Z E S Z Y T Y P R O B L E M O W E POST^POW N A U K R O L N I C Z Y C H 2006 z. 509: 187-196
OCENA AKTYWNOSCI FOTOSYNTETYCZNEJ ROSLIN UPRAWIANYCH NA OSADACH S C I E K O W Y C H
I POPIOLACH PALENISKOWYCH
Jacek AntonkiewiczMarcin Rapacz ^
' Katedra Chemii Rolnej, Akademia Rolnicza im. H . Kott^taja w Kxakowie 2 Katedra Fizjologii Roslin, Akademia Rolnicza im. H . Koll^taja w Krakowie
Wstfp
Utylizacja popiolow paleniskowych i osadow sciekowych moze odbywac si? poprzez przyrodnicze wykorzystanie w biologicznej rekultywacji terenow poprze-myslowych. Proces rekultywacji biologicznej zalezy mi^dzy innymi od wlasciwosci fizykochemicznych podloza i kierunku zagospodarowania [ A N T O N K I E W I C Z 2005a; GiLEwsi<A, P R Z Y B Y L A 2001]. Skladowiska osadow sciekowych i popiolow paleniskowych, na ktore wprowadza SIQ W celach rekultywacyjnych rosliny, z pewnosci^ nie S4 idealnymi warunkami do wzrostu i rozwoju roslin. Jednak na wielu bardzo zdegradowanych terenach rosliny wyst^pujcj, a niektore z nich wykazujq w takich warunkach wysokct aktywnosc wzrostow^ i rozwojowq [ K A L E M B A S A , W Y S O K I N S K I 2002; Gos 1999]. Zachowanie mozliwie wysokiej aktywnosci lotosyntetycznej jest jednym z czynnikow wystQpowania roslin w niesprzyjajqcych warunkach siedlisko-wych [ K A L A J I , Z E B R O W S K I 2004; B O L H A R - N O R D E N K A M P F , O Q U I S T 1993].
Celem badah byla ocena sprawnosci aparatu fotosyntetycznego roslin uprawianych na osadach, popiolach oraz ich mieszaninach poprzez pomiar parametrow fluorescencji chlorofilu a oraz okreslenie gatunku, ktory najlepiej przystoso-wai aparat fotosyntetyczny do stworzonych warunkow podloza.
IMateriat i metody
Badania nad sprawnoscic^ fotosystemu I I (PS I I ) roslin przeprowadzono w warunkach doswiadczenia polowego, w ukladzie losowanych blokow, w trzecim roku wegetacji (2004 r . ) . Powierzchnia poletek wynosita 8 m^. Schemat doswiadczenia obejmowal 6 obiektow (kazdy w czterech powtorzeniach), rozniqcych si? dawk^ wprowadzonych osadow sciekowych i popiolow paleniskowych: I ) , obiekt kontrolny (bez dodatku odpadow); I I ) . 200 t-ha-^ s.m. osadu sciekowego; I I I ) . 150 t-ha-i s.m. osadu - I - 50 t-ha-i s.m. popioiu; I V ) . 100 t-ha-' s.m. osadu + 100 t-ha-i s.m. popioiu; V ) . 50 t-ha-i s.m. osadu + 150 t-ha-i s.m. popioiu; V I ) . 200 t-ha-i s.m. popioiu. Eksperyment zalozono na glebie mineralnej o skladzie
188 J. Antonkiewicz, M. Rapacz
mechanicznym gUny sredniej. Poletka obsiano mieszankc^ skladajqca si? z traw i roslin motylkowatych: kostrzewy czerwonej (Festuca rubra L . ) , kostrzewy trzcinowej (Festuca amndinacea S C H R E B . ) , wiechliny Iqkowej (Poa pratensis L . ) , komonicy zwyczajnej (Lotus corniculatus L . ) i koniczyny bialej (Trifolium repens L . ) . W okresie wegetacji obserwowano wzrost i rozwoj mieszanki trawiasto-motyl-kowej. Pomiary aktywnosci aparatu fotosyntetycznego wyzej wymienionych gatun-kow roslin zostaly przeprowadzone za pomoc^ fluorymetru Handy P E A (Hansa-tech L t d . Kings Lynn , U K ) . Pomiary przeprowadzano w trzech terminach odpo-wiadaj^cym trzem pokosom: 1 - 2 5 maja, I I - 8 lipca. I I I - 6 wrzesnia 2 0 0 4 roku. Pomiarow dokonywano na najmiodszych w pelni rozwini?tych lisciach zaadapto-wanych do ciemnosci przez 2 0 minut. Pomiary wykonywano dla kazdego gatunku i terminu pomiarow w 5 powtorzeniach (rozne rosliny). Nat?zenie promieniowa-nia wzbudzajqcego fluorescencje chlorofilu a wynosilo 3 0 0 0 yumol [h?]