اثر کاربرد نیتروژن و فسفر بر برخی فعالیت‌های آنزیمی در خاک حاوی بقایای گندم

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد، گروه علوم خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

2 گروه علوم خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران.

3 هیات علمی گروه علوم خاک دانشگاه ملایر

چکیده

سابقه و هدف: خاک یکی از عوامل مؤثر در تعادل اکوسیستم است و فرایندهای زیستی و بیوشیمیایی بی‌شماری در آن جریان دارد. در تمامی این فرایندها، آنزیم‌ها نقش کاتالیزور را ایفا می‌کنند. حضور آن‌ها در چرخه‌های مختلف عناصر غذایی خاک سبب آزاد شدن و در دسترس قرارگرفتن عناصر موردنیاز گیاهان می‌شود. از این ‌رو سنجش برخی از این آنزیم‌ها می‌تواند شاخص و معیار مهمی برای ارزیابی توان زیستی خاک و به‌تبع آن سنجش اکوسیستم باشد. لذا به‌منظور بررسی میزان و نحوه اثرگذاری نیتروژن معدنی (نیترات آمونیوم) و فسفر معدنی (سوپرفسفات تریپل) در خاک‌هایی که بقایای گیاه گندم به آن‌ها اضافه شده بر فعالیت‌های آنزیمی اوره‌آز، اینورتاز، سلولاز، فسفاتاز قلیایی و اسیدی یک آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار در آزمایشگاه به اجرا درآمد. هدف از مطالعه حاضر بررسی تاثیر سطوح مختلف نیتروژن و فسفر معدنی و اثر متقابل آن‌ها بر برخی فعالیت‌های آنزیمی خاک حاوی بقایای گیاهی گندم بود.
مواد و روش‌ها: به‌منظور انجام این پژوهش سطوح مختلف نیتروژن معدنی شامل: صفر، 10، 25، 50 و 75 میلی‌گرم نیتروژن در کیلوگرم خاک (N75, N50, N25, N10, N) و سطوح مختلف فسفر شامل: صفر، 15، 30 و 45 میلی‌گرم در کیلوگرم خاک (P45, P30, P15, P) به یک خاک فقیر از لحاظ فسفر و نیتروژن اضافه شد به این خاک به میزان 5 درصد وزنی بقایای گندم کوبیده شده اضافه گردید، و به رطوبت FC رسانده و در دمای آزمایشگاه (نسبتاً ثابت) به مدت 6 ماه خوابانیده شدند. در پایان دوره خوابانیدن فعالیت آنزیم‌های اوره‌آز، اینورتاز، سلولاز و فسفاتاز قلیایی و فسفاتاز اسیدی اندازه‌گیری شدند.
یافته‌ها: تأثیر متقابل سطوح مختلف فسفر و نیتروژن معدنی بر برخی فعالیت‌های آنزیمی نشان داد که آنزیم اوره‌آز در تیمارهای P30N25، P30N50 و P15N25، P30N10، P30N75 و P45N10 بالاترین و در تیمار شاهد دارای کمترین فعالیت بودند. فعالیت آنزیم اوره‌آز در این تیمارها تقریباً 3/2 برابر تیمار شاهد بود. بیشترین میزان فعالیت آنزیم اینورتاز در تیمار P15N10، P15N25، P15N50 و کمترین میزان فعالیت آن در تیمار P30N75 مشاهده شد. فعالیت این آنزیم در تیمار حاوی فسفر 15 و نیتروژن 10 (میلی‌گرم در کیلوگرم خاک) حدود 21 درصد بیشتر از تیمار حاوی فسفر 30 و نیتروژن 75 (میلی‌گرم در کیلوگرم خاک) بود. بیشترین فعالیت آنزیم سلولاز در تیمار P15N10 و P15N25 و کمترین فعالیت در تیمار P45N25 مشاهده گردید. آنزیم فسفاتاز قلیایی در تیمار P30N10، P15N10 و P30N25، P15N25 و P30N50 دارای بیشترین و در تیمار حاوی فسفر 45 و نیتروژن معدنی 75 (میلی‌گرم در کیلوگرم خاک) دارای کمترین فعالیت بود. فعالیت آنزیم در این تیمارها حدود 2/1 برابر تیمار P45N75 بود. فعالیت آنزیم فسفاتاز اسیدی در تیمار P15N50 و P15N25 بیشترین میزان و در تیمار حاوی فسفر 45 و نیتروژن معدنی 10 (میلی‌گرم در کیلوگرم خاک) و تیمار حاوی فسفر 45 و نیتروژن معدنی 75 (میلی‌گرم در کیلوگرم خاک) دارای کمترین میزان بود.
نتیجه‌گیری: به‌طور کلی اعمال کودهای معدنی تا نسبتی به خاک حاوی بقایای گندم سبب افزایش برخی فعالیت‌های آنزیمی گردید طبق نتایج حاصل از آزمایش برای حفظ باروری خاک و هم‌چنین تعادل در میزان تجزیه و خروج گازهای گلخانه‌ای و فعالیت آنزیم‌ها که کاتالیزگر واکنش هستند، کودهای معدنی در غلظت‌های پایین توصیه می‌شود به‌طوری‌که تیمار P15N25 به عنوان تیمار برتر در این تحقیق معرفی گردید. بنابراین به کشاورزان توصیه می‌شود پساماندهای گیاهی را پس از پایان فصل کشت از اراضی حذف نکنند بلکه می‌توانند با افزودن سطوح مناسبی از کود های معدنی سرعت تجزیه بقایا را تعادل ببخشند تا ضمن تجزیه تدریجی سبب بهبود تغذیه گیاه شده و ویژگی‌های فیزیکی خاک را نیز بهبود ببخشند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The effect of nitrogen and phosphorus application on some enzymatic activities in soil containing wheat residues

