CC BY
25УДК: 631.5.2.427.1
!Демеуов С.Н., 2Исенова Г., *Кайсанова Г. ФЕРМЕНТАТИВНАЯ АКТИВНОСТЬ ПОЧВЫ В УСЛОВИЯХ ЧЕРНОЗЕМА В ПОСЕВАХ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ ОБРАБОТКИ ПОЧВ
КОСТАНАЙСКОЙ ОБЛАСТИ
1Казахский научно-исследовательский институт почвоведения и агрохимии им. У.У. Успанова, 050060 Алматы, проспект аль-Фараби 75 В, Казахстан,
e-mail: demeuov@mail.ru 2Казахский научно-исследовательский институт защиты и карантина растений, 040924 Алматы, Карасайский район, п. Рахат,ул. Казыбек би, д. 1, Казахстан Аннотация. В статье излагаются материалы, проведенных исследовании. Показана активность важнейших почвенных ферментов: уреаза, пероксидаза, каталаза в черноземах южных Костанаискои области при различных способах (минимальнои и нулевом) обработки почв.
Ключевые слова: уреаза, пероксидаза, каталаза нулевая обработка, минимальная обработка почв, чернозем южныи, плодородие.
ВВЕДЕНИЕ
Одним из основных факторов, влияющих на плодородие почвы, является ее ферментативная активность, которую можно использовать в качестве диагностического показателя плодородия различных почв, потому что активность ферментов отражает не только биологические своиства почвы, но и их изменения под влиянием агро-экологических факторов.
Огромная территория Республики Казахстан и разнообразие физико-географических условии обусловливают проявление широтнои зональности формирования ферментативнои активности почв в соответствии с зональностью почвенного покрова. В зональном ряду равнинных почв наиболее высокие значения показателеи активности гидролаз (инвертаза, уреаза, каталаза) на фоне умереннои активности катала-зы отмечаются в черноземах. В них установлена и наиболее высокая интенсивность "дыхания" почв. Среди подтипов черноземов наиболее энзи-моактивны черноземы обыкновенные, меньше - южные черноземы.
В настоящее время во всем мире в целях энерго- и ресурсосбережения очень актуально развитие, так называ-
емого сберегающего (консервирующего) сельского хозяиства, причем приоритетным направлением является замена традиционных интенсивных технологии возделывания зерновых и других видов культур на сберегающие почвозащитные [1-2].
Технологии минимальнои и нуле-вои почвозащитнои обработки почвы относятся к числу особых и важных способов ресурс-энергосбережения в земледелии. Их применение обеспечивает непосредственно в технологическом процессе производства продукции, защиту почв как главного природного ресурса, снижение затрат труда и топлива, снижение энергоемкости и металлоемкости производства [3]. Опыт земледелия в различных почвен-но-климатических условиях показывает, что данные технологии в сочетании с рациональным применением систем удобрении и пестицидов повышают эффективное плодородие почв и создают условия для получения высоких урожаев [1-3]. Однако на сегодняшнии день мало изученным остается вопрос о влиянии минимизации обработки почвы на состояние плодородия и сохранения почв, имеющих место в условиях Костанаискои области. В связи с
этим изучалось влияние минимальной и нулевои обработки на ферменты почвы.
Наряду с микробиологическими методами биологическое состояние почв может быть оценено с помощью определения активности ферментов [4-7].
При разработке энергосберегающих технологии возделывания зерновых сельскохозяиственных культур возникла необходимость проведения исследовании по оптимизации приемов воспроизводства почвенного плодородия.
В задачи исследовании входило изучение влияния минимальнои и нулевои обработки почвы, в сравнении с зональнои, на микробиоту почвы и ее ферментативную активность.
В даннои статье представлены результаты изучения ферментативнои активности почвы (чернозема) Коста-наискои области под посевами яровои пшеницы при минимальнои обработке, полученные при выполнении проекта: «Разработка технологии сохранения и эффективности воспроизводства плодородия почв и критериев оценки их параметров».
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Метеорологические условия в годы проведения опыта были разнообразны и довольно полно отображали климатические особенности степнои зоны Костанаискои области. Исследования проводились в 2012-2014 годах в рамках целевои программы по изучению технологии нулевои обработки почвы (No-Till) в сравнении с зональными и минимальными в поселке Заречное Костанаискои области. В качестве объекта исследования выбран чернозем южныи среднегумусныи средне-мощныи тяжелосуглинистыи. Харак-тернои особенностью черноземов Северного региона Казахстана является высокая динамичность микробиологических процессов.
