CC BY
14УДК: 630.114.442.3
З.И. Сакбаева
ФЕРМЕНТАТИВНАЯ АКТИВНОСТЬ ПОЧВ ОРЕХОВО-ПЛОДОВЫХ ЛЕСОВ БАССЕЙНА РЕКИ КОК-АРТ ЖАЛАЛ-АБАДСКОЙ ОБЛАСТИ КЫРГЫЗСТАНА
Жалал-Абадский государственный университет, Жалал-Абад, Кыргызстан,
Аннотация. В статье изложены результаты изучения ферментативной активности почв орехово-плодовых лесов бассеина реки Кок-Арт Жалал-Абадскои области.
Ключевые слова: ферментативная активность, глюкозидазы, фосфатазы, арильсуль-фатаза, горно-лесные черно-коричневые почвы, орехово-плодовьш лес.
ВВЕДЕНИЕ
С жизнедеятельностью почвенной микрофлоры связаны все основные процессы, протекающие в почве: разложение и синтез органического вещества, динамика накопления и использования усвояемых форм азота, фосфора, калия и других элементов питания, образование и использование физиологически активных веществ (витамины, ауксины, ферменты) и другие биохимические факторы.
Для микробиологическои активности большую роль играет водно-тепловои режим почвы. В период увлажнения почвы, когда идет активизация микробиологических процессов, по мнению М.М. Кононовои [1], происходит новообразование гумусовых веществ, а периоды последующего усыхания почвы, вызывающие депрессию деятельности микроорганизмов, предохраняют гумусовые вещества от быстрого вовлечения в новые биохимические процессы. Вступая во взаимоде-иствие с минеральнои частью почвы, гумусовые вещества закрепляются в виде органоминеральных соединении.
Характер преобладающеи группы почвенных микроорганизмов в основном зависит от типа растительности, покры-вающеи данную почву, и экологических условии.
Разные типы почв вертикальнои поясности бассеина реки Кок-Арт существенно отличаются по характеру растительности, которая обогащает почву отмира-
ющими корневыми остатками, различающимися по химическому составу. Это существенно отражается на групповом и видовом составе микроорганизмов почв, деятельность которых влияет на процессы образования перегноя.
В связи с этим изучение микробиоло-гическои характеристики изучаемых почв бассеина реки Кок-Арт поможет лучшему пониманию вопроса почвообразования и накопления гумуса.
При сравнении почв бассеина реки Кок-Арт между собои, можно видеть ясные различия по количественному и видовому составу микроорганизмов. В почвах Ферганскои долины и урочище Кок-Арт микробиологические изменения сильно влияют на состав витаминов, ферментов, дыхание почвы и состав фосфора.
Целью исследования является изучение ферментативнои активности почв орехово-плодовых лесов, т.е. активности глюкозидаз, фосфатаз и арильсульфата-зы.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Почвенные разрезы были изучены и описаны по морфологическим характеристикам, разделены на генетические горизонты. Пробы почв отбирались из генетических горизонтов. Анализы на ферментативную активность изучаемых почв проводились в научно-иссле -довательском институте Земледелия Техасского Технологического Университета США в 2012 году. Активность фосфат-
ных ферментов определялись по методике Табатабаи М.А. (8). Высотные пределы точек отбора проб 1580-1801 м над ур. м., координаты N 41°12'30.49'' - 41°12' 54.66'', Е 73°20'57.12'' - 73°23'00.05''.
Почвы бассейна реки Кок-Арт имеют несколько разных типов почв, и обладают неодинаковым потенциальным плодородием. Разнохарактерность литологичес-кого строения, различная высота над уровнем моря и экспозиция горных склонов, разная степень увлажнения, температуры воздуха и ряд других факторов способствовали развитию на исследуе-Таблица 1 - Расположение почв орехово-пл
мои территории разнообразного почвенного покрова - горно-долинные сероземы типичные туранские, горные темные сероземы, горные коричневые, горнолесные черно-коричневые и горные луго-во-степные почвы [2].