نویسندگان [English]

  • Leila Mohammadzadeh 1
  • Ahmad Golchin 2
  • Zahra Varasteh Khanlari 3
1 M.SC. Graduate, Department of Soil Science. College of Agriculture, Zanjan University, Zanjan, Iran
2 Department of soil science, Faculty of Agriculture, University of Zanjan, Zanjan, Iran.
3 Assistant, Dept. of soil science. University of malayer
چکیده [English]

Background and purpose: Soil is one of the factors influencing the balance of the ecosystem and countless biological and biochemical processes take place in it. In all of these processes, enzymes act as catalysts. Their presence in different cycles of soil nutrients causes the release of elements needed by plants. Therefore, the measurement of some of these enzymes can be an important indicator and criterion for evaluating soil bioavailability and consequently ecosystem measurement. Therefore, in order to investigate the extent and effect of mineral nitrogen (ammonium nitrate) and mineral phosphorus (triple superphosphate) in soils to which wheat plant residues have been added, on the enzymatic activities of urease, invertase, cellulase, alkaline and acid phosphatase were performed by a factorial experiment in a completely randomized design with three replications in the laboratory. The purpose of this study was to investigate the effect of different levels of N and P and their interactions on some enzymatic activities of soil containing plant residues of wheat.
Materials and Methods: For the purpose of this study, different levels of inorganic nitrogen were: control, 10, 25, 50 and 75 mg Nitrogen per kg soil (N, N10, N25, N50 and N75) and different levels of phosphorus including: control, 15, 30 and 45 mg phosphorous per kg soil (P, P15, P30 and P45) into a P and N poor soil. The soil was added to this soil by 5 wt.% Of crushed wheat residue, transferred to FC moisture and incubated at laboratory (relatively constant) temperature for 6 months. At the end of the incubated, the activities of urease, invertase, cellulase and alkaline and acid phosphatase were measured.
Results: The interaction of different levels of phosphorus and inorganic nitrogen on some enzymatic activities showed that urease enzyme was highest in P30N25, P30N50, P15N25, P30N10, P30N75 and P45N10 and lowest in control treatment. Urease activity in these treatments was about 2.3 times that of the control. The highest activity of invertase was observed in P15N10, P15N25, P15N50 and lowest in P30N75. The activity of this enzyme was about 21% higher in the treatments containing phosphorus 15 and nitrogen 10 (mg/kg soil) than in the treatments containing phosphorus 30 and nitrogen 75 (mg/kg soil). The highest cellulase activity was observed in P15N10, P15N25 and the lowest activity in P45N25. Alkaline phosphatase had the highest activity in P30N10, P15N10, P30N25, P15N25 and P30N50 and lowest in phosphorus 45 and inorganic nitrogen 75 (mg/kg soil). The enzyme activity in these treatments was about 1.2 times that of P45N75. Acid phosphatase activity was highest in P15N50 and P15N25 and lowest in phosphorus 45 and inorganic nitrogen 10 (mg/kg soil) and in phosphorus 45 and mineral nitrogen 75 (mg/kg soil), respectively.
Conclusion: In general, application of mineral fertilizers to soil containing wheat residues increased some of the enzymatic activities according to the results of experiments for maintaining soil fertility and also balance in the rate of decomposition and emission of greenhouse gases and enzyme activity. Inorganic fertilizers at low concentrations are recommended as the catalysts for the reaction. Therefore, farmers are advised not to remove plant residues from the soil after the end of the growing season, but to balance the residual decomposition rate by adding appropriate levels of mineral fertilizers to gradually improve plant nutrition and characteristics while gradually decomposing. Physically improve the soil as well.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Keywords: wheat residue
