Biogázüzemi fermentlé és Phylazonit MC baktériumtrágya hatása a silókukorica zöldtömegére és a talaj biológiai aktivitására

A G R O K É M I A É S T A L A J T A N 56 (2007) 2

367–378

Biogázüzemi fermentlé és Phylazonit MC baktériumtrágya hatása a silókukorica zöldtömegére és a talaj biológiai aktivitására 1

MAKÁDI MARIANNA, 1TOMÓCSIK ATTILA, 1OROSZ VIKTÓRIA, 2 LENGYEL JÓZSEF, 3BIRÓ BORBÁLA és 1MÁRTON ÁRPÁD 1

DE ATC Kutató Központ, Nyíregyháza, 2Bátortrade Kft., Nyírbátor és 3 MTA Talajtani és Agrokémiai Kutatóintézet, Budapest

A talaj az egyik fontos megújuló természeti erőforrásunk (VÁRALLYAY, 2001). Minőségének meghatározására számtalan jól bevált fizikai és kémiai módszerrel rendelkezünk, de a biológiai állapot minősítése már lényegesen bonyolultabb feladat (KÁTAI, 1999; SZILI-KOVÁCS et al., 1997). E mérési módszerek, különösen a jelenleg terjedő molekuláris mikrobiológiai eljárások (pl. PCR-DGGE), költségességük és/vagy bonyolultságuk miatt rutinvizsgálatokra kevésbé alkalmasak. A klasszikus módszerek közé sorolható enzimaktivitás vizsgálatok azonban hasznosnak bizonyultak a változások monitorozására (ANTON, 1985). Ezek az eljárások egyszerűbben kivitelezhetők és gyorsabban reagálnak bizonyos változásokra, mint a talaj fizikai és kémiai tulajdonságai (BANDICK & DICK, 1999). A képződő szerves hulladékok elhelyezésének Európai Uniós és hazai szabályozása szerint (2000. évi XLIII. Tv.) a lerakókon elhelyezett szervesanyag-tartalmú hulladékok mennyiségét folyamatosan csökkenteni kell, mivel a biológiailag lebontható anyagok egyúttal értékes alapanyagok is. A mezőgazdaság a csökkenő állattartás miatt bekövetkező szervestrágya-hiány következtében az egyik lehetséges felvevője ezeknek a hulladékoknak, mivel így egy lépésben biztosítható a művelt talajok szervesanyag-utánpótlása és a fenntartható mezőgazdasági gyakorlat is. A dolgozatban bemutatott kísérlet célja a hazánkban tápanyag-utánpótlásra eddig még nem alkalmazott biogázüzemi fermentlé hatásának vizsgálata abban az esetben, ha azt a baktériumtrágyákhoz (esetünkben Phylazonit MC) hasonló módon juttatjuk ki a mezőgazdasági területekre. A baktériumtrágyával történő összehasonlítás azon vizsgálatainkon alapszik (MAKÁDI et al., 2006), melyek szerint a fermentlé több, a mikrobák és növények növekedését serkentő anyagot is tartalmaz a makro- és mikroelemek mellett, növelve ezáltal a talajok mikrobiális aktivitását is. A Phylazonit MC baktériumkészítmény biológiai nitrogénkötésre képes talajbaktériumokat, felvehető ásványi makro- és mikroelemeket tartalmaz. A készítményt a talajélet serkentésére ajánlják, de alkalmazásával megnő a növényi tápelemek mennyisége is a talajban.

Postai cím: MAKÁDI MARIANNA, DE ATC Kutató Központ, 4400 Nyíregyháza, Westsik Vilmos u. 4–6. E-mail: [email protected]

MAKÁDI et al.

