ผลของปุ๋ยหมักถ่านชีวภาพมูลแพะต่อกิจกรรมจุลินทรีย์ในดินที่สัมพันธ์กับการกักเก็บคาร์บอนในดิน
Article Sidebar
Main Article Content
บทคัดย่อ
การวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาการตอบสนองของจุลินทรีย์ในดินที่เกี่ยวข้องกับกิจกรรมของเอนไซม์หมุนเวียนคาร์บอนต่อการใช้ปุ๋ยเคมีหรือวัสดุอินทรีย์ที่สัมพันธ์กับการสะสมคาร์บอนอินทรีย์ในดิน กรรมวิธีทดลองประกอบด้วย 4 กรรมวิธี ดังนี้ 1) ควบคุม (ไม่มีการใส่ปุ๋ยอินทรีย์และปุ๋ยเคมี) 2) ปุ๋ยเคมี (CF) (N-P-K = 15-15-15) 3) มูลแพะ (GM) และ 4) ปุ๋ยหมักถ่านมูลแพะ (GMBC) ผลการศึกษาพบว่า ภายหลัง 3 ชั่วโมงของการใส่วัสดุอินทรีย์ค่าการหายใจของจุลินทรีย์ต่อมวลชีวภาพจุลินทรีย์คาร์บอน (qCO2) สูงสุดในกรรมวิธี GM ตามด้วยกรรมวิธี GMBC มีค่าเท่ากับ 0.3617 และ 0.26 mg CO2-C/g MBC/day ตามลำดับ การปลดปล่อย CO2-C สะสมมีค่าสูงสุดในกรรมวิธี GM ภายหลัง112 วันหลังการใส่ (2,578 mg CO2-C/m2/day) ตามด้วยกรรมวิธี GMBC CF และกรรมวิธีควบคุมมีค่าเท่ากับ 1,481 685 และ 613 mg CO2-C/m2/day ตามลำดับ ทั้งนี้ภายหลัง 21 วันหลังการใส่พบกิจกรรมจำเพาะของเอนไซม์บีตา-กลูโคสิเดสเพิ่มขึ้นสูงภายใต้กรรมวิธี GM มีค่าเท่ากับ 878 µg p-nitrophenol/g MBC/h ขณะเดียวกันพบว่า กิจกรรมจำเพาะของเอนไซม์ฟีนอลออกซิเดสมีค่าสูงสุดในวันที่ 21 และ77 (0.044 และ 0.036 µmol dicq/g MBC/h) ทั้งนี้พบสหสัมพันธ์เชิงบวกระหว่างกิจกรรมของบีตา-กลูโคสิเดส และการปลดปล่อย CO2 (r = 0.6648***) รวมถึงมวลชีวภาพจุลินทรีย์คาร์บอน (r = 0.6438***) การศึกษานี้ชี้ให้เห็นว่ารูปของคาร์บอนจากวัสดุอินทรีย์ส่งผลต่อกิจกรรมของเอนไซม์หมุนเวียนคาร์บอนในดินมากกว่าไนโตรเจนที่เป็นองค์ประกอบ ปุ๋ยหมักถ่านมูลแพะเหมาะสมใช้การปรับปรุงดินทรายจากการมีคาร์บอนทั้งรูปที่ง่ายและยากต่อการย่อยสลาย และมีค่า C/N ที่เหมาะสมต่อการนำไปใช้โดยจุลินทรีย์
Article Details
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
References
Acosta-Martínez, V., T.M. Zobeck, T.E. Gill and A.C. Kennedy. 2003. Enzyme activities and microbial community structure of semiarid agricultural soils. Biology and Fertility of Soils 38(4): 216-227.
Alef, K. and P. Nannipieri. 1995. Methods in Applied Soil Microbiology and Biochemistry. Academic Press, London. 576 p.
Amato, M. and J.N. Ladd. 1988. Assay for microbial biomass based on ninhydrin-reactive nitrogen in extracts of fumigated soils. Soil Biology and Biochemistry 20(1): 107-114.
ASTM International. 2007. Standard Test Method for Chemical Analysis of Wood Charcoal ASTM D1762-84. ASTM International, West Conshohocken. 2 p.
Berg, B. and E. Matzner. 1997. Effect of N deposition on decomposition of plant litter and soil organic matter in forest systems. Environmental Reviews 5(1): 1-25.
Black, C.A. 1965. Methods of Soil Analysis Part 2: Chemical and Microbiological Properties. American Society of Agronomy, Madison. 926 p.
Butnan, S., J.L. Deenik, B. Toomsan, M.J. Antal and P. Vityakon. 2016. Biochar properties influencing greenhouse gas emissions in tropical soils differing in texture and mineralogy. Journal of Environmental Quality 45(5): 1509-1519.
Carreiro, M.M., R.L. Sinsabaugh, D.A. Repert and D.F. Parkhurst. 2000. Microbial enzyme shifts explain litter decay responses to simulated nitrogen deposition. Ecology 81(9): 2359-2365.