-m-2-s-i. Wartosci fluorescencji byly rejestrowane w przedziale czasowym 1 0 //s do 1 s od wl^czenia impulsu swiatla wzbudzajqcego. Mierzono: Fo - minimaln^ wydajnosc fluorescencji, obserwowano gdy wszystkie centra reakcji s^ w pelni otwarte (ocze-kuj^ce na przyj?cie fotonow), spadek ktorej okresla stan uszkodzeii systemu ante-nowego PS I I [ R U T E N , S A N T A R I U S 1992] ; F m - maksymaln^ wydajnosc fluorescencji, obserwowano, gdy wszystkie centra reakcji PS I I sq zamkni?te (nie mogo jeszcze przyj^c nast^pnych fotonow); F v = F m - Fo, maksymaln^ zmian? wartosci fluorescencji mi?dzy Fo a F m , b^d^c^ parametrem proporcjonalnym do wy-dajnosci kwantowej PS I I [ K R A U S E , W E I S 1991] ; F v / F m - ilosciow^ miar? maksy-malnej, czy tez potencjalnej (w warunkach optymalnych) wydajnosci kwantowej PS I I [ K I T A J I M A , B U T L E R 1975; S C H R E I B E R , B I L G E R 1993] (wartosc tego parametru obniza si? w przypadku dzialania roznych czynnikow stresowych) oraz A R E A (po-wierzchni? pod krzyw^ Kautzkiego), parametr informuj^cy o calkowitej ilosci akceptorow elektronow z PS I I . Na podstawie danych pomiarowych obliczono parametry tzw. J I P - testu [ S T R A S S E R i in. 2 0 0 0 ] : P.I . - ogolny indeks sprawnosci fotosystemu I I ; A B S / C S - calkowit^ absorpcj? energii przez fragment liscia; T R y C S - przeplyw energii pomi?dzy centrum reakcji fotosyntetycznej PS I I a ak-ceptorem Q^; E T ^ C S - przeplyw energii przez Q^; D I ^ C S - ilosc energii wzbudzenia rozpraszanej przez fragment liscia; R C / C S Q - parametr okreslajqcy zag?szczenie aktywnych centrow reakcji PS I I w czasie gdy mierzone jest Fo oraz R C / C S m - parametr okreslajqcy zag?szczenie aktywnych centrow reakcji PS I I w czasie gdy fluorescencja osi^ga wartosc maksymaln^ ( F m ) .
Statystyczno istotnosc roznic pomi?dzy badanymi obiektami i gatunkami oceniano na podstawie analizy wariancji w ukladzie calkowicie losowym, wykorzy-stujoc wielokrotny test Duncana przy P = 0 , 0 5 . Podano usrednione wartosci parametrow fluorescencji chlorofilu dla trzech terminow pomiarow (pokosow).
Wyniki
Badane rosliny charakteryzowaly si? zroznicowan^ aktywnosci^ aparatu fotosyntetycznego (tab. 1). Pomiar parametrow okreslajqcych fizjologiczny stan koniczyny bialej byl mozliwy do przeprowadzenia jedynie w obiekcie kontrolnym. Wynikalo to z wyparcia koniczyny z pozostalych obiektow nawozowych przez tra-wy. W zwi^zku z tym, ze funkcjonowanie aparatu fotosyntetycznego innych ga-
O C E N A A K T Y W N O S C I F O T O S Y N T E T Y C Z N E J R O S L I N U P R A W I A N Y C H 189
tunkow roslin porownywano do kontroli, wartosci parametrow charakteryzujqcych stan aparatu fotosyntetycznego koniczyny nie zostaly omowione.