Исследование проводилось на девяти почвенных разрезах, взятых из трех контрастных землепользования бассеина реки Кок-Арт Джалал-Абадскои области. В даннои работе приведем результаты исследовании ферментативнои активности почв орехово-плодовых лесов бас-сеина реки Кок-Арт (таблица 1). довых лесов бассейна реки Кок-Арт
Землепользование Местность Типы почв Высота над уровнем моря, м Ширина Долгота
Орехово-плодовьш лес Кара-Алма Горно-лесные черно- коричневые 1580 41°12'30.49"N 73°20'57.12"E
Орехово-плодовыи лес Кара-Алма Горно-лесные черно- коричневые 1801 41°12'54.66"N 73°23'00.05"E
Климат бассеина реки Кок-Арт характеризуется континентальным субтропическим климатом. В предгорьях, среднесуточная температура в июле составляет 28°С. В январе среднесуточная температура ниже -14°С (Джалал-Абадская метеорологическая станция). Условия намного холоднее на больших высотах, где в июле среднесуточная температура 5°С и в январе -28°С (Жергетальская метеорологическая станция). Большая часть осадков выпадает зимои и веснои. Среднегодовое количество осадков составляет от 100 до 500 мм в предгорьях и от 500 до 1000 мм в горах (выше 1000 м).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИИ в-глюкозидаза играет большую роль в круговороте углерода (С), участвующих в деградации целлюлозы. Как известно главными компонентами клеточнои стенки сельскохозяиственных культур, особенно соломы, стеблеи хлопчатника и других растении, являются природные поли-
сахариды: целлюлоза и гемицеллюлоза. в-глюкозидазы в расщепляющих целлюлозы микроскопических грибах Trichoderma содержится мало, а в низших грибах Pénicillium verruculosun много.
в-глюкозидаза является доминирующим ферментом в почве. Этот фермент играет важную роль в почвах, потому что они участвуют в качестве катализатора для гидролизов и биодеградации различных в-глюкозидов присутствующих в разложении растительных остатков в экосистеме [5].
в-глюкозаминидазы в основном сосредоточены в почвенных микроорганизмах Streptomeces и ассимилируют глюкозу, галактозу, сахарозу и фруктозу и участвуют в круговороте углерода и азота в почве.
В горных коричневых почвах наблюдается высокая активность ферментов глюкозидаз по сравнению с сероземными почвами. Как видно из таблицы 2, высо-
кая ферментативная активность почвы почвы час-гв горнолесных черно-отмечается по р-глюкозидазе и колеблет- коричневых почвах. Из глюкозидазных ся от 19,3 до 1137, 5 мг р-нитрофенол кг-1 ферментов, р-глюкозидаза доминирует почвы час-1 в горных коричневых почвах, над р-глюкозаминидазои. от 11,1 до 1235,9 мг р-нитрофенол кг-1
Таблица 2 - Активность ферментов глюкозидаз горнолесных черно-коричневых почв бассеМна реки Кок-Арт (мг р-нитрофенол кг -1 почвы час -1)
Землепользование Типы почв Горизонты Глубина р-глюкозидаза р -глюкоза-минидаза
Горнолесные Ао 0-2 807,6 189,9
Орехово- черно- Ах 2-13 1137,5 87,6
плодовые леса, коричневые А2 13-48 135,1 14,7
Кара-Алма (мало В 48-120 27,1 4,0
мощные) С 120-165 19,3 2,1
Ао 0-4 1235,9 298,5
Орехово-плодовые леса, Кара-Алма Горнолесные черно- коричневые А1 А2 АВ В 4-18 18-57 57-91 91-130 546,9 74.6 17,8 14.7 106,0 7,3 10,9 1,7
С 130-185 11,1 14,4
Важную роль в обеспечении растении элементами минерального питания играет фосфатаза - фермент, отвечающии за минерализацию органического фосфора. Фосфатазы гидролизуют разнообразные фосфомоноэфиры, осуществляют мобилизацию закрепленного в органическом веществе фосфора.
В почвах фосфатазы не только минерализуют органическии фосфор, но и способствуют поступлению минерального фосфора в корни растении. Фосфорорга-нические соединения составляют основную часть фосфора почвы (от 20 до 80 %) и представлены нуклеиновыми соединениями, производными аденозинфосфор-нои кислоты, фосфогуминовыми комплексами и в незначительном количестве подвижными сахарофосфатами и глицерофосфатами. Фосфорорганические соединения почвы переходят в доступное для питания растении состояние при ферментативном гидролизе с отщеплением остатков фосфорнои кислоты.
Фосфатазная активность почвы определяется ее генетическими особенностями, физико-химическими своиствами и
уровнем культуры земледелия. Почвы, имеющие кислую реакцию, преимущественно содержат кислые фосфатазы, в почвах со слабощелочнои реакциеи преобладают щелочные фосфатазы.
Среда рН сероземов бассеина реки Кок-Арт колеблется в пределах 7,9-8,3. Это способствует увеличению содержания щелочных фосфатаз.
Лесные почвы, как правило, содержат более высокие микробные биомассы и более сложные источники углерода (хитин). В целом, активность ферментов находится в теснои связи с содержанием органических веществ почвы, потому что, лесо-растительная подстилка играет ключевую роль в качестве предшественника для синтеза и стабилизации ферментов
[4].