  • sleeping
  • Urease
  • acidic and alkaline phosphatase
  • soil enzymes
1.Alef, A., and Nannipieri, P. 1995. Methods in Applied Soil Microbiology and Biochemistry. Academics Press. UK. 567p.
2.Baligar, V.C., Staley, T.E., and Wright, R.J. 1991. Enzyme activitiesin Appalachian soils: 2. Urease. Communications in soil science and plant analysis. 22: 3-4. 315-322.
3.Beheshti Al Agha, A., Raisi, F., and Golchin, A. 2011. Effects of forest disturbance conversion to agriculture on some biological indicators of soil quality in forest ecosystems of northern Iran. J. Water Soil. 25: 3. 562-548. (In Persian)
4.Cai, Z.C., and Qin, S.W. 2006. Dynamics of crop yields and soil organic carbon in a long-term fertilization experiment in the Huang-Huai-Hai plain of China. Geoderma. 136: 3-4. 708-715.
5.Dehghan Monshadi, H., Bahmanyar, M.A., Laxian, A., and Salek Gilani, S.A. 2012. Effect of application of sewage sludge and fertilizer sludge enriched with chemical fertilizer on soil organic carbon content, respiration and enzymatic activity under basil plant cultivation. J. Water Soil. 26: 3. 562-554. (In Persian)
6.Ebrahimzad, S. A. 2011. Impact ofLand Use Change on Soil Quality and Health Indices in Selduz Plain (Naghadeh - West Azerbaijan). Master thesis. Tabriz University. 104p. (In Persian)
7.Ghoularata, M., Raeisi, F., and Nadian, H.E. 2008. Salinity and Phosphorus interaction on grow, yield and nutrient uptake by berseem clover (Trifolium Alexanderinuml). Iran. J. Field Crop Res. 6: 1. 117-126.
8.Jafari Haghighi, M. 2003. Methods of sampling and analysis of important physical and chemical soil analysis. Mashhad: the voice of Zoha. 240p.(In Persian)
9.Janzen, H.H., Campbell, C.A., Gregorich, E.G., and Ellert, B.H. 2018. Soil carbon dynamics in Canadian agroecosystems.In Soil processes and the carbon cycle. CRC Press. Pp: 57-80.
10.Khademi, H., Mohammadi, J., and Nael, M. 2006. Comparison of some soil quality indices in different types of land management in Borujen area of Chaharmahal va Bakhtiari province.
29: 3. 124-111.
11.Kiese, K., Papen, H., Zumbusch, E., and Butterbach-Bahl, L. 2002. Nitrification activity in tropical rainforest soils ofthe coastal lowlands and Atherton Tablelands, Queensland. Plant Nutr. Austr. J. 165: 682-685.
12.Liang, Y., Si, J., Nikolic, M., Peng, Y., Chen, W., and Jiang, Y. 2005. Organic manure stimulates biological activity and barley growth in soil subject to secondary salinization. Soil Biology and Biochemistry. 37: 6. 1185-1195.
13.Liang, Q., Chen, H., Gong, Y., Yang, H., Fan, M., and Kuzyakov, Y. 2014. Effects of 15 years of manure and mineral fertilizers on enzyme activities in particle-size fractions in a North China Plain soil. Europ. J. Soil Biol.60: 112-119.
14.Li, Z., Li, D., Ma, L., Yu, Y., Zhao, B., and Zhang, J. 2019. Effects of straw management and nitrogen application rate on soil organic matter fractions and microbial properties in North China Plain. J. Soil Sed. 19: 2. 618-628.
15.Liu, E., Yan, C., Mei, X., He, W., Bing, S.H., Ding, L., Liu, Q., Liu, S., andFan, T. 2010. Long-term effect of chemical fertilizer, straw, and manure on soil chemical and biological properties in Northwest China. Geoderma. 158: 3-4. 173–180.