Komonica zwyczajna wyparta zostala z runi w przypadku obiektow zawiera-j^cych duze ilosci osadu sciekowego ( I I , I I I ) . Maksymalna wydajnosc fotosystemu I I (PS I I ) u komonicy, wyrazona stosunkiem FyF„„ obnizyla si? w obiekcie IV. Ponadto w obiektach I V i V zaobserwowano spadek ilosci aktywnych centrow reakcji PS I I o czym swiadczy spadek wartosci parametrow RC/CSg i RC/CS,„. W obiekcie IV, zawierajqcym najwi^kszc^ ilosc osadu sciekowego obserwowano najwi?ksze zaburzenia funkcjonowania aparatu fotosyntetycznego. Obserwowano tu rowniez obnizenie ilosci akceptorow elektronow z PS I P ( A R E A ) , co moze swiadczyc o zaburzeniach w przebiegu fazy ciemnej fotosyntezy, jak i spadek wydajnosci transportu elektronow w PS I I ( T R o / C S i E T o / C S ) oraz wzrost rozpra-szania energii wzbudzen w postaci ciepla ( D I o / C S ) .
U kostrzewy trzcinowej obserwowano spadek potencjalnej wydajnosci foto-chemicznej PS I I ( F v / F m ) w obiektach V i I V W obiekcie V odnotowano ponadto spadek wydajnosci transportu elektronow w obr?bie PS I I ( T R o / C S i E T o / C S ) , spadek indeksu sprawnosci PS I I ( P I . ) , oraz obnizenie ilosci akceptorow elektronow w PS I I oraz szczegolnie duzy spadek ilosci aktywnych centrow reakcji przy wysyceniu swiatlem ( R C / C S m ) . Zmiany tych parametrow zwiqzane s^ z zaburzeniami fotosyntezy, zarowno fazy ciemnej, jak i jasnej, o czym dodatkowo swiadczy rowniez wzrost rozpraszania energii wzbudzen D I o / C S . Spadkowi F v / F m w obiekcie I V nie towarzyszyly natomiast objawy zaburzeh transportu elektronow, wi?c nie nalezy tego traktowac jako przejawu uszkodzen, lecz raczej jako przejaw zmian adaptacyjnych b^jdz rozwojowych. Nalezy tez zauwazyc, ze w pozostalych obiektach, a szczegolnie w obiekcie I I I sprawnosc transferu elektronow w fazie jasnej fotosyntezy byla przewaznie wyzsza niz w kontroli. Wartosci parametrow P L , R C / C S o i R C / C S m byly w obiekcie I I I najwyzsze, co swiadczy o wi?kszym zag?szczeniem aktywnych centrow reakcji PS I I i lepszej ich witalnosci, co skutkuje wyzszcj sprawnoscicj aparatu fotosyntetycznego.
U kostrzewy czerwonej, zastosowanej w mieszance rekultywacyjnej, w zad-nym z obiektow nie obserwowano duzych uszkodzen aparatu fotosyntetycznego. Podobnie jak u kostrzewy trzcinowej, obnizenie aktywnosci fotosyntetycznej obserwowano przede wszystkim w obiekcie V. W tych warunkach obserwowano spadek wartosci parametru F v / F m , co zwiqzane bylo glownie z obnizeniem ilosci dost?pnych akceptorow elektronow z PS I I ( A R E A ) , j ak i spadkiem ilosci energii absorbowanej (ABS/CS) oraz transferem elektronow z centrum reakcji PS I I do Qg ( T R o / C S ) . Dawka 150 t s.m. osadu i 50 t s.m. popioiu (obiekt I I I ) usprawnila funkcjonowanie aparatu fotosyntetycznego kostrzewy czerwonej. Swiadczc^ o tym wyzsze wartosci P L , b^de^ce bye moze skutkiem poprawy funkcjonowania fazy ciemnej, gdyz w tym przypadku zaobseiAvowano niewielki wzrost wartosci parametru A R E A w stosunku do kontroli.
Podobne roznice w funkcjonowaniu aparatu fotosyntetycznego w poszcze-golnych obiektach odnotowano u wiechliny Iqkowej. W obiekcie I V zaobserwowano znaczne obnizenie wartosci parametru F v / F m w stosunku do kontroli. Jednq z jego przyczyn moglo bye uszkodzenie systemu antenowego (obnizona wartosc ABS/CS) pot^czone z zaburzeniami transportu elektronow z centrum reakcji PS I I na Qj3 j ak i zmniejszeniem ilosci aktywnych centrow reakcji ( R C / C S o i R C / C S m ) . Nie obsei-wowano natomiast spadku ilosci akceptorow elektronow
190 J. Antonkiewicz, M. Rapacz
z PS I I ( A R E A ) . W tym przypadku nast^pilo wi?c przede wszystkim uszkodzenie fazy jasnej fotosyntezy. Zaburzenia w przebiegu fotosyntezy obserwowano tez w obiekcie V, w ktorym odnotowano zmniejszenie ilosci akceptorow elektronow z PS I I ( A R E A ) CO moze wiqzac si? z hamowaniem procesow fotochemicznych juz za centrum reakcji PS I I , bezposrednio powicjzanych z przebiiegiem fazy ciemnej fotosyntezy. W pozostalych obiektach wydajnosc obserwowanych procesow fotochemicznych byla zblizona do kontroli, jedynie w obiekcie I I i I I I obserwowano wzrost wartosci parametru R C / C S m .