368

A vizsgált fermentlé a Nyírbátori Regionális Biogáz Üzemben – mely hazánkban jelenleg még egyedüliként alkalmaz nedves technológiát – szarvasmarha- és baromfitrágyák, növényi maradványok, baromfi vágóhídi és egyéb állati hulladékok erjesztésével előállított fermentációs maradék. A fermentáció során el nem bontott szerves anyagokat, baktérium-maradványokat, különböző enzimeket és olyan egyéb, meghatározatlan anyagokat tartalmaz, melyeknek kedvező hatása van/lehet a termesztett növények növekedésére. A kijuttatott fermentlé a talaj biológiai aktivitásának a serkentésén keresztül is növeli a növények számára felvehető tápanyagok mennyiségét. Az oldott anyagok pozitív hatását fokozza a fermentlé nagy víztartalma, melynek különösen száraz időszakban van nagy jelentősége. Nyugat-Európában a kisméretű „on-farm” rendszerek terjedtek el, az ezekben képződő fermentlét a gazda minden jelentősebb engedélyezési eljárás nélkül alkalmazhatja saját gazdaságában tápanyag-utánpótlásra. Talán ez az oka annak, hogy a termés mennyiségére és minőségére, valamint a talajok fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságaira gyakorolt hatásukról kevés irodalmi adatot találtunk. Munkánk célja az volt, hogy összehasonlítsuk egy már engedélyezett baktériumtrágya (Phylazonit MC) és a fermentlé hatását a talaj biológiai tulajdonságaira és a termés mennyiségére abban az esetben, ha mindkettőt a baktériumtrágyák alkalmazására javasolt időpontban – tarlóhántás előtt – juttatjuk a talajba. A kezelések hatásosságát fokozta a késői vetés és a szokatlanul meleg és száraz szeptember, mert mindkét tényező kedvezőtlennek bizonyult a silókukorica számára. Anyag és módszer A félüzemi méretű kísérletet a Bátorcoop Szövetkezet (Nyírbátor) területén állítottuk be 2006 júliusában, búza elővetemény után, másodvetésű silókukorica (Zea mays L. ’Coralba’) tesztnövénnyel, 100×30 m-es parcellákon. A talaj- és növénymintákat a belső parcellák véletlenszerűen kiválasztott reprezentatív pontjairól, három ismétlésben vettük. A homok fizikai féleségű talaj fő jellemzői a következők: pH(KCl): 4,33; y1: 16,5; KA: 29; humusz%: 0,645. A fermentlé alkalmazási mennyiségét összes-N-tartalma alapján számoltuk ki. Ebben a kísérletben a silókukorica irodalmi N-szükséglete alapján számított érték 50%-át adtuk ki a búzatarlóra. A Phylazonit MC-t előírás szerint alkalmaztuk, 5 liter/ha dózisban, 300 liter vízben oldva. A kezelés kora hajnalban, Hardy Commander Twin Force 18M típusú szántóföldi permetezővel történt, a fermentlét terelőlemezekkel felszerelt 10 m³-es DETK 1011 hígtrágyaszállítóval juttattuk ki, majd a két anyagot azonnal betárcsáztuk. A vetés az eljárás után három nappal történt. Az alkalmazott kezelések a következők voltak: fermentlé, fermentlé + Phylazonit MC, Phylazonit MC és kontroll (mely semmit nem kapott). Ebben a kísérletben technikailag nem tudtuk megoldani, hogy a fermentlével azonos menynyiségű vízzel is kezeljük a talajt vetés előtt. Korábbi eredményeink (www.herbator.hu) azonban azt mutatják, hogy a fermentlékezelés az azonos menynyiségű vízadagoláshoz viszonyítva átlagosan 10–50%-kal növelte meg a különböző növények termését. A silókukoricánál azt tapasztaltuk, hogy a vizes kezelés

Biogázüzemi fermentlé és Phylazonit MC baktériumtrágya hatása

369

hatására a vizsgálatok 60%-ánál átlagosan 15%-kal csökkent a zöldtömeg mennyisége. A további esetekben pedig ezzel ellentétesen mintegy 10%-os zöldtömeggyarapodást figyeltünk meg. A biogázüzemi fermentlé kezelés hatására ezzel szemben minden esetben nőtt a betakarított silókukorica mennyisége, a növekmény a kontrollhoz viszonyítva átlagosan 29,4% volt. Néhány korábbi kezelés eredményeit az 1. és 2. ábrán mutatjuk be.

kg/tenyészedény

3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0

Kontroll

Víz 2005

Fermentlé

2006

1. ábra Tenyészedényes silókukorica terméseredményei 2005-ben és 2006-ban, kg/tenyészedény 60 50

t/ha

40 30 20 10 0

Kontroll

Víz Fermentlé 2. ábra Kisparcellás silókukorica terméseredményei 2006-ban, t/ha

A fermentlé fő kémiai mutatói a kiszóráskor: pH: 8,06; összes szárazanyag (m/m%): 1,75; összes N (m/m%): 0,37. Betakarításkor (2006 októberében) mértük a silókukorica zöldtömegét. A talaj biológiai aktivitását a kijuttatás utáni 3., majd 9. héten a parcellák talajából 0–20 cm mélységből talajfúróval vett 3–3 minta vizsgálati eredményeivel jellemezzük. Vizsgáltuk a legfontosabb fizikai és kémiai talajtulajdonságokat, az invertáz(MIKANOVÁ et al., 2001) és kataláz- (MSZ-08-1721/4-86) enzimek aktivitását, és a szelektív táptalajokon kitenyészthető r- (heterotróf), K-(oligotróf) és l-stratégista (spórás) baktériumok (KOZDRÓJ, 1995), szabadon élő N2-kötő baktériumok és a mikroszkopikus gombák telepszámát az ANGERER és munkatársai (1998) által módosított hígításos-cseppentéses technikával.