Изучена активность ряда важнеи-ших ферментов - каталазы, уреазы и
пероксидазы при нулевой и минимальной обработке почв.
Опыт был заложен в поселке Заречное на опытном участке Костанаи-ского НИИ сельского хозяиства марш-рутно-ключевым и стационарным методами.
Отбор почвенных образцов производился в конце мая и в третьеи декаде июля 2014 года. Образцы почвы отбирались специальным буром с глубины 0-10, 10-20, 20-30, 30-40 см. Для определения ферментативнои активности были взяты почвенные пробы высушенные до воздушно-сухого состояния, очищенные от растительных остатков, в лаборатории при комнат-нои температуре. Почвенные образцы измельчали и просеивали через сито с ячеями размером 1 мм.
Активность каталазы определяли перманганат метрическим методом А.Н.Баха и А.И.Опраина [8], активность уреазы - методом Т. А. Щербаковои [7]; пероксидазы - методом А.Ш. Галстяна [5].
Активность пероксидазы выражают в миллиграммах пурпургаллина на 100 г почвы за 30 мин. Реактивы: 1. 1 %-ныи раствор 1,2,3-пирогаллола. 2. 0,5 %-ныи раствор H2O2. 3. Серныи эфир. 4. 0,5 н. HCl. 5. Стандартныи раствор бихромата калия - 0,75 г К2СГО7 в 1 л 0,5 н. HCl. (Это соответствует 5 мг пурпургаллина в 50 мл эфира).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В настоящее время большое внимание уделяется биохимическим процессам, происходящим в почве под влиянием ферментов, выделяемых микроорганизмами и корнями высших растении. Повышение плодородия почв и урожаиности сельскохозяиственных культур связано не с усилением отдельных ферментативных процессов. При этом активность ферментов может характеризовать биогенную активность почв, а, следовательно, и их плодородие. Активность почвенных ферментов каталазы, пероксидазы и полифенолок-
сидазы может служить показателем интенсивности и направленности биохимических процессов в почве [1-2].
Минимизация обработки почвы или полное исключение механическои обработки почвы перед посевом вызывают некоторое увеличение фермента-тивнои активности в верхних слоях почвы и снижение в более глубоких.
Полученные данные свидетельствует, что по сравнению 2012-13 годами при нулевоИ и минимальной обработке почв оказывают большое влияние на ферментативную активность почвы в относительно благоприятные по условиям увлажнения годы, в засушливых условиях она снижается, и разница между вариантами опыта сглаживается.
Таблица 1 - Активность ферментов в черноземах южных среднее (2012г.), п. Зареч ное (нулевая обработка)
№ Глубина Ферменты
Уреаза Каталаза Пероксидаза
1 0-10 3.1±0.1 0.66±0.1 10.5±0.1
2 10-20 5.1±0.1 0.65±0.1 11. 9±0. 1
3 20-30 8.3±0.1 0.59±0.1 12.11±0.1
4 30-40 12.1±0.12 0.55±0.1 13.6±0.1
Активность ферментов в в черноземах южных среднее (2012 г.) Заречное (минимальная обработка)
№ Глубина Ферменты
Уреаза Каталаза пероксидаза
1 0-10 1.1±0.1 0.70±0.1 9.1±0.1
2 10-20 2.5±0.1 0.68±0.1 9.7±0.2
3 20-30 7.2±0.1 0.71±0.1 11.3±0.1
4 30-40 10.1±0.2 0.71±0.1 12.0±0.3
Примечание: Единицы измерения активности ферментов - каталаза, в микромолях Н2О2 за 1 мин на 1 г сыр. почв. пероксидаза в мл 0,01 н I2 на 1 г. сыр. почв. Уреазы, мг. N/NH4 на 1 г почвы за 3 ч.