Как известно, горнолесные черно-коричневые почвы отличаются высоким естественным плодородием [3]. Поэтому в исследуемых почвах в большом количестве имеется фосфор в форме органических соединении, аккумулируемыи в гумусе, поступающии с отмирающими остатками растении, животных и микроорга-
низмов. Высвобождение фосфорной кис- 57,5 до 1441,5 мг нитрофенол кг-1 почвы лоты из этих соединении осуществляется час-1в горно-леснои черно-коричневои сравнительно узкои группои микроорга- почве, от 8,1 до 1809,8 мг нитрофенол кг-1 низмов, имеющих специфические фер- почвы час-1 в горнолесных черно-менты фосфатазы. коричневых почвах разреза 2. Причем,
Как видно из таблицы 3, высокая щелочная фосфатаза явно доминирует активность почвы разреза 1 отмечается над кислои фосфатазои и фосфодиэстера-по щелочнои фосфатазе и колеблется от зои, что является характерным для слабо-
щелочнои рН почвеннои среды [6]. Таблица 3 - Активность фосфатных ферментов горнолесных черно-коричневых почв бассейна реки Кок-Арт (мг р-нитрофенол кг -1 почвы час -1)
Землепользование Тип почвы Генети-ческии горизонт Глубина, см Кислая фосфатаза Щелочная фосфатаза Фосфоди-эстераза
Орехово-плодовые леса, Кара-Алма Горнолесные черно-коричневые (маломощные) Ао А1 А2 В С 0-2 2-13 13-48 48-120 120-165 379,4 422,3 114,7 29,8 26,0 1441,5 1033,0 244,6 76,5 57,5 746,2 742,1 222,1 43,8 85,2
Ао 0-4 712,7 1809,8 714,2
Орехово-плодовые леса, Кара-Алма Горнолесные черно- коричневые А1 А2 АВ В 4-18 18-57 57-91 91-130 897,7 272,5 59,8 27,7 757.8 283.9 27,7 18,7 754,5 225,9 41,7 11,9
С 130-185 18,0 8,1 15,4
Высокая активность данного фермента в исследуемом объекте связано с показателями рН среды почвы. Установлено, что в этих почвах, генетические горизонты различаются по активности, распределение которых в профиле почвы тесно коррелируют с содержанием гумуса.
Значит, ферментативную активность фосфатазы, определяемую по методике Табатабаи М.А. [8], можно использовать в качестве диагностического показателя плодородия различных типов почв, потому что активность ферментов фосфатаза отражает не только биологические сво-иства, но их изменение под влиянием агроэкологических факторов.
Такои повышенныи потенциал фер-ментативнои активности фосфатазы способствуют лучшему распаду питательных веществ из трудноусвояемых соединении фосфора и переходу в легкодоступные формы фосфора для растении и микроорганизмов.
Арильсульфатазы широко распространены в природе, а также в почве. Они играют важную роль при круговороте серы, т.е. гидролизе сложных эфиров сульфатов в почве. Существуют многочисленные газообразные соединения серы, такие как сероводород (И^) и сернистыи ангидрид (Б02). Однако преобладающая часть круговорота этого элемента имеет осадочную природу и происходит в почве и воде. Основнои источник серы, доступныи живым организмам - сульфаты ^042-).
Ключевую роль в быстро обменивающемся фоне играют специализированные микроорганизмы, выполняющие определенные реакции окисления или восстановления. Благодаря процессам окисления и восстановления происходит обмен серы между доступными сульфатами ^О/-) и сульфидами железа, находящимися глубоко в почве и осадках при участии серобактерии, тиобациллы, арильсульфатазы [7].
В таблице 4 указаны активность коричневых почв бассеина реки Кок-Арт. арильсульфатазы горнолесных черно-
Таблица 4 - Активность фермента арильсульфатазы горнолесных черно-коричневых почв бассеина реки Кок-Арт (мг р-нитрофенол кг -1 почвы час -1)
Землепользо- Тип почвы Генети- Глуби на, Органиче- Общии Арильсуль-
вание ческии см ское азот фатаза
горизонт вещество
Орехово- Горнолесные Ас 0-2 12,07 0,91 498,9
плодовые леса, черно- А1 2-13 9,21 0,72 393,3
Кара-Алма коричневые А2 13-48 2,65 0,19 114,3
(маломощные) В 48-120 0,88 0,08 33,5
С 120-165 0,82 0,07 19,6
Орехово- Горнолесные А0 0-4 16,13 1,88 439,2
плодовые леса, черно- А1 4-18 12,5 0,84 493,4
Кара-Алма коричневые А2 18-57 5,51 0,38 158,3
АВ 57-91 2,06 0,13 15,3
В 91-130 1,37 0,14 4,8
С 130-185 1,23 0.08 2,2
В разрезах горно-лесных черно- предшественника для синтеза и стабили-коричневых почв, содержание органичес- зации ферментов.
