Effect of slurry fertilization on the selenium content and catalase activity in lessive soil

• Autorzy: Borowska K. , Koper J. , Kozik K. , Rutkowska A.

Warianty tytułu

PL

Wpływ nawożenia gnojowicą na zawartość selenu w glebie i roślinach uprawianych w zmianowaniu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the present research was to determine the total selenium content in soil and plants from a microplot experiment with different nitrogen fertilization regimes, and to identify the relationships of the selenium content in soil and plants versus the soil catalase activity. The experiment was conducted in randomized blocks with three replications. The soil and plant samples were collected from a microplot experiment established at the IUNG in Pulawy. The soil was enriched with mineral nitrogen and with nitrogen supplied in slurry, both applied at doses of 100 kg N ha-1. The total selenium content in soil under each of the crop rotation systems was no more than 0.2 mg kg-1. Data from the references imply that the soil was deficient in selenium. The highest amount of selenium was under winter wheat and spring barley with undersown crop in crop rotation A, and in soil under maize crop rotation B. Slurry fertilization significantly stimulated the activity of catalase in soil, as compared with the control and mineral nitrogen fertilization treatments. The highest catalase activity – nearly double the control – was detected in soil under winter wheat in crop rotation A and under spring barley in crop rotation B; winter wheat, regardless of the type of crop rotation, accumulated on average 0.3 mg Se kg-1 d.w. in aerial parts and 0.344 mg Se kg-1 d.w. in roots. The highest amounts of selenium in the investigated parts of plants were reported in the control plots and in the plots with slurry fertilization. Mineral fertilization reduced selenium availability to plants. In both crop rotation systems, the highest bioaccumulation of selenium was noted in winter wheat roots from control plots, while the lowest one was detectetd in aerial parts of plants from the plots with slurry fertilization. Despite the fertilization applied, the selenium content in plant roots was higher than its content in aerial parts. The correlation analysis of the results on selenium concentration in soil and plants as well as the catalase activity of soil identified only a significant dependence between the total selenium content and catalase activity in soil from crop rotation B.

PL

Celem pracy było określenie wpływu nawożenia azotem w formie mineralnej oraz w formie gnojowicy od trzody chlewnej na całkowitą zawartość selenu w glebie oraz roślinach występujących w zmianowaniu na tle aktywności katalazy glebowej. Do badań wykorzystano próbki gleby i roślin z doświadczenia mikropoletkowego prowadzonego przez IUNG w Puławach. Zastosowano nawożenie azotem w postaci saletry amonowej w ilości 100 kg N ha-1 oraz w formie gnojowicy w ilości 100 kg N ha-1. Doświadczenie wykonano w dwóch zmianowaniach z następującym doborem roślin: A: koniczyna – pszenica ozima – jęczmień jary z wsiewką; B: kukurydza – pszenica ozima – jęczmień jary. Zawartość selenu w glebie i roślinach oznaczono metodą Watkinsona z użyciem spektrofluorymetru F-2000 firmy Hitachi. Całkowita zawartość selenu w glebie, w obu zmianowaniach, nie przekraczała średnio 0,200 mg kg-1. Nawożenie gnojowicą spowodowało istotny wzrost całkowitej zawartości selenu w glebie, w odniesieniu do jego zawartości w obiektach kontrolnych i nawożonych azotem w formie mineralnej. Najwyższą zawartość tego pierwiastka w zmianowaniu A wykazano w glebie pod uprawą jęczmienia jarego z wsiewką koniczyny, natomiast w zmianowaniu B – w glebie pod kukurydzą. Nawożenie azotem w formie gnojowicy istotnie stymulowało aktywność katalazy w badanej glebie w porównaniu z jej aktywnością w obiektach kontrolnych oraz w obiektach nawożonych azotem w formie mineralnej. W glebie ze zmianowania A najwyższą aktywność katalazy – ponad 2-krotnie wyższą – wykazano pod uprawą pszenicy ozimej, natomiast w zmianowaniu B – pod uprawą jęczmienia jarego. Pszenica ozima, niezależnie od rodzaju zmianowania, zgromadziła największą ilość selenu spośród roślin uprawianych w obu zmianowaniach: w częściach nadziemnych średnio 0,300 mg kg-1 s.m., natomiast w korzeniach 0,344 mg kg-1 s.m. Największą zawartość selenu w badanych roślinach wykazano w obiektach kontrolnych oraz w obiektach, na których stosowano azot w formie gnojowicy. Zastosowanie azotu w formie mineralnej ograniczyło pobieranie tego pierwiastka przez rośliny testowe. Wykazano, że najwyższą zdolność kumulacji selenu miały korzenie pszenicy ozimej pobrane z obiektów kontrolnych, natomiast najmniejszą – części nadziemne jęczmienia jarego z obiektów nawożonych azotem w formie gnojowicy. Niezależnie od zastosowanego nawożenia, zawartość selenu w korzeniach badanych gatunków roślin była większa od jego zawartości w częściach nadziemnych. W warunkach doświadczenia wykazano istotną korelację między aktywnością katalazy a całkowitą zawartością selenu w glebie.