№ Глубина Ферменты
Уреаза Каталаза Пероксидаза
1 0-10 4,2±0.1 0.71±0.1 12,3±0.1
2 10-20 6,3±0.1 0.75±0.1 13,1±0.1
3 20-30 9,6±0.1 0.69±0.1 14,2±0.1
4 30-40 14,1±0.12 0.67±0.1 14,2±0.1
Активность ферментов в в черноземах южных среднее ( 2013 г.) Заречное (минимальная обработка)
№ Глубина Ферменты
Уреаза Каталаза Пероксидаза
1 0-10 2,3±0.1 0.82±0.1 10,2±0.1
2 10-20 4,1±0.1 0.78±0.1 10,5±0.2
3 20-30 8,5±0.1 0.89±0.1 12,6±0.1
4 30-40 11,9±0.2 0.85±0.1 13,4±0.3
Примечание: Единицы измерения активности ферментов - каталаза, в микромолях Н2О2 за 1 мин на 1 г сыр. почв. пероксидаза в мл 0,01 н I2 на 1 г. сыр. почв. Уреазы, мг. N/NH4 на 1 г почвы за 3 ч.
Таблица 2 - Активность ферментов в черноземах южных среднее (2013 г.), п. Заречное (нулевая обработка)
2012 год погодные условия были засушливыми и это имело непосредственное отрицательное влияние на биологическую активность даннои почвы, то есть полученные результаты были намного ниже по сравнению с 2014 годом.
А в 2014 году погодные условия были на этом регионе благоприятными для зерновых культур, т.е. влажными, и это оказало положительное деиствие на повышение микробиологическои части исследуемои почвы.
Изученные почвы характеризуются слабощелочными условиями, обеспечиваю-
щими оптимальныи уровень ферментатив-нои активности почв. Ферментативные реакции всегда протекают в воднои среде, а в реакциях с участием гидролитических ферментов вода принимает непосредственное участие и в самои реакции. Отмечено, что при высоком уровне гиг-роскопическои влажности проявляется наибольшая активность гидролитических ферментов почвы (таблица 3, 4), что характеризует почвенную влагу, как один из важнеиших экологических параметров, формирующих ферментныи пул почвы.
Таблица 3 - Активность ферментов в черноземах южных среднее (2014 г.), п. Заречное (нулевая обработка)
№ Глубина РН Влажность, Гумус, Ферменты
почв % % уреаза каталаза перексидаза
1 0-10 7,94 16,54 3,82 5,1±0.2 0.86±0.1 15,4±0.1
2 10-20 7,90 20,34 3,29 7,2±0.2 0.95±0.1 16,6±0.2
3 20-30 8,05 20,93 2,16 11,0±0.2 0.91±0.1 17,5±0.2
4 30-40 8,24 18,07 1,28 16,1±0.15 0.78±0.1 17,9±0.3
Примечание: Единицы измерения активности ферментов - каталаза, в микромолях Н2О2 за 1 мин на 1 г сыр. почв. пероксидаза в мл 0,01 н 12 на 1 г. сыр. почв. Уреазы, мг. МЫН4 на 1 г почвы за 3 ч.
Гигроскопическая влажность в изученных черноземах находится в средних пределах. При максимальном уровне влажности в почве отмечается наиболее высокии уровень активности гидролитических ферментов у черно-
земов южных. Минимальнои влажностью из изученного ряда черноземов характеризуется чернозем, имеющии самыи низкии уровень активности всех трех ферментов (таблица4).
Таблица 4 - Активность ферментов в черноземах южных среднее (2014г.), п. Заречное (минимальная обработка)
№ Глубина почв РН Влажность, % Гумус, % ферменты
уреаза каталаза перексидаза
1 0-10 7,0 8,59 3,45 4,1±0.1 0.91±0.2 12,2±0.1
2 10-20 7,3 13,79 3,29 6,5±0.1 0.86±0.3 12,4±0.2
3 20-30 7,4 12,05 2,16 11±0.1 0.92±0.2 14,5±0.1
4 30-40 7,7 13,34 1,49 16,1±0.2 0.96±0.1 16,7±0.3
Примечание: Единицы измерения активности ферментов - каталаза, в микромолях Н2О2 за 1 мин на 1 г сыр. почв. пероксидаза в мл 0,01 н 12 на 1 г. сыр. почв. Уреазы, мг. ЖЫН4 на 1 г почвы за 3 ч.
Анализ показал сильную положительную сопряженную связь активности гидролитических ферментов с содержанием гумуса
Представлены данные по фер-ментативнои активности чернозема южного при нулевои (No-Till) и мини-
мальнои обработки почвы. Минимизация обработки в целом положительно сказывается на ферментативную активность почвы, что в свою очередь влияет на увеличение естественного плодородия почв.
