CC BY
35
УДК 631.92:631.42 (470.62/.67)
Изменение ферментативной активности почв Предкавказья при сельскохозяйственном использовании
М.Т. КУПРИЧЕНКОВ, доктор сельскохозяйственных наук Н.Н. ШАПОВАЛОВА
Ставропольский НИИ сельского хозяйства
E-mail: [email protected]
Показаны изменения в деятельности некоторых ферментов в почвах Предкавказья разных типов и подтипов, происходящие при распашке. В стационарном опыте, заложенном в 1976 г., изучено последействие многолетнего систематического внесения минеральных удобрений на ферментативную активность пахотного слоя чернозема обыкновенного.
Ключевые слова: ферментативная активность, целинная почва, агрогенная почва, целлюлаза, каталаза, инвертаза, уреаза, фосфатаза, фосфорные и азотные удобрения
Почвенный покров юга России крайне разнообразен вследствие многоообразия географических условий и экологических факторов. Исследование ферментативной активности целинных почв обширной территории Предкавказья, расположенных в различных почвенно-климатических зонах и подзонах, выявило четко выраженную зональность этого свойства [1].
Активность почвенных ферментов или биологических катализаторов, наряду с микробиотой, признается надежным и устойчивым показателем биогенности почвенных экосистем [2]. В почве ферменты участвуют в синтезе и распаде гумуса, минерализации органических соединений и растительных остатков.
Ферментативная активность почвы в значительной степени зависит от гидротермических условий и протекающих окислительно-восстановительных процессов, которые претерпевают существенные изменения при вовлечении целинных (биогенных) почв в сельскохозяйственное использование. Вносимые в качестве удобрения минеральные и органические вещества также оказы-
вают заметное влияние на деятельность почвенных ферментов.
Изучение ферментативной активности проводили в био- и агрогенных почвах одного типа или подтипа на 33-х ключевых участках. Пробы отбирали из слоя 0-20 см на целине и рядом расположенной пашне в трехкратной повторности. Активность целлюлазы, каталазы, уреазы, инвертазы, фосфатазы определяли методами, изложенными в работе Ф.Х. Хазиева [2].
Исследования по определению влияния минеральных удобрений на ферментативную активность почвы выполнены в 2012-2013 гг. на базе длительного полевого опыта, заложенного в 1976 г под руководством академика ВАСХНИЛ, доктора сельскохозяйственных наук Л.Н. Петровой. Почва опытного участка -чернозем обыкновенный малогумус-ный мощный тяжелосуглинистый на лессовидных суглинках.
Перед закладкой опыта пахотный слой характеризовался следующими агрохимическими показателями: рН водной суспензии - 7,35; содержание гумуса (по Тюрину) - 4,31%; подвижного фосфора и обменного калия (по Мачигину) - 10,4-15,7 и 196-212 мг/ кг почвы соответственно.
Схема опыта включала 42 варианта. До 2006 г. ежегодно вносили возрастающие дозы каждого из трех основных элементов минерального питания (от 30 до 180 кг/га д.в.) на естественном и удобренном (по 120 кг/га двух других элементов) фонах. За время проведения эксперимента прошло 5 ротаций (30 лет), в течение которых применяли удобрения, а в период последних 7-и лет -анализировали последействие их использования. Прямое действие удобрений изучали в зернопаропро-пашном севообороте - пар - озимая пшеница - озимая пшеница - кукуруза на силос - озимая пшеница - овес (начиная с 3-ей ротации заменен на яровой ячмень); последействие - чи-
стый пар - озимая пшеница - озимый ячмень - соя - яровой ячмень - лен -озимая пшеница. В 90-е гг. в течение 4-х лет удобрения не применяли, а после возобновления их внесения в 1997 г. перестали использовать калийные туки. Таким образом, по указанной схеме было проведено 21-кратное наложение доз азотных и фосфорных и 15-кратное калийных удобрений. В зависимости от варианта суммарная доза азота и фосфора за 5 ротаций составила 630-3780 кг/га, калия - 450-2700 кг/га. В результате на поле был сформирован полигон, характеризующийся высоким разнообразием агрохимических свойств [3]. Агротехника возделывания сельскохозяйственных культур общепринятая для зоны неустойчивого увлажнения Ставропольского края. Исследования по ферментативной активности почвы проведены в вариантах, указанных в табл. 2.
Анализ величин показателей ферментативной активности почвы с различным сельскохозяйственным использованием свидетельствует, что интенсивность биохимических процессов, протекающих в целинных почвах значительно выше, чем в агрогенных, однако изменения активности отдельных ферментов происходят не однозначно (табл.1). Так, при распашке черноземных почв активность целлюлазы уменьшилась в 1,7-2,4, уреазы - в 1,4-1,6, инвертазы - в 1,2-1,9 раз. На каштановых почвах величины этих показателей снижались несколько менее заметно - в 1,2; 1,3-1,5 и 1,0-1,8 раз. При этом ферментативная активность катала-зы в условиях распашки практически не изменилась, как на черноземных, так и на каштановых почвах.
