Mikrobiální aktivity v rhizosférní a nerhizosférní půdě stresované suchem

Ing. Jakub Elbl

Doctoral thesis

Microbial activity in rhizosphere and non-rhizosphere soil stressed by drought

Abstract:

Předložená disertační práce "Mikrobiální aktivita v rhizosférní a nerhizosférní půdě stresované suchem" se zabývá zhodnocením přímého vlivu sucha na mikrobiální aktivitu v půdě a nepřímých, zprostředkovaných vlivů sucha na změnu půdní hydrofobicity a dostupnosti dusíku v půdě. Sledování a vyhodnocení vlivu sucha na mikrobiální aktivitu v rhizosférní/nerhizosférní půdě, změnu půdní hydrofobicity, dostupnost minerálního dusíku v půdě a produkci rostlinné biomasy bylo provedeno za využití dvou terénních a jednoho laboratorního experimentu. Terénní experimenty byly realizovány na dvou stanovištích a dvěma odlišnými způsoby. První stanoviště bylo lokalizováno v Ochranném pásmu vodního zdroje Březová nad Svitavou. Zde byl realizován terénní experiment formou půdních experimentálních nádob neboli lyzimetrů. Bylo připraveno pět variant experimentu, které byly rozděleny do dvou skupin, (a) stresovaná a (b) nestresovaná suchem. Každá skupina obsahovala kontrolní nehnojenou variantu a variantu hnojenou jednosložkovým minerálním hnojivem DAM (80 kg N/ha), skupina stresovaná suchem dále obsahovala navíc variantu hnojenou kombinací uvedeného minerálního hnojiva a lignohumátu (84 kg N/ha + 1,25 l lignohumátu/ha). Druhé stanoviště se nacházelo v Národním parku Podyjí, přesněji v Národní přírodní rezervaci Havranická vřesoviště v blízkosti obce Havraníky, zde byla měření realizovaná přímo v porostu xerotermních trávníků. Vybrány byly porosty původního druhu Festuca ovina a invazivního druhu Calamagrostis epigejos. Na lokalitě Havraníky nebyly experimentální stanoviště stresovány suchem, protože se jedná o jednu z nejteplejších (průměrná roční teplota: 9 °C) a nejsušších oblastí (průměrný roční srážkový úhrn: 550 mm) v ČR. Měření v této oblasti probíhala na základě aktuálních údajů z meteorologické stanice tak, aby naměřené hodnoty pokryly jak období sucha, tak i srážek v rámci celého vegetačního období. Od roku 2012 do roku 2015 byla na lokalitě Březová měřena mikrobiální aktivita v rhizosférní a nerhizosférní půdě, vyjádřená basální respirací a dehydrogenázovou aktivitou, ztráta minerálního dusíku z půdy, dostupnost minerálního dusíku (Nmin) v kořenové půdě a produkce rostlinné biomasy. Dále byla zjišťována úroveň půdní hydrofobicity, a to na základě hodnoty nenasycené hydraulické vodivosti. Na experimentálních stanovištích lokality Havraníky byla provedena v letech 2013-2015 obdobná měření, vyjma produkce rostlinné biomasy. Terénní experimenty byly doplněny laboratorním, nádobovým pokusem, který byl založen v růstové komoře s kontrolovanými podmínkami (teplota 24 °C, vlhkost 75 %, osvit 380 umol/m.s) a trval 215 dnů. Byly připraveny tři skupiny laboratorního experimentu s rozdílnou hodnotou maximální vodní kapacity (70 %, 40 % a bod vadnutí). Každá z těchto skupin měla tři stejné varianty, kontrola, varianta hnojená hnojivem DAM 390 (140 kg N/ha) a varianta, kde bylo aplikováno v přepočtu 50 000 kg kompostu/ha. Simulace sucha na lokalitě Březová a přirozené periody sucha na lokalitě Havraníky měly za následek prokazatelný (P < 0,05) pokles v mikrobiální aktivitě v rhizosférní a nerhizosférní půdě. Byly však nalezeny pouze dílčí průkazné rozdíly v mikrobiální aktivitě mezi rhizo-sférní a nerhizosférní půdou, a to pouze v rámci variant nestresovaných suchem. Na lokalitě Březová a v rámci laboratorního experimentu byl dále zjištěn (P < 0,05) negativní vliv sucha na produkci rostlinné biomasy a na vyplavování Nmin z experimentálních nádob. Varianty nestresované suchem vykazovaly vždy min. o 15 % vyšší produkci rostlinné biomasy. Nejvyšší ztrát