Department of Livestock Development. 2022. Information of goat farmers by province (Online).Available:https://ict.dld.go.th/webnew/images/stories/stat_web/yearly/2565/country/8-goat.pdf (June 15, 2023). (in Thai)
Emteryd, O. 1989. Chemical and Physical Analysis of Inorganic Nutrients in Plant, Soil, Water and Air. Swedish University of Agricultural Sciences, Umea. 181 p.
Hadas, A., L. Kautsky, M. Goek and E.E. Kara. 2004. Rates of decomposition of plant residues and available nitrogen in soil, related to residue composition through simulation of carbon and nitrogen turnover. Soil Biology and Biochemistry 36(2): 255-266.
Hendel, B., R.L. Sinsabaugh and J. Marxsen. 2005. Lignin-degrading enzymes: phenoloxidase and peroxidase. pp. 273-277. In: M.A.S. Graca, F. Barlocher and M.O. Gessner (eds.). Methods to Study Litter Decomposition: A Practical Guide. Springer, Dordrecht.
Hue, N.V., S. Vega and J.A. Silva. 2001. Manganese toxicity in a Hawaiian Oxisol affected by soil pH and organic amendments. Soil Science Society of America Journal 65(1): 153-160.
Ippolito, J.A., L. Cui, C. Kammann, N. Wrage-Monnig, J.M. Estavillo, T. Fuertes-Mendizabal, M.L. Cayuela, G. Sigua, J. Novak, K. Spokas and N. Borchard. 2020. Feedstock choice, pyrolysis temperature and type influence biochar characteristics: a comprehensive meta-data analysis review. Biochar 2(4): 421-438.
Jiang, Y., X. Wang, Y. Zhao, C. Zhang, Z. Jin, S. Shan and L. Ping. 2021. Effects of biochar application on enzyme activities in tea garden soil. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology 9: 728530, doi: 10.3389/fbi oe.2021.728530.
Kamolmanit, B. and P. Lawongsa. 2021. Influence of goat manure biochar compost on soil organic carbon accumulation and aggregate formation. Khon Kaen Agriculture Journal 49(5): 1194-1204. (in Thai)
Kamolmanit, B., N. Panwong and P. Lawongsa. 2018. Influence of biochar to rice straw combined with goat manure on physico-chemical and biological characteristics of compost. Khon Kaen Agriculture Journal 46(5): 843-856. (in Thai)
Kamolmanit, B., P. Vityakon, W. Kaewpradit, G. Cadisch and F. Rasche. 2013. Soil fungal communities and enzyme activities in a sandy, highly weathered tropical soil treated with biochemically contrasting organic inputs. Biology and Fertility of Soils 49(7): 905-917.
Kang, H., C. Freeman, D. Lee and W.J. Mitsch. 1998. Enzyme activities in constructed wetlands: Implications for water quality amelioration. Hydrobiologia 368: 231-235.
Kanouo, B.M.D., S.E. Allaire and A.D. Munson. 2018. Quality of biochars made from eucalyptus tree bark and corncob using a pilot-scale retort kiln. Waste and Biomass Valorization 9: 899-909.
Keeler, B.L., S.E. Hobbie and L.E. Kellogg. 2009. Effects of long-term nitrogen addition on microbial enzyme activity in eight forested and grassland sites: Implications for litter and soil organic matter decomposition. Ecosystems 12: 1-15.
Kiran, Y.K., A. Barkat, X. Cui, Y. Feng, F. Pan, L. Tang and X. Yang. 2017. Cow manure and cow manure derived biochar application as a soil amendment for reducing cadmium availability and accumulation by Brassica chinensis L. in acidic red soil. Journal of Integrative Agriculture 16(3): 725-734.
Kuo, L., B.E. Herbert and P. Louchouarin. 2008. Can levoglucosan be used to characterize and quantify char/charcoal black carbon in environmental media?. Organic Geochemistry 39(10): 1466-1478.
Kuzyakov, Y. 2010. Priming effects: Interaction between living and dead organic matter. Soil Biology and Biochemistry 42(9): 1363-1371.
Kuzyakov, Y., I. Subbotina, H. Chen, I. Bogomolova and X. Xu. 2009. Black carbon decomposition and incorporation into soil microbial biomass estimated by 14C labeling. Soil Biology and Biochemistry 41(2): 210-219.
Lagomarsino, A., A. Benedetti, S. Marinari, L. Pompili, M.C. Moscatelli, P.P. Roggero, R. Lai, L. Ledda and S. Grego. 2011. Soil organic C variability and microbial functions in a Mediterranean agro-forest ecosystem. Biology and Fertility of Soils 47: 283-291.
Liu, C., Y. Song, X. Dong, X. Wang, X. Ma, G. Zhao and S. Zang. 2021. Soil enzyme activities and their relationships with soil C, N, and P in peatlands from different types of permafrost regions, northeast China. Frontiers in Environmental Science 9: 670769, doi: 10.3389/fenvs.2021.670769.
Mazzon, M., L. Cavani, A. Margon, G. Sorrenti, C. Ciavatta and C. Marzadori. 2018. Changes in soil phenol oxidase activities due to long-term application of compost and mineral N in a walnut orchard. Geoderma. 316: 70-77.
