nbio.. Lovell et al. (1995) popisuje, že změny v obsahu Nbio. jsou zřejmé až po několika letech pravidelné aplikace N. V prvních letech je většinou patrný spíše nárůst obsahu mikrobiální biomasy a následně dochází k poklesu. Zatím je však nejasný základní princip změn půdní mikrobiální biomasy při různém hnojení dusíkatými průmyslovými hnojivy. Jak uvádějí Fauci a Dick (1994), aplikace N ovlivňuje mikrobiální biomasu nepřímo přes rostliny, neboť dusík podporuje růst rostlin a vlivem akumulace snadno rozložitelných substrátů, např. kořenových exudátů, dochází k stimulaci aktivity biomasy.

V roce 1998 následovaly brambory po předplodině ječmenu. Na tento blok byla aplikována organická hnojiva. Aplikace a zaorávka hnojiv byla provedena na podzim 1997. Obsah Nbio. vykazoval podobný trend jako na variantách organicky hnojených v předchozím roce. Nejvyšší obsah dusíku mikrobiální biomasy - 19,2 mg Nbio..kg-1 byl naměřen na variantě s aplikací trojnásobné dávky čistírenských kalů. Na variantě Kal 1 bylo stanoveno 16,2 mg Nbio..kg-1, což je o 13% víc proti kontrole. V průměru o 20% ve srovnání s kontrolní nehnojenou variantou byl vyšší obsah Nbio. na variantě s aplikací hnoje a o 10% na variantě s poloviční dávkou hnoje. Zaorávka slámy se současnou aplikací N hnojiv přinesla zvýšení obsahu dusíku biomasy o 12%. Nejmenší vliv na změny Nbio. vykazovala varianta, kde bylo hnojeno pouze průmyslovými N hnojivy, přesto zde byl stanoven obsah Nbio. o 9% vyšší v porovnání s kontrolou.

Na bloku s ječmenem (předplodina pšenice) byla v průběhu pokusu použita pouze průmyslová dusíkatá hnojiva. Jak je patrné z grafu 3, nebyl stanoven v průběhu pokusu vliv aplikace těchto hnojiv na obsah Nbio. v ornici.

2. Obsah N mikrobiální biomasy v ornici; blok brambor; podzim 1998

(průměr 5 stanovišť)

3. Obsah N mikrobiální biomasy v ornici; blok ječmene; podzim 1998

(průměr 5 stanovišť)

Zvýšený obsah Nbio. v roce 1998 byl zjištěn na bloku s pšenicí, na variantách, kde byla k předplodině (bramborám) aplikována organická hnojiva. Přestože rozdíl mezi variantami nebyl statisticky průkazný jako první rok po aplikaci, bylo na variantě s aplikací hnoje naměřeno v průměru o 38% a na variantě Kal 1 a Kal 3 o 19% resp. o 28% Nbio. více než na kontrolní variantě. Také na variantách s aplikací poloviční dávky hnoje a průmyslových dusíkatých hnojiv byl obsah Nbio. o 14% vyšší proti kontrole a o 16% na variantě, kde byla zaorána sláma.

4. Obsah N mikrobiální biomasy v ornici; blok pšenice; podzim 1998

(průměr 5 stanovišť)

Stejný vliv na obsah dusíku mikrobiální biomasy měla aplikace organických hnojiv na stanovišti Suchdol, kde byl v rámci stacionárního pokusu zařazen blok bez pěstování plodin - černý úhor. Úhor je hnojen v tříletém cyklu dávkou hnojiv odpovídající dodaným živinám na variantách s pěstovanými plodinami, ve sledu brambory, pšenice, ječmen. V roce 1997 byla na úhor aplikována organická hnojiva. Nejvyšší obsah 18,5 mg Nbio..kg-1 byl stanoven opět na variantě Kal 3, což je o 64% více v porovnání s kontrolní variantou. Podobný obsah byl zjištěn na variantě Kal 1 16,8 mg Nbio..kg-1 a variantě s aplikací hnoje 16,4 mg Nbio..kg-1, což je proti kontrole o 49% resp. 46% vyšší obsah. Varianta s poloviční dávkou hnoje vykazovala obsah o 19% vyšší ve srovnání s kontrolou. Vyšší obsah dusíku mikrobiální biomasy byl pozorován i na variantě, kde byla aplikována průmyslová hnojiva.

Ve druhém roce po aplikaci organických hnojiv byl nejvyšší obsah 25,4 mg Nbio..kg-1 na variantě s hnojem a ve srovnání s kontrolní variantou byl o 48% vyšší.

Ve vzorcích odebraných na variantě s čistírenskými kaly byl stanoven obsah 22,3 mg Nbio..kg-1 a 21,8 mg Nbio..kg-1, což představuje vyšší obsah o 30% na var. Kal 3 a o 27% na var. Kal 1 oproti kontrole. O 22% vyšší obsah byl naměřen na variantě s poloviční dávkou hnoje.

5. Obsah N mikrobiální biomasy v ornici; blok brambor a úhoru;

podzim 1997 (stanoviště Suchdol)

6. Obsah N mikrobiální biomasy v ornici; blok pšenice a úhoru;

podzim 1998 (stanoviště Suchdol)

Jak je z grafů dále patrné, byl na bloku černého úhoru stanoven vyšší obsah Nbio než na bloku s pěstovanou plodinou. Výrazněji je tento rozdíl patrný v druhém roce, kdy byl stanoven vyšší obsah N mikrobiální biomasy na úhoru u všech variant hnojení (graf 6). Také Smith (1994) stanovil nižší hodnoty obsahu Nbio. na všech variantách, kde byly pěstovány plodiny (hnojené N a hnojem), v porovnání se stejně hnojenými variantami úhoru. Je zřejmé, že půdní mikrobiální biomasa a rostliny konkurují o uvolněný N. Jak dále Smith (1994) uvádí, byl v tomto typu pokusů zjištěn poměr C/N mikrobiální biomasy vyšší na variantách s pěstovanými plodinami než na úhoru. Velikost a aktivita mikrobiální biomasy přímo závisí na množství a kvalitě uhlíku a dalších živin uvolněných z organických látek, rostlinných zbytků a kořenových exudátů (Powlson et al., 1987).