Dyskusja
W przeprowadzonym doswiadczeniu funkcj? rekultywacyjnq spelniala mie-szanka traw i roslin motylkowatych, ktora zostala wysiana na osadach sciekowych, popiolach paleniskowych oraz ich mieszaninach [ A N T O N K I E W I C Z 2005a]. Mozliwosc wykorzystania roslin w rekultywacji musi wiqzac si? ze zdolnoscic^ ich adaptacji do niekorzystnych czynnikow glebowych. Wymaga to fizjologicznego przystosowania si? aparatu fotosyntetycznego do stworzonych im warunkow, a tym samym zacho-wania przez nie w miar? mozliwie wysokiej aktywnosci fotosyntetycznej. Zastoso-wane w mieszance rosliny wykazywaly duze roznice mi?dzygatunkojwe w funkcjonowaniu aparatu fotosyntetycznego w poszczegolnych kombinacjach odpadow. Koniczyna biala zostala wyparta z runi wsz?dzie, poza obiektem kontrolnym, co moze bye zwiqzane glownie z wi?kszo ekspansywnosci^ traw przy wysokiej zawar-tosci azotu w podlozu [ B O R O W I E C K I 2004]. Drugi z uzytych gatunkow roslin motylkowatych - komonica, zostala wyparta w obiektach zawieraj^cych najwi?ksze ilosci osadu sciekowego ( I I i I I I ) . Przy zmniejszajj^cych si? dawkach osadu byly widoczne zaburzenia w funkcjonowaniu jej aparatu fotosyntetycznego, proporcjo-nalne do dawki osadu (odpowiednio, obiekty I V i V ) . Przy wprowadzaniu osadu sciekowego wprowadzano do gleby duze ilosci azotu [ A N T O N K I E W I C Z 2005a, 2005b]. Azot jest czynnikiem plonotworczym, jednakze nawozenie azotem roslin motylkowatych wywiera z reguly niekorzystny wplyw na wzrost i rozwoj brodawek korze-niowych, ktorych funkcjonowanie ze wzgl?du na zwi?kszone zapotrzebowanie na fotoasyrailaty stymuluje aktywnosc fotosyntetycznej. Azot ogranicza tez przyswaja-nie wolnego azotu przez bakterie brodawkowe. St^d, prawdopodobnie efektem wprowadzenia osadow byla obnizona aktywnosc reduktazy azotanowej, siabsza aktywnosc fizjologiczna, a w koiicu wyparcie komonicy z obiektu I I i I I I [ B O R O W I E C K I 2004]. Bye moze przyczyucj wyparcia komonicy z runi w tych obiektach byly zaburzenia w funkcjonowaniu aparatu fotosyntetycznego. Dodatkowo do wyparcia komonicy mogla przyczynic si? tez stymulacja funkcjonowania aparatu fotosyntetycznego traw w tych kombinacjach, gdyz reagowaly one na stosowane mieszaniny odpadow odmiennie niz motylkowate. W obiektach z duzcj ilosci^ osadu sciekowego (a wi?c i azotu) obserwowano u nich nawet nieznaczny wzrost aktywnosci fotochemicznej w stosunku do kontroli. Bylo to wyrazniej widoczne w obiekcie I I I (150 t osadu i 50 t popioiu). W obiekcie I I aktywnosc fotochemiczna nie byla tak wysoka, prawdopodobnie na skutek zakwaszenia gleby (w obiekcie tym p H wynosilo okolo 5,8, a wi?c o ponad jednostk? p H mniej niz w kontroh [ A N T O N K I E W I C Z 2005a, 2005b].
Tabela 1 ; Table 1
Parametry fluorescencji chlorofilu u roslin uprawianych na osadach i popiolach oraz ich mieszaninach Chlorophyll fluorescence parameters in plants cultivated on sludges, ashes and their mixtures
Obiekty* Objects * Fv/Fm A R E A P.I. ABS/CS T R ^ C S E T ^ C S mjcs RC/CS„ RC/CS„
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Lotus comicidatus L .