Abstract:

y (P < 0,05) Nmin vyplavením byly vždy zjištěny po simulaci sucha, minimálně o 50 % v porovnání s obdobím před suchem, přičemž ztráta Nmin z půdy byla ovlivněna nejen suchem, ale i způsobem hnojení. Varianty s aplikací DAM 390 vykazovaly vyšší ztráty (P < 0,05) v porovnání s nehnojenými variantami nebo s variantami, kde minerální hnojivo bylo doplněno o organické (kompost nebo lignohumát). Dále byla měřena dostupnost Nmin v rhizosféře, jež byla ovlivněna především způsobem hnojení, vlastnostmi modelových rostlin a ročním obdobím, nikoliv však suchem. Způsob hnojení se ukázal jako klíčový i v případě snížení negativního dopadu sucha na produkci rostlinné biomasy. Varianty hnojené organickým hnojivem (kompost) nebo organominerálním (lignohumát, případně kombinace s DAM 390) vykazovaly nižší pokles produkce v porovnání s kontrolní variantou stresovanou suchem. Nebyl však v případě terénních ani laboratorního experimentu zjištěn vliv sucha na změny v půdní hydrofobicitě

Abstract:

The dissertation Microbial activity in rhizosphere and non-rhizosphere soil stressed by drought deals with assessment of the direct impact of drought on microbial activity in the soil, and indirect mediated effects of drought on the change of soil hydrophobicity and nitrogen availability in the soil. Monitoring and evaluation of the effect of drought on microbial activity in rhizosphere/nonrhizosphere soil, change in soil hydrophobicity, availability of mineral nitrogen in the soil, and plant biomass production were performed using two field and one laboratory experiment. Field experiments were conducted at two sites and by two different ways. The first site was located in a protection zone of water source in Březová nad Svitavou. The field experiment was carried out in the form of soil experimental containers (lysimeters). Five variants of the experiment divided into two groups were prepared: (a) stressed and (b) not stressed by drought. Each group contained unfertilized control variant and the variant fertilized with one component mineral fertilizer DAM (80 kg N/ha). The group stressed by drought also contained one extra variant fertilized with combination of mineral fertilizer and lignohumate (84 kg N/ha + 1.25 liters of lignohumate/ha). The second site was in the National Park Podyjí, accurately in the National Nature Reserve Havranické moorland, near the village Havraníky. The measurements were carried out directly in the vegetation of xerothermic grasslands. Indigenous vegetation Festuca ovina and invasive species Calamagrostis epigejos were selected. In Havraníky, experimental stations were not stressed by drought as it is one of the warmest (9 °C, average annual temperature) and driest regions (550 mm, average annual rainfall) in the country. Measurements were based on current data from the weather station in order to cover values of both, drought and precipitation throughout the whole growing season From 2012 to 2015, microbial activity in the rhizosphere and nonrhizosphere soil (expressed by basal respiration and dehydrogenase activity), the loss of mineral nitrogen (Nmin) from the soil, availability of Nmin in the root soil, and plant biomass production were measured. Level of soil hydrophobicity was evaluated on the basis of unsaturated hydraulic conductivity. Similar measurements, excluding the production of plant biomass, were conducted in experimental sites Havraníky in 2013 - 2015. Field experiments were complemented by pot experiment which was founded in the growth chamber under controlled conditions (temperature 24 °C, humidity 75%, exposure of 380 umol/m.s) and lasted for 215 days. There were prepared three groups of laboratory experiment with a different value of the maximum water capacity (70%, 40% and wilting point). Each of these groups had the same three variants, control variant, variant fertilized with DAM 390 (140 kg N/ha) and variant where 50,000 kg of compost/ha was applied. Simulation of the drought in Březová nad Svitavou and natural periods of drought in Havraníky resulted in demonstrable (P < 0.05) decrease in microbial activity in the rhizosphere and non-rhizosphere soil. However, only partial significant differences in microbial activity between rhizosphere and nonrhisosphere soil (only within the variations unstressed by drought) were found. In Březová nad Svitavou and in the laboratory experiment, negative effect of drought on the production of plant biomass and Nmin leaching from the exper-imental pots was also observed (P <0.05). Variants not stressed by drought were always found to produce at least 15% more biomass. The highest loss (P <0.05) of Nmin by leaching have always been found after simulation of drought by at least 50% compared with the period before the drought. Leaching of Nmin was influenced not only by drought but also by method of fertilization. Variants with an application of DAM 390 showed higher loss (P <0.05), compared with not fertilized variants

Abstract:

or variants where mineral fertilizer has been supplemented with organic fertilizer (compost or lignohumate). Furthermore, the availability of Nmin has been measured in the rhizosphere, which was mainly influenced by the method of fertilization, properties of model plants and the seasons, not by drought. Fertilization method has been proved to be crucial even in reducing the negative impact of drought on plant biomass production. Variants fertilized with organic fertilizer (compost), or organic-mineral fertilizer (lignohumate or a combination of DAM 390) showed lower decrease in biomass production, compared to the stressed control variant. However, the influence of drought on changes in soil hydrophobicity was not found in field nor laboratory experiment.

Keywords

Půda, Mikrobiální aktivita, Sucho, Půdní hydrofobicita, Rhizosféra

Keywords

Soil, Rhizosphere, Microbial activity, Drought, Soil hydrophobicity

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 5. 4. 2017

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Jaroslav Záhora, CSc.

Mendel University in Brno

Faculty of AgriSciences

Doctoral programme / field:
Ecology and Environmental Protection / Applied and Landscape Ecology