Рисунок 1 - Активность ферментов в черноземах южных среднее (2014 г.), п. Заречное (нулевая обработка)
Рисунок 2 - Активность ферментов в черноземах южных среднее ( 2014 г.), п. Заречное (минимальная обработка)
Результаты изучения активности ферментов показали, что при нулевои обработке почвы на глубине 10-20 и 20-30 см наблюдается незначительное снижение активности фермента ката-лазы. При минимальнои же обработке -в верхнем и нижнем горизонте активность фермента каталазы была незначительно повышена.
Пероксидазная активность почвы была довольно высокая, что обуславли-
вает высокие темпы минерализации почвы и также не зависела от варианта обработки почвы.
С глубинои отмечено повышение активности пероксидазы, которая составляла 15,4-17,9 соответственно 12,2-16 при нулевои и минимальнои обработке почвы (таблица 1, 2). По-видимому, на ферментативную активность пероксидазы оказывают влияние такие факторы как темпера-
тура, влага и механическая обработка почвы.
Результаты определения уре-азнои активности, представленные в таблицах 1, 2 показывают, что активность этого фермента наиболее высокая и составляет 5,1-16,1 и 4,1-11 соответственно, с заметным увеличением вниз по профилю как при минимально^ так и нулевои обработке почв.
Каталазная активность в значи-тельнои степени зависит от агротехнических приемов а также, возможно, связана с высоким содержанием органического вещества и влажности почвы, так как 2014 год был годом достаточно влажным по сравнению с 2013 годом.
В результате изучения активности ферментов в черноземах южных (поселок Заречное) Костанаискои области при нулевои обработке почвы наблюдалось незначительное
снижение активности фермента каталазы в пределах от 0,86 до 0,78 в нижних горизонтах. Активность каталазы выражают в миллилитрах О2 за 1 или 5 мин. на 1 г почвы.
Результаты показали, что активность каталазы заложенного опыта в вариантах при минимальных обработках почв была умерено выше и составляло от 0,91 до 96 мл О2/1 мин/1 г почвы. Это свидетельствует о напряженности микробно-биохимических процессов, скорости превращения органоми-неральных соединении. Информативность и чувствительность данного показателя позволяет его использовать в экологическом мониторинге почв.
Данные по каталазнои активности почвы свидетельствуют о равномерном распределении фермента и кислорода в пахотном слое почвы при нулевои обработке (таблица 1, 2). Во втором варианте при минимальнои обработке, где осуществлялась заделка стерни и создавался мульчирующии слои, активность каталазы была значи-
тельно выше по сравнению с нулевои обработкои почвы по всем слоям.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Полученные результаты показали, что явных закономерностеи по влиянию обработки почвы на ее ферментативную активность в южном черноземе не выявлено.
Однако следует отметить незначительное снижение активности фермента каталазы под воздеиствием ну-левои обработки и повышение фермента уреаза при нулевои и минимальнои обработке почвы особенно заметное в слое почвы 20-30 и 30-40см.
В целом минимизация обработки положительно сказывается на ферментативную активность почвы, что в свою очередь влияет на увеличение естественного плодородия почв. Она была достаточно высокои на всех вариантах опыта.
Таким образом, оптимальным методом обработки является метод нулевои обработки почв при условии сохранения биологическои активности на уровне не ниже, чем при использовании традиционных методов воспроизводства почвенного плодородия.
В результате проведенных исследовании определена активность таких важнеиших почвенных ферментов, как уреаза, перодиксаза, каталаза в южных черноземах Костанаискои области. Изученные черноземы южные проявляют среднюю ферментативную активность. Максимальная активность ферментов, содержание гумуса, гигроскопическая влажность отмечена в вариантах минимальнои обработки почв.
Минимальная активность ферментов - в черноземе южном в варианте с нулевои обработкои почв при са-мои низкои гигроскопическои влажности и среднем содержании гумуса. Выявлены сопряженные изменения активности ферментов между собои, с содержанием гумуса и гигроскопиче-
скои влажностью. Полученные данные по ферментативнои активности могут служить одним из показателеи биологическои активности изученных черноземов и могут быть использованы при биоло-гическои диагностике и биомониторинге состояния почв.