MAKÁDI et al.

370

Az eredményeket SPSS programcsomaggal, egytényezős varianciaanalízissel és korrelációszámítással értékeltük ki. A kezeléshatást Tukey-teszttel vizsgáltuk p < 0,05 valószínűségi szinten. Eredmények és értékelésük A silókukorica zöldtömeg hozama Annak ellenére, hogy 2006 augusztusában jelentős mennyiségű (135,5 mm) csapadék hullott, a júliusi 14,1 mm és szeptemberi 4,2 mm értékek, valamint a magas léghőmérséklet miatt a silókukorica vízhiányban szenvedett. Ennek, és a késői vetésnek köszönhetően a növény kevés zöldtömeget hozott. Az október eleji betakarítás eredménye az 1. táblázatban látható. 1. táblázat Silókukorica zöldtömeg hozama (t/ha) a kísérlet kezeléseiben (1)

Kezelés a) Kontroll b) Phylazonit MC c) Phylazonit MC + fermentlé d) Fermentlé

(2)

Zöldtömeg, t/ha átlag±szórás

6,448±2,580a 9,490±4,081ab 13,997±0,493bc 15,626±2,293c

Megjegyzés: a, b, c index: Tukey-teszt szerinti szignifikancia csoportok (p<0,05)

Megfigyelhető, hogy az alkalmazott kezelések jelentős zöldtömeg-növekedést eredményeztek: a kontrollhoz viszonyítva a Phylazonit MC- 47,18%, míg a fermentlékezelés 142,34% zöldtömeg-többletet hozott. Korábbi kísérletünk alapján ez a termésnövekedés a vízzel történő öntözéssel összehasonlítva legalább 20%-os zöldtömeg-növekedést jelent. A fermentlé kijuttatása során azonban nem használjuk a külön költséget jelentő öntözővizet, hanem egy technológiai sor – a biogáz előállítás – végén képződő mellékterméket alkalmazunk, így a csak vízadagoláshoz viszonyított 20%-os többlet sokkal nagyobb jelentőséggel bír. Az alkalmazott kezelésekkel tehát a kedvezőtlen tenyészkörülmények között is pozitív hatást értünk el. A Phylazonit MC eredményessége a kijuttatott mikrobák, növekedést serkentő anyagok és a mikroelemek közvetlen és közvetett hatásának tudható be. A fermentlé az oldott makro- és mikroelemek, valamint a víztartalma miatt serkenti a növénynövekedést, de a talaj saját mikrobiális aktivitásának a javulása is közvetve a felvehető tápanyagok mennyiségi gyarapodásához vezet. A kitenyészthető mikroorganizmusok számának alakulása A mikroorganizmusok egymásra épülő, bonyolult anyagcsere-rendszere teszi a talajt élővé (SZABÓ, 1986). A folyamatosan változó környezeti feltételekhez alkal-