I (A 0 + B 0) 0,773a 26128a 1,20a 606a 469a 180a 137b 267a 1242a
I I (A 200 + B 0) - - - - - - - - -I I I (A 150+B 50) - - - - - - - -I V (A 100 + B 100) 0,729b 20040b 0,83b 599a 437b 149b • 162a 215b 963c
V (A 50 + B 150) 0,756ab 25254a 0,87b 586a 443ab 177a 143b 218b 929c
V I (A 0 + B 200) 0,761a 28457a 0,88b 616a 469a 187a 146b 246ab 1044b
Festuca amndinacea SCHREB.
I (A 0 + B 0) 0,738a 20853a 0,84b 619a 457a 199b 161b 200bc 796b
I I (A 200 + B 0) 0,731a 22386a l,01ab 621a 455a 228a 166b 210b 806b
I I I (A 150+B 50) 0,736a 20360a 1,15a 618a 455a 223a 163b 235a 933a
I V (A 100 + B 100) 0,698b 23057a 1,10a 613a 447a 227a 166b 213ab 816b
V (A 50 + B 150) 0,679b 18160b 0,63c 618a 419b 194b 198a 183c 609d
V I (A 0 + B 200) 0,729a 21323a 0,87b 622a 454a 220a 168b 190bc 716c
Festuca rubra L . •
I (A 0 + B 0) 0,693a 1797lab 0,71b 639a 443 a 205a 196ab 183a 670b
I I (A 200 + B 0) 0,691a 17693ab 0,80b 607b 418b 201a 189ab 184a 671b
I I I (A 150+B 50) 0,717a 21533a 0,94a 617b 441a 222a 176c 177ab 728a
I V (A 100 + B 100) 0,698a 20183a 0,74b 608b 424ab 219a 183bc 171ab 585d
V (A 50 + B 150) 0,646b 16866b 0,82b 592c 380c 195a 211a 158b 600cd
V I (A 0 + B 200) 0,691a 20026a 0,77b 632a 436a 218a 195ab 168ab 625c
cd. tabeli 1; cont. Table 1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Poa pratensis L .
I (A 0 + B 0) 0,717a 20471a 0,87ab 631a 453a 211a 178a 198a 740b
I I (A 200 + B 0) 0,713a 21612a 0,90ab 621a 443a 219a 178a 195a 783a
I I I (A 150+B 50) 0,721a 20573a 1,01a 626a 452a 207ab 174a 206a 802a
I V (A 100 + B 100) 0,665b 19070ab 0,73b 593b 393c 202ab 183a 159b 529d
V (A 50 + B 150) 0,722a 16280b 0,96a 590b 425b 190b 165a 196a 746b
V I (A 0 + B 200) 0,711a 18400ab 0,63b 625a 445a 188b 180a 182a 650c
Wartosci parametru w obr^bie gatunku, oznaczone tymi samymi literami nie rozni^ siq od siebie wg testu Duncana, P = 0,05; Values of particular parameters among one species do not differ statistically according to Duncan's test (P = 0.05) Obiekty; Objects: A osad sciekowy; sewage sludge " " ^ B popiol paleniskowy (tha->); furnace ash, both (t-ha-')
O C E N A A K T Y W N O S C I F O T O S Y N T E T Y C Z N E J R O S L I N U P R A W I A N Y C H 193
W warunkach najbardziej optymalnych dla wzrostu traw (obiekt I I I ) najwyzszq aktywnosc fotochemicznq obsei-wowano u kostrzewy trzcinowej. Gatunek ten na-biera coraz wi?kszego znaczenia w badaniach nad rekultywacji terenow skazo-nych i skladowisk. Kostrzewa trzcinowa charakteryzuje si? duzcj plastycznosci^ w stosunku do warunkow srodowiska [ G O R A L 2001]. Zaburzenia w funkcjonowaniu aparatu fotosyntetycznego u traw obserwowane byly przede wszystkim w kombinacjach I V i V Wszystkie gatunki wykazywaly podobny reakcj? na stosowane kombinacje. W obiekcie I V odnotowywano niewielkie zaburzenia w przebiegu przeplywow elektronow w obr?bie PS I I wplywajqce na szybkosci reoksyda-cji centrow reakcji ( R C / C S ) . W przypadku obiektu V (50 ton osadu i 150 t po-piohi) znacznie obnizyla si? przede wszystkim ilosc aktywnych akceptorow elektronow z PS I I . Jest ona proporcjonalna do zuzywania tworzqcej si? sily asymila-cyjnej w procesach fazy ciemnej [ S T R A S S E R i in. 2000]. U kostrzewy czerwonej i wiechliny l^kowej towarzyszylo temu obnizanie si? ilosci absorbowanej energii oraz wydajnosci pierwszego etapu transportu elektronow w PS I I ( T R o / C S ) . Podobne zmiany obserwuje si? podczas starzenia si? liscia [ S T R A S S E R i in. 2000]. Nie da si? wykluczyc, ze pewne znaczenie dla negatywnej reakcji roslin moglo miec wysokie p H odnotowane w obiektach I V i V (odpowiednio 7,5 i 8,0) [ A N T O N K I E W I C Z 2005a, 2005b]. Jednakze nie byl to czynnik jedyny, poniewaz w obiekcie V I , w ktorym wartosc p H byla najwyzsza zaburzenia w funkcjonowaniu PS I I byly juz mniejsze. Nie da si? wykluczyc, ze na aparat fotosyntetyczny traw dziala nie-korzystnie kombinacja wysokiego p H i skladnikow osadu sciekowego, ktory w obiekcie V I nie byl wprowadzany do gleby.