Независимо от способа использования земельных угодий активность ферментов была обусловлена гуму-сированностью почвы. Черноземы, как более органогенные, характеризовались большей величиной этого показателя, чем каштановые почвы. Установленная закономерность прослеживается и внутри почвенного под- ^ типа, то есть активность ферментов 2 носит ярко выраженный зональный е характер. Она закономерно убывает е от черноземов к каштановым почвам, | от гумидных территорий к аридным. ®
Таким образом, при вовлечении черноземных почв в сельскохозяй- 2 ственное использование наиболее о сильно снижается активность цел- -ь
1. Изменение ферментативной активности почв Предкавказья при распашке
(слой 0-20 см)
Название почвы Почвенный фермент
целлюлаза, % каталаза, мл 0,1 н КМпО4 / г почвы ■ 20 мин. уреаза, мг N-NH4 / г почвы ■ 1 ч инвертаза, мг глюкозы / г почвы ■ 40 ч
Биогенные (целинные)
Чернозем выщелоченный 47,2 4,40 0,63 39,3
Чернозем обыкновенный 20,8 2,09 0,65 27,8
Чернозем солонцеватый слитый 25,4 1,58 0,46 20,7
Чернозем южный 11,4 1,20 0,37 21,5
Темно-каштановая 16,6 2,25 0,41 18,8
Каштановая 12,1 2,10 0,29 13,9
Светло-каштановая 8,0 1,96 0,27 7,5
Агрогенные (пахотные)
Чернозем выщелоченный 20,0 3,90 0,39 31,7
Чернозем обыкновенный 11,9 1,87 0,43 14,8
Чернозем солонцеватый слитый 12,4 1,48 0,34 11,4
Чернозем южный 6,7 0,97 0,25 12,1
Темно-каштановая 13,4 1,98 0,28 12,3
Каштановая 10,2 1,92 0,21 7,7
Светло-каштановая 9,3 1,74 0,21 7,2
люлазы и инвертазы, ответственных за разложение растительных остатков, количество которых, как известно, при распашке заметно сокращается. На каштановых почвах, наряду с инвертазой, уменьшается активность уреазы, способствующей высвобождению аммиачного азота при гидролитическом расщепление мочевины. Это свидетельствует о снижении поступления в почву азота органических соединений и необходимости внесения азотсодержащих удобрений, эффективность которых, в свою очередь, будет обусловлена количеством выпадающих осадков.
Интенсивная химизация, которая ведет к повышению эффективного плодородия почвы и урожайности возделываемых культур, вызывает глубокие изменения в почвенной экосистеме.
Действие минеральныхудобрений на биогенность чернозема обыкновенного и, в частности, на его ферментативную активность также не всегда однозначно и зависит от природы фермента и вида удобрения (табл.2).
Многолетнее систематическое внесение фосфорных удобрений способствовало повышению в 3,1-4,1 раза в пахотном слое чернозема активности инвертазы, которая существенно снижается при его распашке и характеризует интенсивность процесса разложения растительных остатков. Под влиянием фосфатов несколько увеличивалась интенсивность деятельность каталазы, участвующей в реакциях разложения ядовитой перекиси водорода до воды и атомарного кислорода. В то же время фосфорные удобрения не способствовали росту активности фосфатазы, что вполне закономерно, поскольку поступление легкоусвоямых минеральных форм этого элемента, подавляет процесс распада сложных фосфорорганиче-ских соединений почвы.
Азотные удобрения оказали заметное влияние на уреазу, фос-фатазу и инвертазу, увеличивая их активность соответсвенно в 1,3-1,4, 1,3-1,9 и 1,3-1,6 раза. По изменению активности почвенных ферментов
2. Влияние последействия многолетнего внесения минеральных удобрений на активность почвенных ферментов в пахотном слое чернозема обыкновенного
Доза еже- Почвенный фермент
годного каталаза, уреаза, фосфатаза, инвертаза,
внесения, мл 0,1н КМпО4 / г мг N-NH4 / г по- мг Р2О5 / 10 г мг глюкозы / г
кг/га д.в. почвы ■ 20 мин. чвы ■ 1 ч почвы ■ 1 ч почвы ■ 40 ч
Контроль(без удобрений)
0 1,4 1,4 3,5 6,5
Фосфорное удобрение
30 1,6 1,4 4,1 22,1
90 1,5 1,8 4,0 26,6
150 1,6 1,7 3,7 20,2
Азотное удобрение
30 1,3 2,2 6,5 10,1
90 1,8 1,9 6,6 8,3
150 1,2 2,3 4,5 8,9
НСР05 0,3 0,6 0,5 5,6
можно судить об интенсивности почвообразовательных процессов. Так, усиление деятельности фосфатазы характеризует увеличение доступности растениям почвенных запасов фосфора. Увеличение активности уреазы свидетельствует об интенсификации процесса минерализации сложных органических азотсодержащих соединений почвы, то есть об улучшении азотного режима. В свою очередь, азотные удобрения, активизируя деятельность фосфатазы и уреазы и увеличивая в определенной степени обеспеченность почвы доступными формами азота и фосфора, способствуют росту урожайности культур и усилению процесса распада растительных остатков, в котором участвует фермент инвертаза.
Таким образом, результаты исследований дают возможность использовать ферментативную активность в качестве диагностического показателя направленности и интенсивности процессов, происходящих в почве.
Литература.
1. Куприченков, М.Т., Антонова Т.Н. Ферменты в почвах Предкавказья. Ставрополь, Агрус. 2010. 192 с.
2. Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзи-мологии. М.: Наука, 1990. 271 с.
3. Шаповалова Н.Н., Шустикова Е.П. Мониторинг плодородия чернозема обыкновенного, сформированного под воздействием длительного применения минеральных удобрений // Состояние и перспективы агрохимических исследований в Географической сети опытов с удобрениями: материалы Международ. научн.-метод. конф. М.: ВНИИА, 2010. С. 131-134.
Changing the enzymatic activity of soils of Ciscaucasia under agricultural use
M.T. Kuprichenkov, N.N. Shapovalova
Shows the changes in the activity of certain enzymes in the soil Ciscaucasia different types and subtypes that occur during plowing. In the stationary experiment, laid in 1976, studied the aftereffects of years of systematic application of mineral fertilizers on the enzyme activity of the arable layer of ordinary chernozem. Keywords: enzyme activity, virgin soil, agrogene soil, cellulase, catalase, invertase, urease, phosphatase, phosphate and nitrogen fertilizers.
