CC BY
33
НАПРАВЛЕННОСТЬ БИОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ЧЕРНОЗЕМЕ ПРИ КОМПОСТИРОВАНИИ С СОЛОМОЙ В МОДЕЛЬНОМ ОПЫТЕ
О.И. Наими, канд. биол. наук, ст. науч. сотр. Федеральный Ростовский аграрный научный центр (Россия, п. Рассвет)
DOI: 10.24411/2500-1000-2019-11303
Аннотация. В модельном опыте изучали биохимическую активность чернозема обыкновенного при компостировании с соломой озимой пшеницы. Биохимические процессы в почве во многом определяются биологическими показателями плодородия, в частности, ферментативной активностью. При внесении соломы в почву ферментативная активность каталазы и инвертазы существенно возрастает. Обработка соломы гуматами повышает ферментативную активность, способствуя увеличению скорости процессов разложения соломы.
Ключевые слова: биохимические процессы, ферментативная активность, чернозем обыкновенный, солома, гуминовый препарат.
Перспективы использования соломы зерновых культур в качестве органического удобрения давно привлекают внимание исследователей. Высокое содержание органического вещества, созданного непосредственно на месте потребления, является бесспорным достоинством соломы, однако ее применение в качестве органического удобрения сдерживается низкой скоростью разложения в почве. Для ускорения процессов биотрансформации соломы в почву вместе с соломой вносят азотные удобрения, а также обрабатывают солому различными биопрепаратами, в том числе гуминовыми [1, 2, 3, 4].
Протекающие в почве биохимические процессы во многом определяются биологическими показателями плодородия, в частности, ферментативной активностью. Ферменты, представляющие собой мощные природные биокатализаторы, принимают активное участие в процессах разложения, гумификации и минерализации растительных остатков в почве, гидролизе органических соединений, синтезе и распаде гумуса, а также в других биохимических процессах. Высокая активность ферментов сохраняется довольно продолжительное время, хотя и подвержена изменению под влиянием факторов внешней среды, как естественных, так и антропогенных [5, 6]. В связи с этим актуальным является изучение интенсивности биохими-
ческих процессов в почве, которые обуславливают ускорение разложения соломы при ее запашке.
Объекты и методы исследования. Изучение биохимической активности почв проводилось в условиях модельного опыта. Почву из пахотного слоя (чернозем обыкновенный карбонатный) смешивали с измельченной до 2-3 см соломой озимой пшеницы из расчета 6 т/га, и компостировали при температуре 20-22оС и влажности почвы 60% от ПВ.
Модельный опыт был заложен в трехкратной повторности и включал три варианта: 1 - почву компостировали с соломой без внесения удобрений и биологических препаратов (контроль); 2 - почву компостировали с соломой с внесением минерального азотного удобрения в дозе 10 кг/т; 3 - почву компостировали с соломой с внесением гуминового препарата BIO-Дон.
Обработка гуминовым препаратом проводилась однократно при закладке опыта в дозе 2 л/га. Активность каталазы и инвертазы определяли методами А.Ш. Галстяна [7]. Результаты обработаны методами статистического анализа с помощью Excel; в тексте статьи и в таблицах приведены средние величины.
Результаты и обсуждение. Среди показателей биологической активности почв ферментативная активность является наи-
более стабильным параметром несмотря на то, что она может существенно варьировать в пространстве и во времени. При оценке антропогенного воздействия на почвы важным показателем считается активность окислительно-восстановительных ферментов, к которым относится каталаза, и гидролитических ферментов, к которым относится инверта-за.
Каталаза разрушает токсичную для растений перекись водорода, которая образуется в результате биохимических реакций окисления - восстановления органических соединений, в процессе метаболизма аэробных организмов и дыхания растений [5]. Содержание в почве органического вещества является важным фактором, регулирующим активность каталазы. При внесении соломы в почву происходит рост
На контрольном варианте по всем срокам наблюдения активность каталазы была наименьшей. Как внесение азотного удобрения, так и обработка гуминовым препаратом стимулировали активность катала-зы. За все время эксперимента активность каталазы на контроле увеличилась на 35,4%, на варианте с гуминовым препаратом Вю-Дон на 41,8%, а на варианте с минеральным азотом - на 44,3%.
Инвертаза принадлежит к классу гидро-лаз и осуществляет реакции гидролиза сахарозы и ее производных по гликозидным связям до мономеров, обогащая почвы доступными для растений и микроорганизмов питательными элементами [5]. Ак-
численности аэробной микрофлоры, участвующей в процессах разложения соломы и образующих перекись в результате своей жизнедеятельности, что ведет к активизации биохимических процессов окисления-восстановления и увеличению активности каталазы [2, 8, 9].