Biogázüzemi fermentlé és Phylazonit MC baktériumtrágya hatása

371

mazkodva változik az aktív mikrobák összetétele, mennyisége. Az általunk alkalmazott kitenyésztéses eljárással a talaj mikroorganizmusainak csak kb. 1%-a tenyészthető ki (TORSVIK et al., 1990). Az egyes kezelések talajainak azonos feltételek melletti vizsgálata azonban a kezelések közötti különbségeket összehasonlíthatóvá teszi, és a módszer egyszerűsége miatt a folyamatos monitoringra is alkalmas. Az r-stratégisták (heterotrófok) közé azok a baktériumok tartoznak, amelyek bőséges tápanyag-ellátottság mellett képesek nagy tömegben, gyorsan („r” = rapid, gyors) elszaporodni, de emiatt a környezeti tényezők szűkebb spektrumában képesek csak működni. A K-stratégisták (oligotrófok) kis tápanyagigényük miatt kedvezőtlenebb körülmények között is nagy számban jelen tudnak lenni, mennyiségük a talajok környezeti stabilitásával szorosabb összefüggést mutat („K” = konstans, állandó). Eredményeink szerint a vizsgált mintákban mindkét időpontban nagyobb tömeget képviseltek a K-stratégisták, ami a szeptember végi, őszi szezonális hatásnak tudható be, mivel a viszonylagos tápanyaghiány és a hőmérséklet csökkenése ennek kedvez. Az l-stratégisták (spórások) a kedvezőtlenebb körülményeket spóra állapotban vészelik át, majd kedvező környezeti feltételek – jelen esetben a táplemezen történő tenyésztés – esetén újra működni kezdenek („l” = living, túlélőképesség). A szabadon élő N2-kötők – bár kisebb mértékben, mint a szimbionták –, de fontos szerepet játszanak a légköri nitrogén táplálékláncba történő bejuttatásában. A mikroszkopikus gombák száma savanyúbb közegben általában magasabb, mert jobban tolerálják az alacsony pH-t, mint a baktériumok és kisebb a nedvességigényük is (DAVET, 2004). Fontos szerepet töltenek be a szerves anyagok lebontásában is. A kezelés utáni 3. héten az r-stratégisták száma nem volt szignifikánsan magasabb a kezelt parcellákban a kontrollhoz viszonyítva (2. táblázat). Sőt, a csak Phylazonit MC-kezelt parcellában statisztikailag igazolhatóan (p < 0,05) alacsonyabb csíraszámot kaptunk a kitenyészthető gombák legnagyobb száma mellett. A K-stratégisták és a szabadon élő N2-kötők száma a fermentlékezelésben volt a legnagyobb. A N2-kötők számának alakulása azért figyelemre méltó, mert a N2-kötő Azotobacter chroococcum-ot is tartalmazó Phylazonit MC kezelésnél sejtszám gyarapodást nem regisztráltunk. Megállapíthattuk, hogy mind a kitenyészthető telepszám, mind a NO3-N- és összes-N-tartalom a fermentlével kezelt talajban bizonyult a legmagasabbnak. Ez a tény is arra utal, hogy a fermentlé a talaj saját mikroflórájának tevékenységét közvetve, a növény kedvezőbb tápanyagellátásán keresztül is serkenti, valamint tápanyagot is ad a talajba. Az l-stratégisták telepszáma is a fermentlé-kezelt talajban volt a legmagasabb, ami ismét azok őszi, szezonális gyakoriságával van összefüggésben. A felsorolt eredmények arra utalnak, hogy a fermentlékezelés fokozza a talaj saját mikroba flórájának a mennyiségét és az aktivitását is. Ez a hatás azonban a különböző mikrobacsoportok esetében nem olyan erőteljes, mint ahogy azt a másodvetésű silókukorica zöldtömegének gyarapodásánál tapasztaltuk. Szeptember végére az évszakos ingadozásnak megfelelően minden kitenyésztett csoportnál kisebb csíraszámokat kaptunk. Ennek oka rendszerint a csökkenő hőmérséklet és a szeptemberi kevés csapadék. A kezeléseket összehasonlítva megálla-

MAKÁDI et al.

372

2. táblázat Phylazonit MC- és fermentlékezelés hatása néhány, szelektíven kitenyészthető mikrobacsoport telepszámának (CFU) alakulására (log10) a kijuttatás utáni 3., ill. 9. héten (2) (1)

Kezelés

Kontroll Phylazonit MC Phylazonit MC +fermentlé Fermentlé Kontroll Phylazonit MC Phylazonit MC +fermentlé Fermentlé

lg CFU átlag±szórás

(3)

(4)

(5)

(6)

Heterotróf

Oligotróf

Spórás

N2-kötő

7,291±0,274b 7,020±0,233a 7,131±0,204

(7)

Mikroszkopikus gomba

A. A kezelés utáni 3. héten 7,275±0,288ab 4,554±0,267a 6,274±0,246a 4,582±0,247ab 7,183±0,228a 4,671±0,312ab 6,169±0,249a 4,750±0,202b

ab

7,109±0,299a 4,663±0,438ab 6,264±0,254a 4,595±0,388ab

b

7,412±0,360b

7,236±0,269

4,815±0,156b 6,527±0,359b

4,560±0,341a

B. A kezelés utáni 9. héten 6,298±0,206a 6,540±0,166a 3,950±0,280a 6,180±0,212ab 4,732±0,312ab a ab ab a b 6,355±0,299 6,557±0,223 4,156±0,238 6,089±0,286 4,899±0,157 6,534±0,224

b

6,694±0,184bc 4,487±0,411c

6,103±0,250a

4,612±0,332a

6,596±0,173

b

6,739±0,179c 4,266±0,222bc 6,317±0,187b

4,634±0,346a

Megjegyzés: a,b,c index: Tukey-teszt szerinti szignifikancia csoportok (p<0,05)