ких веществ были на высоком уровне (на- На основании вышеизложенного мож-пример, 12-16 % в АО и 9-12 % в А гори- но сделать вывод о том, что наряду с диаг-зонтах). В соответствии этому, актив- ностическими показателями гумуса, пита-ность арильсульфатазы тоже была на тельных веществ почв, ферментативную
высоком уровне, которое колеблется в активность фосфатазы можно использо-
пределах 439,2- 498,9 мг р-нитрофенол вать в качестве диагностического показа-кг-1 почвы час-1 в АО и 393,3- 493,4 мг р- теля плодородия почв бассеина реки Кок-нитрофенол кг-1 почвы час-i в Аг горизон- Арт. Среди изучаемых почв суммарная фос-
тах. фатазная активность горнолесных черно-
коричневых почв очень высокая и она
Впервые проводимые исследования зависит от валового содержания гумуса и позволяют заключить, что горнолесные органического фосфора (растительные и
черно-коричневые почвы характеризу- животные остатки), которые являются
ются высокои активностью ферментов пиЩевым субстратом для фермента. фер-
глюкозидаз и фосфатаз. Это связано с мент фосфатазы горнолесных черно-
содержанием органических веществ коричневых почв участвуют при распаде
почвы, потому что, лесорастительная под- растительных, животных и микробных
стилка играет ключевую роль в качестве остатков а также синтеза гумуса.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Кононова М.М. Органическое вещество почвы. Его природа, своиства и методы изучения. - Москва: Наука, 1963. - 315 с.
2 Мамытов А.М. Почвы гор Среднеи Азии и Южного Казахстана. - Фрунзе: Илим, 1987. - 310с.
3 Роиченко Г.И. Почвы Южнои Киргизии. - Фрунзе: Академия Наук Кирг. ССР, 1960. - 233с.
4 Acosta- Marti'nez, V., Acosta Marcado, D., Sotomayor, D., Cruz, L. Microbial communities and enzymatic activities under différent management in semiarid soils//Appl. Soil Ecol. - 2007. - Vol.38. - Р.249-260.
5 Eivazi F. and Tabatabai M.A. Phosphatases in soils// Soil Biological & Biochemistry. -1977. - Vol.9. - Р.167-172.
6 Eivazi F., Tabatabai M.A. Glucosidases and galactosidases in soils// Soil.Biol.Biochem. - 1988. - Vol. 20. - Р.601-606.
7 Tabatabai M.A. and Bremner J.M. Factors affecting soil arylsulfatase activity// Soil Science Society of America Journal. -1970. -Vol. 34. - Р.427-429.
8 Tabatabai M.A. Soil enzymes In: Weaver, R.W., Angle, J.S., Bottomley, P.S. (Eds.), Methods of Soil Analysis: Microbiological and Biochemical Properties. Part 2. SSSA Book Ser. 5. SSSA, Madison, WI, 1994. - Р.833.
TYftlH З.И. Са;баева
КЬ^ЫЗСТАННЫН, ЖАЛАЛ АБАД ОБЛЫСЫНЫН, К6КАРТ 6ЗЕН1 АЛАБЫНДАFЫ ЖАЩАКТЫ-ЖЕМ1СТ1 ОРМАНДАРДЫН, ТОПЫРАКТАРЫНЫН, ФЕРМЕНТАТИВТ1К БЕЛСЕНД1Л1Г1
Жалал-Абадтыц Мемлекетткуниверситет, Жалал-Абад, Кыргызстан, [email protected]
Ма;алада Жалал Абад облысынын, Кекарт езеш алабындагы жан,гак;ты-жемкт1 ормандарынын топыра;тарынын ферментативтiк белсендiлiгiн зерттеу нэтижелерi мазмундалган.
SUMMARY Z.I. Sakbaeva
ENZYME ACTIVITY OF SOILS OF NUT-FRUIT FORESTS IN THE KUKART WATERSHED OF JALAL-ABAD REGION OF KYRGYZSTAN Candidate of agricultural sciences, docent, dean of Natural Sciences faculty of Jalal-Abad State
University, e-mail: [email protected]
In this paper are given the results of investigation the enzyme activity of soils of nut-fruit forests in the Kukart watershed of Jalal-Abad region of Kyrgyzstan.