Данные технологии поддерживают
биологическую активность почвы и ее агрофизические характеристики в пределах оптимальных параметров и позволяют осуществлять рентабельное производство зерна без потери устойчивости агроэко-систем.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Crovetto C. Stubble over the soil. - Madison: American Society of Agronomy Inc., 1996. - 248 p.
2 Pronin D. Einfluss unterschiedlicher Bodenbearbeitungs - und Bestellverfahren auf die vertikale Differenzierung von Bodenkennwerten auf lehmigem Sand (Brandenburg) und auf Schwarzerde (Novosibirsk) sowie auf ausgewählte Pflan- zen-merkmale. - Aachen: Shaker, 2003. - P. 88-90.
3 Рябов Е.И. Ресурсосберегающие технологии возделывания сельскохозяйственных культур (Минимальная почвозащитная обработка, удобрения, пестицидов) /Под ред.Е.И.Рябова. - Ставрополь: Изд-во СтГАУ «АГРУС», 2003. - 150 с.
4 Купревич В.Ф. Биологическая активность почвы и методы ее определения // Доклады АН СССР. - 1951. - Т. 79, № 5. - С. 863-866.
5 Галстян А.Ш. Ферментативная активность почв Армении. - Ереван: Аи-астан, 1974. - Вып. 8. - 275 с.
6 Хазиев Ф.Х. Системно-экологическии анализ ферментативнои активности почв. - М.: Наука, 1982. - 203 с.
7 Щербакова Т.А. Ферментативная активность почв и трансформация органического вещества. - Минск: Наука и техника, 1983. - 222 с.
8 Бах А.Н., Опарин А.И. Определение каталазы Практикум по общеи биохимии. - М.: Наука, 1982. - С. 151-152.
TYmH
хДемеуов С.Н., 2Исенова Г., хКаисанова Г.
КОСТАНАИ ОБЛЫСЫНЫН, ^АРА ТОПЫРАFЫН еЦДЕУДЩ ЭР ТYРЛI ЭД1СТЕР1 КЕЗ1НДЕ ЖАЗДЫК БИДАИ ЕГ1ЛГЕН КАРА ТОПЫРАКТАРДЫН, ФЕРМЕНТАТИВТ1К
БЕЛСЕНД1Л1Г1
19.О. Оспанов атындагы Казац топырацтану жэне агрохимия гылыми-зерттеу институты, 050060 Алматы, эл-Фараби дацгылы, 75 В, Казахстан, e-mail: demeuov@mail.ru
2Казац всiмдiктердi цоргау жэне карантин гылыми-зерттеу институты,
040924 Алматы, Карасай ауданы, Рахат ауылы, Казыбек би квшеа, 1-уй
Ма;алада жYргiзiлген зерттеулердщ нэтижелерi кел^рыген. Топыракты ецдеудщ эр тYрлi эдктершде (минималды, нелдж) Костанаи облысыныц оцтYстiк кара топырактарындагы мынадаи мацызды: уреаза, пероксидаза, каталаза, торыра; ферменттершщ белсендiлiгi керсетiлген.
TYÜiMdi свздер: уреаза, пероксидаза, каталаза, нелдж топыра; ецдеу эдiсi, мйнймальдi топыра; ецдеу эдга,ощустж кара топыра;, топыра; к¥нарлылыгы.
SUMMARY iDemeuov S.N., 2Isenova G., xKaisanova G.
ENZYMATIC ACTIVITY OF CHERNOZEM SOILS USED FOR CULTIVATION OF SPRING WHEAT IN KUSTANAI REGION, WITH DIFFERENT METHODS OF PROCESSING 1Kazakh Reseach Institute of Soil Science and Agricultural Chemistry after U.U. Uspanov, 050060 Almaty, 75Val-Farabi avenue, Kazakhatan, e-mail: demeuov@mail.ru 2LLP Kazakh Scientific Research Institute of Plant Protection and Quarantine, 040924,Almaty oblast, Karassai raion, Rakhat village, Kazybek bi str. 1 The data concerning the effect of different tillage methods (minimum, zero) on the enzymatic activity of soils of southern chernozems of the steppe zone of Kostanai region used for sowing of spring wheat are presented.
Key words: urease, peroxidase, catalase, zero tillage, minimum tillage, southern black earth, soil fertility.