16.Liu, Z., Rong, Q., Zhou, W., and Liang, G. 2017. Effects of inorganic and organic amendment on soil chemical properties, enzyme activities, microbial community and soil quality in yellow clayey soil. PloS one. 12: 3. e0172767.
17.Marchner, P., Grierson, P., and Rengel, Z. 2005. Microbial community composition and functioning in the rhizosphere on three Banksia species in native woodland in Western Australia. Applied Soil Ecology. 28: 3. 191-201.
18.Mohammadi, Kh., and Sohrabi, Y. 2014. Effect of combined fertilization methods on nitrogen concentration, phosphorus and soil biological properties and rapeseed traits. Soil Res. J. 28: 38-27.
19.Molla, M.A.Z., Chowdhury, A.A., Islam, A., and Hoque, S. 1984. Microbial mineralization of organic phosphate in soil. Plant and soil.78: 3. 393-399.
20.Olsen, S.R., and Sommmers, L.E. 1982. Phosphorus. In: Miller, A.L., Methods of soil analysis, part 2. Chemical and mineralogical properties (2nd Ed). Agronomy series NO.9. Soil Science Society of America, Madison, Wisconsin, USA. Pp: 403-430.
21.Philip, A.H., and Sparks, D.L. 1996. Lithium, Sodium, Potassium, Rubidium and Cesium. In: D.L. Sparks (Ed), Methods of soil analysis. Part 3, chemical methods, Madison, Wisconsin, USA. Pp: 551-574.
22.Rezaei, Sh., Khawari, K., Nezami, M.I., and Saadat, Q. 2013. The effect of sulfur, phosphorus and plant role on biomass and activity of soil phosphatases J. Soil Res. (Soil and Water Sciences). 27: 2. 226-217.
23.Ros, M., Pascual, J.A., Garcia, C., Hernandez, M.T., and Insam, H. 2006. Hydrolase activities, microbial biomass and bacterial community in a soil after long-term amendment with different composts. Soil Biology and Biochemistry. 38: 12. 3443-3452.
24.Safari Sanjani, A.S.A., and Zahid, Sh. 2006. The effect of some soil properties on cellulase enzyme activity in a number of Hamadan soils. Iran. J. Agric. Sci.37: 4. 652-645. (In Persian)
25.Saha, S., Prakash, V., Kundu, S., Kumar, N., and Mina, B.L. 2008.Soil enzymatic activity as affected by long term application of farm yard manure and mineral fertilizer under a rainfed soybean–wheat system inNW Himalaya. Europ. J. Soil Biol.44: 3. 309-315.
26.Sanchez-Rodriguez, A.R., Hill, P.W., Chadwick, D.R., and Jones, D.L. 2017. Crop residues exacerbate the negative effects of extreme flooding on soil quality. Biology and Fertility of Soils. 53: 7. 751-765.
27.Schinner, F., and Von Mersi, W. 1990. Xylanase-, CM-cellulase-and invertase activity in soil: an improvedmethod. Soil Biology and Biochemistry. 22: 4. 511-515.‏
28.Tabatabai, M.A., and Bremner, J.M. 1972. Assay of urease activity insoil. Soil Biology and Biochemistry.4: 44. 479-487.
29.Van Der Heijden, M.G., Bardgett, R.D., and Van Straalen, N.M. 2008. The unseen majority: soil microbes as drivers of plant diversity and productivity in terrestrial ecosystems. Ecology letters. 11: 3. 296-310.
30.Wang, B., and Lan, C.Q. 2011. Biomass production and nitrogen and phosphorus removal by the green alga Neochloris oleoabundans in simulated wastewater and secondary municipal wastewater effluent. Bioresource Technology.102: 10. 5639-5644.
31.Zhao, B.Z., Zhang, J.B., Yu, Y.Y., Karlen, D.L., and Hao, X.Y. 2016. Crop residue management and fertilization effects on soil organic matter and associated biological properties. Environmental Science and Pollution Research. 25: 3. 2805-2813.
32.Zhang, S., Qin, Y., Zhu, J., and Hou, J. 2018. Over 14% efficiency in polymer solar cells enabled by a chlorinated polymer donor. Advanced materials.30: 20. 1-7.
33.Zhu, T., Zhang, J., Yang, W., and Cai, Z. 2013 Effects of organic material amendment and water content on NO, N2O, and N2 emissions in a nitrate rich vegetable soil. Biology and Fertility Soils. 49: 153-163.