Słowa kluczowe

EN

slurry; soil fertilization; selenium content; catalase activity; lessive soil; plant cultivation

• Wydawca: -
• Czasopismo: Journal of Elementology
• Rocznik: 2014
• Tom: 19
• Numer: 3
• Opis fizyczny: p.649-659,fig.,ref.

Twórcy

autor

Borowska K.

• Chair of Biochemistry, University of Technology and Life Sciences in Bydgoszcz, Bernardynska 6, 85-029 Bydgoszcz, Poland

autor

Koper J.

• Chair of Biochemistry, University of Technology and Life Sciences in Bydgoszcz, Bernardynska 6, 85-029 Bydgoszcz, Poland

autor

Kozik K.

• Chair of Biochemistry, University of Technology and Life Sciences in Bydgoszcz, Bernardynska 6, 85-029 Bydgoszcz, Poland

autor

Rutkowska A.

• Department of Plant Nutrition and Fertilization, Institute of Soil Science and Plant Cultivation in Pulawy, Pulawy, Poland

Bibliografia

• Achuba F.I., Peretiemo-Clarke B.O.. 2008. Effect of spent engine oil on soil catalase and dehydrogenase activities. Int. Agrophys., 22: 1-4.
• Amouroux D., Liss P., Tessier E., Hamren-Larson M., Donard O.F.X. 2001. Role of oceans as biogenic sources of selenium. Earth Planetary Science Letters, 189: 277-283.
• Aro A., Alfthang G. 1998. Effects of selenium supplementation fertilizers on human nutrition and selenium status. In: Environmental chemistry of selenium. Eds. Frankenberger W.T jr., Engb erg R. Marcel Dekker, New York, 81-97.
• Blagojevic S., Jakovljevic B., Zarkovic B. 1980. Influence of long-term fertilization on the selenium content of calcareous chernozem soil. J. Environ. Pathol. Toxicol. Oncol., 17(3-4): 183-187.
• Borowska K., Koper J. 2011. Dynamics of selenium content in soil and red clover (Trifolium pratense L.) affected by long-term organic fertilization on the background of selected soil oxidoreductases. Pol. J. Environ. Stud., 20(6): 403-410.
• Broadley M.R., White P.J., Bryson R.J., Meacham M.C., Bowen H.C., Johnson S.E., Hawkesford M.J., McGrath S.P., Zhao F.J., Breward N., Harriman M., Tucker M. 2006. Biofortification of UK food crops with selenium. Proc. Nutr. Soc., 65: 169-181.
• Hartikainen H. 2005. Biogeochemistry of selenium and its impact on food chain quality and human health. J. Trace Elem. Med. Biol., 18: 309-318.
• Hawkesford M.J., Zhao F.J. 2007. Strategies for increasing the selenium content in wheat. J. Cereal Sci., 46: 282-292.
• Jezierska-Tys S., Frąc M. 2009. Impact of dairy sewage sludge on enzymatic activity and inorganic nitrogen concentrations in the soils. Int. Agroph., 23: 31-37.
• Jezierska-Tys S., Rachoń L., Rutkowska A., Szumiło G. 2011. Microbial population and enzymatic activity in soil under winter wheat. Int. Agroph., 25: 21-26.
• Kabata-Pendias A.1998. Geochemistry of selenium. J. Environ. Pathol. Toxicol. Oncol., 17(3-4): 1-5.
• Johnson J.L., Templ e K.L. 1964. Some variables affecting the measurement of catalase activity in soil. Soil Sci. Soc. Am. Proc., 28: 207-216.
• Munier-Lamy C., Deneux-Mustin S., Mustin C., Merlet D., Berthelin J., Leyv al C. 2007. Selenium bioavailability and uptake as affected by four different plants in loamy clay soil with particular attention to mycorrhizae inoculated ryegrass. J. Environ. Radioactivity, 97: 148-158.
• Nelson D.L., Cox M.M. 2000. Enzymes. Part 1. Structure and catalysis. In: Lehninger Principles of Biochemistry. 4th edition, W. H. Freeman and Company, New York, pp. 190-237.
• Patorczyk-Pytlik B., Kulczycki G. 2009. Content of selenium in arable soils near Wroclaw. J. Elementol., 14(4): 755-762.
• Sager M. 2007. Trace and nutrient elements in manure, dung and compost samples in Austria. Soil Biol. Biochem., 39(6): 1383-1390.
• Samuel A.D. 2010. Dehydrogenases: an indicator of biological activities in a preluvosoil. Res. J. Agric. Sci., 42(3): 306-310.
• Terry N., Carlson C., Raab T.K., Zayed A.M. 1992. Rates of selenium volatilization among crop species. J. Environm. Qual., 21: 341-344.
• Watkinson J.H. 1966. Fluorometric determination of selenium in biological material with 2,3-diaminonaphtalene. Anal. Chem., 38: 92-97.
• Winkel L.H.E, Johnson C.A., Lenz M., Grundl T., Leupin O.X., Amini M., Charlet L. 2012. Environmental selenium research: from microscopic processes to global understanding. Environ. Sci. Technol., 46 (2): 571-579.

Identyfikatory

DOI

10.5601/jelem.2014.19.3.705