píthatjuk, hogy a fermentlékezelés (Phylazonit MC-vel együtt alkalmazva is!) a kontrollhoz viszonyítva szignifikáns baktérium-telepszám növekedést eredményez, míg a mikroszkopikus gombák száma ezzel ellentétesen változik és a fermentlékezelésekben a legkisebb (2. táblázat). A fermentlé tehát még a kijuttatás utáni 9. héten is serkentő hatással van a mikrobacsoportok tevékenységére, amit a lebontó folyamatok intenzitásával magyarázunk. Külön is érdemes kitérni a szabadon élő N2-kötő baktériumok számának alakulására. Feltűnő, hogy ezek mennyisége csak a fermentlé-kezelt parcellán magasabb, holott a Phylazonit MC-vel éppen ezeket a biológiai N2-kötésre képes szabadon élő azotobactereket (Azotobacter chroococcum) is a talajba juttatunk. Bizonyos magyarázattal SZABÓ (1986) szolgál. Véleménye szerint az azotobacterek feltehetőleg az antagonista sugárgomba-populáció számára a növekedésükhöz és antibiotikus aktivitásukhoz szükséges anyagcseretermékeket állítanak elő, ezért az azotobacterek rövid időn belüli pusztulása következik be akkor is, ha a kijuttatott oltóanyag kezdeti szaporodásnak indult. A fermentlé a talaj saját mikrobaközösségét stimulálva a szabadon élő N2-kötők számát is gyarapítja. Ezt a folyamatot a csökkenő mikroszkopikus gombaszám is elősegíti. Enzimaktivitások változása a kezelések hatására Az invertáz enzim a szén körforgalmában vesz részt, a szacharóz glikozidos kötését hidrolizálja. Intra- és extracelluláris enzimként is működik. MIKANOVÁ és munkatársai (2001) szerint az invertáz bizonyult a legalkalmasabb indikátornak a

Biogázüzemi fermentlé és Phylazonit MC baktériumtrágya hatása

373

talajt ért káros hatások kimutatására, ezért vontuk be a vizsgálatokba. Az említett szerzők nehézfémekkel szennyezett talajmintákban öt enzim közül az invertázt találták a legérzékenyebbnek. Kísérletünkben az első mintavételi időpontban a nagy szórásértékek miatt statisztikailag igazolható különbség a kezelések között nem mutatható ki, de az enzimaktivitások átlaga a kezelésekben magasabb a kontrollban mért értékeknél. Korábbi kísérleteink alapján az invertáz aktivitásának növekedését kb. fele részben a fermentlé víztartalma, másrészt pedig az oldott anyagok jelenléte okozta. Legnagyobb hatásokat mégis a Phylazonit MC-kezelésben mértünk, amit az enzimaktivitásokkal hozunk összefüggésbe. A szerves anyagok bontása során kaszkádrendszer szerint először a nagyobb molekulákat bontó enzimek működése fokozódik, majd az általuk termelt kisebb molekulatömegű szerves anyagokat újabb enzimek hasznosítják (SINSABAUGH et al., 1991 cit. in TRASAR-CEPEDA et al., 2007). A Phylazonit MC-kezelés után 3 héttel kaptuk a diszacharidok lebontásának maximumát, míg a fermentlékezeléssel a nagymolekulájú szerves anyagok kijuttatása miatt az enzimaktivitás csak a kezelés utáni 9. héten tudta elérni a magasabb szintet. A Phylazonit MC-kezelés csak a talaj saját szerves anyagának bontását segíti elő, plusz szerves anyagot nem juttat a talajba. A fermentlékezelés hatására több héten keresztül megközelítőleg azonos szinten maradt a szacharózbontás intenzitása, míg a többi kezelésben az invertáz aktivitása a 2. mintavételi időpontra jelentősen lecsökkent (3. táblázat). Az invertáz aktivitása egyik mért talajfizikai, -kémiai és biológiai tulajdonsággal sem mutatott szignifikáns korrelációt, amit azzal magyarázunk, hogy nem vizsgáltuk a szerves anyagok különböző formáinak a mennyiségét a talajban. A kataláz enzim aerob szervezetekben a mitokondriális elektrontranszportból és különböző hidroxilező és oxigenáló folyamatból származó H2O2-ot hasítja vízre és 3. táblázat Invertáz-, ill. katalázaktivitás változása Phylazonit MC- és fermentlékezelések hatására a kijuttatás utáni 3. (2006. aug. 16.) és 9. (2006. szept. 27.) héten (1)

(2) Aktivitás, átlag±szórás 2006. aug. 16. 2006. szept. 27.