Gatunkiem, ktory wykazywal najwi?kszq tolerancj? potencjalnie niekorzystnych warunkow wzrostu byla kostrzewa czerwona. Ten gatunek traw znosi dobrze niedobory wody i skladnikow pokarmowych w glebie, wyst?puJ4 biotypy halofilne jak i odporne na wysokie p H , lepiej tez znosi konkurencj? innych roslin [ G O R A L 2001]. Wiechlina lajkowa jest gatunkiem charakteryzuj^cym si? wysokcj plastyczno-sci^ mozliwosci wzrostu w roznych warunkach srodowiska ze wzgl?du na duz^ zmiennosc genetycznq [ G O R A L 2001]. Jej potencjai fotosyntetyczny byl podobny jak kostrzewy trzcinowej. W przypadku tego gatunku wyraznie negatywne oddzia-lywanie podloza mozna jednak dostrzec w obiekcie I V .
Uzyskane wyniki wskazuj^ rowniez na to, ze pomiary fluorescencji chlorofilu mogo bye uzyteczne dla wspomagania doboru skladnikow mieszanek rekultywacyjnych siuzctcych zagospodarowywaniu osadow sciekowych i popiolow paleniskowych. Wlasciwy dobor roslin zalezy bowiem od zastosowanej kompozycji odpadow. Uzycie roslin motylkowatych jest niewskazane przy duzej zawartosci osadow sciekowych, z kolei przy duzej zawartosci popioiu (obiekt V ) korzystne byloby zwi?kszenie udzialu komonicy w mieszance.
Wnioski
1 . Wysokie ilosci bogatego w azot osadu sciekowego (z wyjqtkiem wprowadza-nia go bez dodatku popiolow, co znacznie obnizalo p H ) korzystnie wplywa-ly na funkcjonowanie aparatu fotosyntetycznego traw.
2 . Koniczyna i komonica byly wypierane z runi, szczegolnie przy duzym
194 J . Antonkiewicz, M. Rapacz
udziale osadow sciekowych w podlozu. Nie bylo to spowodowano jedynie wyzsz^ ekspansywnosciej traw w tych warunkach ale tez pogorszeniem si? sprawnosci aparatu fotosyntetycznego, co obserwowano u komonicy.
3. Uzyte w doswiadczeniu gatunki traw obnizaly aktywnosc aparatu fotosyntetycznego przy kombinacji wysokiego p H podloza z pewn^ ilosciq osadow sciekowych (obiekt I V - silniej reagowala wiechlina i V - kostrzewy).
4. Aparat fotosyntetyczny kostrzewy czerwonej wykazywal najwi^ksz^ stabil-nosc w zastosowanych obiektach, co swiadczy o jej najwi?kszej plastycznosci w dostosowaniu do stworzonych warunkow.
5. Wyniki badaii wskazuj^ na mozliwosc wykorzystania pomiarow fluorescencji chlorofilu do oceny przydatnosci roslin dla utylizowania odpadow.
L i t e r a t u r a
ANTONKIEWICZ J . 2005a. Utilisation of sewage sludge for biological management of ash disposal site. Content of selected heavy metals in plants. Chem. Inz. E k o l . 12: 209-215.