Согласно нашим исследованиям, активность каталазы в черноземе до внесения соломы составляла в среднем 7,9 мл О2 /1 мин/1 г почвы. Несмотря на некоторое увеличение каталазной активности за пять месяцев компостирования почвы с соломой, почва оставалась в разряде среднеобеспеченных по шкале Звягинцева [8]. Во второй половине опыта наблюдалось увеличение темпов роста активности катала-зы, почвы по всем вариантам перешли в категорию высоко обогащенных по этому ферменту (табл. 1).
тивность инвертазы находится в прямой зависимости от содержания органического вещества в почве и в значительной степени отражает содержание в ней легкогид-ролизуемых углеводов - энергетического материала для многих почвенных гетеро-трофов [8].
Содержание в соломе большого количества углеводов и близких к ним соединений (до 60% от биомассы) ведет к тому, что внесение ее в почву стимулирует развитие пула гетеротрофных организмов и биохимических процессов гидролиза легкодоступных углеводов. Соответственно повышается и активность инвертазы, которая катализирует эти процессы (табл. 2).
Таблица 2. Динамика активности инвертазы (мг глюкозы/24 ч/1 г) при компостирова-
нии почвы с соломой
Вариант Срок компостирования, месяцы
0 3 5 7 9
1 - контроль (почва + солома) 18,6 21,8 22,5 25,5 25,7
2 - почва + солома + N 18,7 24,2 24,7 28,0 28,4
3 - почва + солома + BIO-Дон 18,5 22,2 22,7 25,6 26,5
Таблица 1. Динамика активности каталазы (мл О2/1 мин/1 г) при компостировании поч-
вы с соломой.
Вариант Срок компостирования, месяцы
0 3 5 7 9
1 - контроль (почва + солома) 7,9 8,8 8,9 10,1 10,7
2 - почва + солома + N 8,0 9,4 9,5 10,5 11,4
3 - почва + солома + BIO-Дон 7,9 9,1 9,2 10,3 11,2
За 9 месяцев активность инвертазы вы- шение биохимической активности черно-росла на контроле - на 38,2%, на варианте зема. Обработка гуминовым препаратом с азотным удобрением - на 51,9%, на ва- ведет к более существенному росту уровня рианте с гуминовым препаратом Bio-Дон - активности каталазы и инвертазы по срав-на 43,2%. нению с контролем, но уступает таковому
Таким образом, проведенные исследо- в варианте с внесением минерального азо-вания подтвердили, что при компостиро- та. вании соломы с почвой происходит повы-
Библиографический список
1. Еремин Д.И., Ахтямова А.А. Возможности ускорения разложения соломы яровой пшеницы в условиях лесостепной зоны Зауралья // Агропродовольственная политика России. 2015. № 4 (40). С. 35-38.
2. Наими О.И., Безуглова О.С. Полиенко Е.А. Куцерубова О.Ю. Воспроизводство плодородия чернозема обыкновенного карбонатного при внесении соломы и гуминовых препаратов // Достижения науки и техники АПК. 2018. № 8. С. 11-16.
3. Русакова И.В., Воробьев Н.И. Использование биопрепарата Баркон для инокулирова-ния соломы, применяемой в качестве удобрения // Достижения науки и техники АПК. 2011. № 8. С. 25-28.
4. Наими О.И. Применение гуминовых препаратов для разложения соломы в почве // Сб.: Гуминовые вещества в биосфере: Материалы VII Всероссийской научной конференции с международным участием, посвященной 90-летию со дня рождения профессора Д.С. Орлова и III Международной научной школы. - М., 2018. - С. 129-130.
5. Хазиев Ф.Х. Системно-экологический анализ ферментативной активности почв. - М.: Наука, 1982. - 204 с.
6. Наими О.И. Гумусное состояние и биологическая активность чернозёмов обыкновенных (североприазовских) при длительном сельскохозяйственном использовании // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2015. № 3 (53). С. 161164.
7. Хазиев Ф.Х. Ферментативная активность почв. - М.: Наука, 1976. - 180 с.
8. Звягинцев Д.Г. Биологическая активность почв и шкалы для оценки некоторых ее показателей // Почвоведение. 1978. № 6. С. 48-54.
9. Купревич В.Ф., Щербакова Т.А. Почвенная энзимология. - Минск: «Наука и техника», 1966. - 274 с.
THE DIRECTION OF BIOCHEMICAL PROCESSES IN CHERNOSEM WHEN OMPOSTING WITH STROW IN MODEL EXPERIMENT
O.I. Naimi, candidate of biological sciences, senior researcher Federal Rostov agricultural research center (Russia, Rassvet)
Abstract. In the model experiment, the biochemical activity of the ordinary chernozem was studied during composting with winter wheat straw. Biochemical processes in the soil are largely determined by biological indicators of fertility, in particular, enzymatic activity. When introducing straw into the soil, the enzymatic activity of catalase and invertase increases significantly. Treatment of straw with humates increases the enzymatic activity, contributing to an increase in the rate of the straw decomposition.
Keywords: biochemical processes, enzymatic activity, ordinary chernozem, straw, humic preparation.