Kezelés

A. Invertázaktivitás (mg glükóz/1 g talaj/4h) 5,618±1,392a 7,437±1,945a 6,613±2,230a 6,024±1,486a

3,767±2,030b 4,095±0,901b 1,584±0,748a 6,206±0,997c

B. Katalázaktivitás (mg O2/1 g száraz talaj/1h) 1,468±0,118b 1,160±0,144ab 0,983±0,275a 1,961±0,395c

1,797±0,289b 1,410±0,050a 1,205±0,117a 1,288±0,063a

a) Kontroll b) Phylazonit MC c) Phylazonit MC+fermentlé d) Fermentlé a) Kontroll b) Phylazonit MC c) Phylazonit MC+fermentlé d) Fermentlé

Megjegyzés: a,b,c index: Tukey-teszt szerinti szignifikancia csoportok (p<0,05)

MAKÁDI et al.

374

O2-re, azaz védi a sejteket a H2O2 roncsoló hatásától. Nagyobb aktivitása összefüggésbe hozható a sejtek intenzívebb működésével. A 3. táblázatban látható, hogy a fermentlével történő kezelés hatása eltér a többi kezelésétől, hasonlóan az invertáznál tapasztaltakhoz. A kontrollhoz viszonyított növekedést fele részben szintén a fermentlé víztartalma okozta. A két időpontban vett minta aránya éppen fordítottja a többi kezelésének. A fermentlével kijuttatott tápanyagok hatására hirtelen megnőtt a sejtek anyagcseréjének intenzitása, mely a kijuttatás utáni 9. héten már a többi kezeléshez hasonló szintre csökkent le. 4. táblázat A kataláz enzimre ható talajtulajdonságok korrelációs együtthatói (r) és szignifikancia értékei (Szign.) a kezelés utáni 3. héten (1)

Talajtulajdonság a) Katalázaktivitás (mg O2/1 g sz. talaj/1h) b) N2-kötő baktériumok száma (lg CFU) c) Hidrolitos aciditás (y1) d) Talaj Mg-tartalma, (mg/kg)

r (Szign.) r (Szign.) r (Szign.) r (Szign.)

(2)

(3)

Katalázaktivitás

N2-kötők száma

y1

(4)

Mg-tartalom

1 0,694** 0,003 -0,769** 0,001 0,625** 0,010

1 -0,602* 0,014 0,455 0,077

1 -0,827** 0,000

1

Megjegyzés: ** p < 0,01; * p < 0,05

Az általunk vizsgált tulajdonságok közül a 4. táblázatban jelzett értékekkel mutat szignifikáns kapcsolatot a katalázaktivitás. Ennek értékei a legerősebb kapcsolatban a hidrolitos aciditással vannak, a kapcsolat iránya negatív. Pozitív korrelációt találtunk a katalázaktivitás és a szabadon élő N2-kötő baktériumok száma, valamint a talaj Mg-tartalma között is, amire vonatkozóan irodalmi adatokkal alátámasztott magyarázatot nem találtunk. Az enzimaktivitások érzékenyen reagálnak a talajban zajló folyamatokra (BIRÓ et al., 2005). Ezek azonban olyan összetettek, hogy gyakran nem lehet kimutatni az adott pillanatban ténylegesen, közvetve vagy közvetlenül ható befolyásoló tényezőt a vizsgált tulajdonságok között. A mezőgazdaságilag művelt talajokhoz adott különböző anyagok számos változást idéznek elő. Ezek többsége általában gyorsan lezajló folyamat, és némelyek alkalmasak a talajminőségben bekövetkezett változások kimutatására is. Gazdaságossági, környezetvédelmi megfontolások Egy hektár terület egyszeri műtrágyázási költsége jelenleg 40000–50000 Ft. Az általunk alkalmazott fermentlémennyiség 1 ha-ra történő kijuttatásának költsége nyomócsövön keresztül, öntöződobbal kb. 9000–10000 Ft egy alkalommal. Továb-