ANTONKIEWICZ J . 2005b. Wplyw osadow sciekowych i popiolow paleniskowych oraz ich mieszanin na plonowanie i zawartosc azotu w mieszance traw i roslin motylko-wych. Fragm. Agronom. 22, 1(85): 336-345.
BOLHAR-NORDENKAMPF H . R . , OQUIST G .O. 1993. Chlorophyll fluorescence as a tool in photosynthesis research, w: Photosynthesis and production in a changing environment. A field and laboratoiy manual. D . O . Ha l l , J . M . O . Scurlock, H . R . Bolhfr-Nordenkampf, R . C . Leegood, S.P. Long (Red. ) , Chapman and Hal l , Londyn. 193-205.
BOROWIECKI J . 2004. Nowe aspekty symbiotycznego wiqzania azotu. Post. Nauk Roln. 2: 9-18.
GILEWSKA M. , PRZYBYLA C . 2001. Wykoizystanie osadow sciekowych w rekultywacji skiadowisk popiotowych. Zesz. Probl. Post. Nauk R o l . 477: 217-222.
Gos A . 1999. Wzrost i rozwoj niektdiych gatunkow traw i roslin motylkowatych na popiele z dodatkiem biohumusu. Fo l . Univ. Agric. Stetin. 197, Agricultura 75: 75-80.
G6RAL S. 2001. Roslinnosc zielna w ochronie i rekultywacji gruntow. Inzynieria E k o -logiczna, tom 3, Bydgoszcz.
KALAJI M . H . , ZEBROWSKI M . 2004. Intensywnosc fotosyntezy jedno- i dwulisciennych roslin C j / w roznych wamnkach srodowiska. Zesz. Probl. Post. Nauk R o l . 496: 133-142.
KALEMBASA S., WYSOKINSKI A . 2002. Wplyw nawozenia mieszaninq osadow sciekowych z popiolem w^gla brunatnego lub z CaO na plon i sktad chemiczny roslin. Cz. I . Plon roslin. Zesz. Probl. Post. Nauk R o l . 482: 251-256.
KITAJIMA M., B U T L E R W .L . 1975. Quenching of chlorophyll fluorescence and primaiy photochemistiy in chloroplasts by dibromothymoquinone. Biochim. Biophys. Acta 376: 105-115.
O C E N A A K T Y W N O S C I F O T O S Y N T E T Y C Z N E J R O S L I N U P R A W I A N Y C H 195
KRAUSE G . H. , W E I S E . 1991. Chlorophyll fluorescence and photosynthesis: The basis. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol . B io l . 42: 313-349.
RUTTEN D., SANTARIUS K . A . 1992. Age-related differences in fi-ost sensitivity of the photosynthesis apparatus of two plagiomnium species. Planta 187: 224-229.
SCHREIBER U., B I L G E R W. 1993. Progress in chlorophyll fluorescence research: major developments during the past years in retrospect. Progr. Bot . 54: 151-173.
STRASSER R . J . , SRIVASTAVA A., T S I M I L L I - M I C H A E L M . 2000. The fluorescence transient as a tool to characterize and screen photosynthetic samples. Printed in Probing Photosynthesis. Yunus M . , Pathre U . , Mohanty P. (Red . ) . Taylor & Francis Group. Chapter 25: 445-484.
Stowa kluczowe: aktywnosc fotosyntetyczna, komonica zwyczajna, koniczyna biala, kostrzewa czerwona, kostrzewa l^kowa, osad sciekowy, popioly paleniskowe, utylizacja, wiechlina l^kowa
Streszczenie
Zachowanie mozliwie wysokiej aktywnosci fotosyntetycznej, jest jednym z czynnikow wyst?powania roslin w niesprzyjajcjcych warunkach siedliskowych. Osady sciekowe jak i popioly paleniskowe mog^ oddzialywac negatywnie na wzrost i rozwoj roslin. Rosliny w zaleznosci od gatunku roznie reagujq na warun-ki siedliskowe jakie stwarza im skladowisko osadow sciekowych i popiolow paleniskowych. Oceniono sprawnosc aparatu fotosyntetycznego roslin uprawianych na osadach, popiolach i ich mieszaninach poprzez pomiar parametrow fluorescencji chlorofilu a.