Medeiros, E.V., K.A. Notaro, J.A. Barros, W.S. Moraes, A.O. Silva and K. A. Moreira. 2015. Absolute and specific enzymatic activities of sandy entisol from tropical dry forest, monoculture and intercropping areas. Soil and Tillage Research 145: 208-215.
Olsen, S.R. and L.E. Sommers. 1982. Phosphorus. pp. 403-427. In: A.L. Page, R.H. Miller and D.R. Keeney. (eds.). Methods of Soil Analyses. Part 2. Chemical and Microbiological Properties. 2nd ed. American Society of Agronomy and Soil Science Society of America, Madison, WI.
Osuhor, C.U., J.P. Alawa and G.N. Akpa. 2002. Research note: Manure production by goats grazing native pasture in Nigeria. Tropical Grasslands 36: 123-125.
Rowell, D.L. 1994. Soil Science: Methods and Applications. Longman Scientific and Technical, Harlow. 350 p.
Rubin, E.M. 2008. Genomics of cellulosic biofuels. Nature 454: 841-845.
Sarfaraz, Q., L.S. da Silva, G.L. Drescher, M. Zafar, F.F. Severo, A. Kokkonen, G.D. Molin, M.I. Shafi, Q. Shafique and Z.M. Solaiman. 2020. Characterization and carbon mineralization of biochars produced from different animal manures and plant residues. Scientific Reports 10(1): 955, doi: 10.1038/s41598-020-57987-8.
Schulz, H. and B. Glaser. 2012. Effects of biochar compared to organic and inorganic fertilizers on soil quality and plant growth in a greenhouse experiment. Journal of Plant Nutrition and Soil Science 175(3): 410-422.
Sinsabaugh, R.L. 2010. Phenol oxidase, peroxidase and organic matter dynamics of soil. Soil Biology and Biochemistry 42(3): 391-404.
Sinsabaugh, R.L., M.E Gallo, C. Lauber, M.P. Waldrop and D.R. Zak. 2005. Extracellular enzyme activities and soil organic matter dynamics for northern hardwood forests receiving simulated nitrogen deposition. Biogeochemistry 75: 201-215.
Situmeang, Y.P., I.D.N. Sudita and M. Suarta. 2019. Manure utilization from cows, goats, and chickens as compost, biochar, and poschar in increasing the red chili yield. International Journal on Advanced Science, Engineering and Information Technology 9(6): 2088-2095.
Skjemstad, J.O., D.C. Reicosky, A.R. Wilts and J.A. McGowan. 2002. Charcoal carbon in U.S. agricultural soils. Soil Science Society of America Journal 66(4): 1249-1255.
Smith, M.W., G. Helms, J.-S. McEwen and M. Garcia-Perez. 2017. Effect of pyrolysis temperature on aromatic cluster size of cellulose char by quantitative multi cross-polarization 13C NMR with long range dipolar dephasing. Carbon 116: 210-222.
Sparling, G.P. and A.W. West. 1988. A direct extraction method to estimate soil microbial C: Calibration in situ using microbial respiration and 14C labeled cells. Soil Biology and Biochemistry 20(3): 337-343.
Tsai, W., S. Liu, H. Chen, Y. Chang and Y. Tsai. 2012. Textural and chemical properties of swine-manure-derived biochar pertinent to its potential use as a soil amendment. Chemosphere 89(2): 198-203.
Venkatesh, G., B. Venkateswarlu, K.A. Gopinath, C. Srinivasrao, G.R. Korwar, B. Sanjeeva Reddy, J.N.V.S. Prasad, M. Grover, B.M.K. Raju, C. Sasikala and K. Venkanna. 2013. Biochar production technology for conversion of cotton stalk bioresidue. Indian Journal of Dryland Agricultural Research and Development 28(1): 48-57.
Verheijen, F.G.A., S. Jeffery, A.C. Bastos, M. van der Velde and I. Diafas. 2009. Biochar Application to Soils: A Critical Scientific Review of Effects on Soil Properties, Processes and Functions. Office for Official Publications of the European Communities, Luxembourg. 166 p.
Waldrop, M.P. and J.W. Harden. 2008. Interactive effects of wildfire and permafrost on microbial communities and soil processes in an Alaskan black spruce forest. Global Change Biology 14(11): 2591-2602.
Waldrop, M.P., T.C. Balser and M.K. Firestone. 2000. Linking microbial community composition to function in a tropical soil. Soil Biology and Biochemistry 32(13): 1837-1846.
Zimmerman, A.R., B. Gao and M.-Y. Ahn. 2011. Positive and negative carbon mineralization priming effects among a variety of biochar-amended soils. Soil Biology and Biochemistry 43(6): 1169-1179.
Zwetsloot, M.J., J. Lehmann, T. Bauerle, S. Vanek, R. Hestrin and A. Nigussie. 2016. Phosphorus availability from bone char in a P-fixing soil influenced by root-mycorrhizae-biochar interactions. Plant and Soil 408(1-2): 95-105.