Biogázüzemi fermentlé és Phylazonit MC baktériumtrágya hatása

375

bi gyakorlati szempont ezeknek a tápanyagoknak a hulladék-eredete és a műtrágyákkal összehasonlított lassúbb feltáródási üteme is. A fermentlével együtt kijuttatott jelentős mennyiségű vízzel az öntözési költségek is csökkennek, az alkalmazásnak tehát gazdasági és környezetvédelmi előnyei vannak. Összefoglalás Munkánkban biogázüzemi fermentlé és Phylazonit MC baktériumtrágya hatását vizsgáltuk másodvetésű silókukorica (Zea mays L. ’Coralba’) tesztnövény zöldtömeg hozamára és a talaj biológiai aktivitásának változására. Vizsgáltuk a talajban élő heterotróf, oligotróf, spórás, szabadon élő N2-kötő baktériumok és a mikroszkopikus gombák mennyiségét szelektív táptalajokon kitenyésztve, valamint a talaj invertáz- és katalázaktivitásának változását a kezelés utáni 3. és 9. héten. A kezelés utáni 3. héten vett mintákban az r-stratégisták száma a bevitt tápanyagtöbblet miatt nem mutatott eltérést. A K-, az l-stratégisták és a szabadon élő N2-kötők száma azonban a fermentlékezelésben volt a legnagyobb, és szezonális változások is jelentkeztek. Szeptember végére az évszakos ingadozásnak megfelelően minden kitenyésztett csoportnál csökkent a telepszám. A fermentlékezelés (Phylazonit MC-vel együtt alkalmazva is) a kontrollhoz viszonyítva azonban szignifikáns sejtszám-növekedést eredményezett, míg a mikroszkopikus gombák száma ezzel ellentétesen a fermentlé hatására lett a legkisebb. Az enzimek közül a kataláz aktivitása a kijuttatás utáni 3., míg az invertázé a 9. héten bizonyult a legmagasabbnak, mely azok működési jellegével kapcsolatos. Igazoltuk, hogy a Phylazonit MCvel történő kezelés eredményessége a szabadon élő N2-kötők számával nem, de egyéb talajtulajdonságok javulásával pozitív összefüggést mutatott. Az eredményekből megállapítottuk, hogy a fermentlé fokozza a talaj-mikroorganizmusok számát és aktivitását, képes stimulálni a talaj eredeti mikrobapopulációját is, ami a kezelés során kijuttatott tápanyagok mellett a termésnövekedéshez indirekt módon is hozzájárul. Az alkalmazott kezelések ezért eredményesen illeszthetők a fenntartható mezőgazdasági gyakorlattal, különösen az alacsony humusztartalmú homoktalajokon. Kulcsszavak: biogázüzemi fermentlé, silókukorica, kitenyészthető mikroorganizmusok, talajenzimek A kutatás a GVOP-3.1.1.-2004-05-0220/3.0 pályázat támogatásával folyt. Irodalom ANGERER, I. P. et al., 1998. Indicator microbes of chlorsulphuron addition, detected by a modified soil dilution method. Agrokémia és Talajtan. 47. 297–305. ANTON A., 1985. A talajenzimek szerepe a talaj anyagforgalmi dinamikájában. Agrokémia és Talajtan. 34. 475–485.

376

MAKÁDI et al.

BANDICK, A. K. & DICK, R. P., 1999. Field management effects on soil enzyme activities. Soil Biol.Biochem. 31. 1471–1479. BIRÓ B. et al., 2005. Komposztok minőségellenőrzése mikrobiológiai és enzimatikus módszerrel. In: XIII. MTA SzSzBTT tudományos ülés anyagai (Szerk: KÓKAI S. & MIZSUR B.) 21–26. Kapitál Nyomda. Nyíregyháza. DAVET, P., 2004. Microbial Ecology of the Soil and Plant Growth. Science Publishers. Enfield, Plymouth. KÁTAI J., 1999. Talajmikrobiológiai jellemzők változása trágyázási tartamkísérletben. Agrokémia és Talajtan. 48. 348–360. KOZDRÓJ, J., 1995. Microbial responses to single or successive soil contamination with Cd or Cu. Soil Biol.Biochem.. 27. 1459–1465. MAKÁDI, M. et al., 2006. Agricultural utilization of a liquid manure originated from a biogas plant. In: Proc. Internat. Conf. ORBIT 2006, Biological Waste Management, From Local to Global (Weimar, 13–15 September 2006) Part 2. 635–642. MIKANOVÁ, O. et al., 2001. Influence of heavy metal pollution on some soil-biological parameters in the alluvium of the Litavka river. Rostlinná Vyroba. 47. 117–122. SZABÓ I. M. , 1986. Az általános talajtan biológiai alapjai. Mezőgazd. Kiadó. Budapest. SZILI-KOVÁCS, T. et al., 1997. Application of some biological methods for the identification of the soil environmental quality. Acta Microbiol. Immunol. Hung. 44. 100–101. TORSVIK, V., GOKSOYR, V. & DAAE, F. R., 1990. High diversity in DNA of soil bacteria. Applied Environmental Microbiology. 56. 782–787. TRASAR-CEPEDA, C., GIL-SOTRES, F. & LEIRÓS, M. C., 2007. Thermodynamic parameters of enzymes in grassland soils from Galicia, NW Spain. Soil Biol. Biochem. 39. 311–319. VÁRALLYAY GY., 2001. Szemléletváltozások a magyarországi talajjavítás történetében. Agrokémia és Talajtan. 50. 119–135. Érkezett: 2007. október 31.