Badania przeprowadzono w warunkach doswiadczenia polowego, zalozo-nego w ukladzie losowanych blokow. Powierzchnia poletek wynosila 8 m^. Schemat doswiadczenia obejmowal 6 obiektow: I - obiekt kontrolny, (bez dodatku odpadow); I I - pelna dawka osadu sciekowego (200 t-ha-i s.m.); I l l - y 4 pelnej dawki osadu + VA pelnej dawki popioiu; I V - V2 pelnej dawki osadu + Vz pelnej dawki popioiu; V. - VA pelnej dawki osadu -t- Vi pelnej dawki popioiu; V I - pelna dawka popioiu (200 t-ha-' s.m.). Poletka obsiano mieszank^ traw i roslin motylkowatych (kostrzewa czerwona i trzcinowa, wiechlina Icjkowa, komonica zwyczajna i koniczyna biala). Aktywnosc fotosyntetyczny roslin oceniano przy zastosowa-niu pomiarow fluorescencji chlorofilu ( H a n d y P E A , Hansatech, Wielka Brytania) .
Badane rosliny charakteryzowaly si? zroznicowaucj aktywnosci^ aparatu fotosyntetycznego. Stwierdzono, ze aparat fotosyntetyczny traw lepiej niz w obiekcie kontrolnym funkcjonowal przy duzym udziale osadu sciekowego w podlozu. Sposrod badanych gatunkow roslin aparat fotosyntetyczny kostrzewy czerwonej wykazywal najwi^kszy stabilnosc funkcjonowania w roznych obiektach nawozowych. Rosliny motylkowate byly wypierane z runi w przypadku duzej zawartosci w glebie bogatego w azot osadu sciekowego. Nie bylo to spowodowane jedynie wyzszcj ekspansywnosciy traw ale tez pogorszeniem si? sprawnosci aparatu fotosyntetycznego, CO obserwowano u komonicy. Wyniki badafi wskazujq na mozliwosc wykorzystania pomiarow fluorescencji chlorofilu do oceny przydatnosci roslin dla utylizowania odpadow.
196 J. Antonkiewicz, M. Rapacz
P H O T O S Y N T H E T I C A C T I V I T Y O F P L A N T S G R O W I N G O N S O I L S U P P L E M E N T E D W I T H S E W A G E S L U D G E
A N D F U R N A C E A S H E S
Jacek Antonkiewicz ^, Marcin Rapacz ^ 1 Department of Agricultural Chemistry, Agricultural University, Krakow
2 Department of Plant Physiology, Agricultural University, Krakow
K e y words: birdsfood trefoil, bluegrass, furnace ashes, red fescue, sevage sludge, photosynthetic activity, waste utilization, white clover, tall fescue
Summary
Sewage sludge and furnace ashes used as a soil component in the process of their utilization can have a negative impact on the plant growth and development. T h e aim of the present study was the evaluation of PS I I activity in some plant species using in the reclamation mixture grown at sludge, ashes and their mixes. The research was conducted in a field experiment. T h e experimental design included 6 treatments (8 m- plots, each in 4 replications): I ) . - control (without waste supplement); I I ) . - sewage sludge (200 t-ha-' D M ) ; I I I ) . - of sludge dose -I - VA of ash dose; I V ) . - Vi of sludge dose + Vz of ash dose; V ) . - VA of sludge dose + VA of ash dose; V I ) . - ash (200 t-ha-' D M ) . T h e field experiment was located on a mineral soil with grain size composition of medium loam. Measurements of PS I I activity ( H a n d y P E A chlorophyll fluorescence meter, Hansatech Ltd. ) were made on red and tall fescues, bluegrass, birdsfoot trefoil and white clover sowin in the mixture. Measurements were taken in 5 repHcations, 3 times a year (just before cuttings). Studied plants were characterized by PS I I activity different between the objects. Red fescue was the species in which photosynthetic apparatus showed almost no reaction to all combinations of wastes used in the experiment. Tall fescue was also characterized by high effectiveness of photo-synthetic apparatus, mainly in objects containing mixtures of sludge and ashes. When grasses were grown on wastes containing high amount of nitrogen-rich sewage sludges, excluding low-pH pure sludge they showed higher energy utilization in photosynthesis than legume plants. Contrary to white clover birdsfoot trefoil was not superseded in the plots containing sludge-ashes mixtures but its photosynthetic activity was lower that in the control conditions. T h e obtained results indicate that chlorophyll fluorescence measurement may be a good indicator of the usefulness of plant species in the reclamation of wastes.
D r inz. Jacek Antonkiewicz Katedra Chemii Rolnej Akademia Rolnicza im. H . Kollytaja A l . Mickiewicza 21 31-120 K R A K O W e-mail: [email protected]
Top Related