Biogázüzemi fermentlé és Phylazonit MC baktériumtrágya hatása

377

Effect of digestate and Phylazonit MC on the yield of silage maize and the biological activity of the soil 1

M. MAKÁDI, 1A. TOMÓCSIK, 1V. OROSZ , 2J. LENGYEL, 3B. BIRÓ and 1Á. MÁRTON

1

Research Center of CASE, University of Debrecen, Nyíregyháza, 2 Bátortrade Ltd, Nyírbátor Research Institute for Soil Science and Agricultural Chemistry of the Hungarian Academy of Sciences, Budapest

3

S um ma ry The effect of digestate originating from a biogas plant and of Phylazonit MC bacterium fertilizer on the fresh mass yield of silage maize (Zea mays L. ‘Coralba’) grown as a secondary crop and on the biological activity of the soil was studied in a pilot experiment in Nyírbátor, E. Hungary, set up in July 2006 on plots measuring 100×30 m, previously sown to wheat. Soil and plant samples were taken in three replications from randomly selected representative points of inner plots. The soil was of sandy texture with pH(KCl): 4.33, y1: 16.5, KA: 29 and humus: 0.645%. The quantity of digestate was calculated on the basis of total N content, and 50% of the N requirements reported in the literature for silage maize was applied to the wheat stubble. Phylazonit MC was applied according to the instructions of the manufacturer, at a rate of 5 l/ha in 300 l water. Sowing was carried out three days after application. The following treatments were applied: digestate, digestate + Phylazonit MC, Phylazonit MC and control (untreated). The quantities of soil-borne heterotrophic, oligotrophic, spore-forming and free-living N2-fixing bacteria and of microscopic fungi that could be cultured on selective nutrient media were analysed, and changes in the invertase and catalase activities in the soil were recorded in the 3rd and 9th week after treatment. The number of r-strategists exhibited no deviation in samples taken in the 3rd week due to the addition of surplus nutrients. However, the quantity of K- and l-strategists and of free-living N2-fixing bacteria was highest in plots treated with digestate, and seasonal changes were also observed. By the end of September the number of colonies dropped in all the cultured groups, following the seasonal fluctuation. Treatment with digestate combined with Phylazonit MC led to a significant rise in the bacterium count compared with the control, while the number of microscopic fungi was smallest after treatment with digestate. Among the enzymes, the activity of catalase was highest three weeks after application and that of invertase after nine weeks, which could be attributed to their mode of action. It was proved that the success of treatment with Phylazonit MC was not related to the number of free-living N2-fixing bacteria, but was positively correlated with improvements in other soil properties. It could be concluded from the results that digestate enhanced the number and activity of soil microorganisms and stimulated the original microbe population of the soil, which, in addition to the nutrients added with the treatment, also made an indirect contribution to the increase in yield. The treatments investigated can thus be successfully included in sustainable agricultural practices, especially on sandy soils with low humus content.

378

MAKÁDI et al.

Table 1. Fresh mass of silage maize (t/ha) in the various treatments. (1) Treatment. a) Control; b) Phylazonit MC; c) Phylazonit MC + digestate; c) Digestate. (2) Fresh mass, t/ha; mean±SD. Note: a, b, c index: Significance groups in the Tukey’s test (p<0.05). Table 2. Effect of treatment with Phylazonit MC and digestate on the number (log10) of colony-forming units (CFU) of selectively cultured microbe groups in the 3rd and 9th weeks after treatment. (1) Treatment: from top to bottom: control, Phylazonit MC, Phylazonit MC + digestate; digestate. (2) lg CFU mean±SD. (3) Heterotrophic. (4) Oligotrophic. (5) Spore-forming. (6) N2-fixing. (7) Microscopic fungi. A. In the 3rd week after treatment. B. In the 9th week after treatment. Note: See Table 1. Table 3. Changes in the activity of invertase and catalase in response to treatment with Phylazonit MC and digestate in the 3rd (16 Aug. 2006) and 9th (27 Sept. 2006) week after treatment. (1) See Table 1. (2) Activity, mean±SD. A. Invertase activity (mg glucose/g dry soil/4 h). B. Catalase activity (mg O2/g dry soil/h). Note: See Table 1. Table 4. Correlation coefficients (r) and significance levels (Szign.) for soil properties influencing the catalase enzyme in the 3rd week after treatment. (1) Soil property. a) Catalase activity (mg O2/g dry soil/h); b) No. of N2-fixing bacteria (lg CFU); c) Hydrolytic acidity, y1; d) Soil Mg content, mg/kg. (2) Catalase activity. (3) No. of N2fixing bacteria. (4) Mg content. Fig. 1. Yields of silage maize grown in pots in 2005 and 2006, kg/pot. Fig. 2. Yields of silage maize in a small-plot experiment in 2006, t/ha.