КОНЦЕПЦИЯ ПОЧВЕННОГО ЗДОРОВЬЯ И СОВРЕМЕННЫЕ ИНДИКАТОРЫ ЗДОРОВЬЯ ПОЧВ Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

ОБЗОРНАЯ СТАТЬЯ

ГРНТИ 68.05.00; 68.05.45

DOI: 10.51886/1999-740Х_2023_2_91

А.А. Курманбаев1*, Т.Р. СYндет1 КОНЦЕПЦИЯ ПОЧВЕННОГО ЗДОРОВЬЯ И СОВРЕМЕННЫЕ ИНДИКАТОРЫ

ЗДОРОВЬЯ ПОЧВ

1Казахский научно-исследовательский институт почвоведения и агрохимии имени У.У. Успанова, 050060, г. Алматы, пр. аль-Фараби, 75В, Казахстан, *e-mail: wberel@gmail.com, tsundetovaa@gmail.com Аннотация. В обзоре обсуждается микробиологический аспект концепции здоровья почвы. Концепция «Здоровье почв» является неотъемлемое частью концепции «Единое здоровье». В 2004 году на конференции «Единьш мир, единое здоровье», были подчеркнуты связи между людьми, животными и окружающеи средои в динамике болезнеи. В работе описаны методы оценки плодородия почвы по интегральным и отдельным показателям здоровья почвы и соответствующие шкалы оценки. Рассмотрены и описаны современные, апробированные тесты здоровья почвы. Приведены технические регламенты для стандартизации показателеи здоровья почв.

Ключевые слова: единое здоровье, здоровье почвы, индикаторы здоровья почвы, микробиологические тесты здоровья почвы.

Здоровье почвы стало популярной темой в течение последних двух-трех десятилетий, однако самые ранние упоминания о здоровье почвы на самом деле датируются более чем 100-летнеи давностью.

В 2004 г WCS (Общество охраны дикои природы, США) провело конференцию «Единьш мир, единое здоровье» в ходе работы, которои были подчеркнуты связи между людьми, животными и окружающеи средои в динамике болезнеи. И уже в 2007 г. подход «Единое здравоохранение» был рекомендован в США для планирования мероприятии по борьбе с глобальными вспышками заболевании. Так вошло в научныи обиход и в практику концепция One Health.

ФАО всемерно содеиствует применению подхода «Единое здоровье» в рамках преобразования агропродоволь-ственнои системы в интересах здоровья людеи, животных, растении и окружающеи среды. Основнои задачеи ФАО в рамках даннои концепции является повышение устоичивости и способности к

восстановлению сельскохозяйственных систем, обеспечение безопасности пищевых продуктов и здорового питания, предотвращение трансграничных бо-лезнеи, зоонозов и борьбу с ними [1].

С этои стороны концепция «Здоровье почвы - Soil Health» является неотъемлемои частью концепции One Health, хотя она возникла немного ранее в 90 х годах ХХ столетия [2].

Появление обсуждаемои концепции означает смену парадигмы в сознании почвоведов, аграриев ученых и практиков: пришло понимание, что физико-химические компоненты качества почвы важны только с точки зрения их влияния на проявление своиств биоло-гическои сути почвы. Биологическая активность почвы является ключевым показателем здоровья почвы благодаря интеграции того, как почвенные микроорганизмы реагируют на окружающую среду. Человечество зависит от упорядоченного функционирования почвы, управляемого населяющими ее почвенными организмами [3].

В последние годы наблюдается

лавинообразный рост научных публикаций по данной теме, поэтому хотелось бы прояснить ряд моментов концепции и измерения здоровья почвы.

Здоровые почвы (ЗП) обеспечивают регулирование и поддержку функции экосистемы, таких как круговорот питательных веществ, инфильтрация и удержание воды, газообмен, борьба с вредителями и болезнями, биоразнообразие и накопление углерода, многие из которых оказывают сильное влияние на продуктивность сельского хозяиства. Состояние почвы оценивается с помощью набора показателеи, которые охватывают физические, химические и биологические своиства почвы. Подходящий индикатор должен иметь сильную связь с целевой функцией почвы, быть чувствительным на изменения почвы, воспроизводимый и относительно недорогой для анализа.

Состояние здоровья почвы в основном определяется разнообразием, структурои и функциями почвообитаю-щих организмов, главным образом, микроорганизмов, поддерживающих ее эко-логическии статус. Посредством коли-чественнои оценки состояния здоровья почвы можно объективно оценивать ее реальную биопродуктивность. Как биологическая категория здоровье почвы отражает динамическое состояние активности биологического компонента в органоминеральном комплексе почвы. Тесты здоровья почвы должны быть стандартизированы, замеряться в динамике и определяться инструментально.

Примером такого теста может быть показатель ее фитотоксичности (Гост Исо №220030-2009) [4].

Тесты «Здоровье почвы» позволяют увеличить эффективность использования удобрении за счет точного определения доступных питательных веществ и соответствующие нормы применения удобрении, что в итоге может принести пользу окружающеи среде за

счет снижения потерь питательных веществ в атмосферу и природные воды.

Хорошо апробированными и информативными тестами ЗП в постоянно расширяющемся ассортименте тестов Solvita, являются «дыхание почвы», лег-кодоступныи углерод и азот. На основании этих тестов можно судить о доступном для растении углероде и азоте в почве. Предлагается шкала плодородия на основе формулы:

Кол-во СО2/1О + ВЭОС/100 +ВЭ0^100 = (пример) 87,6/10+222/ 100+26,7/100=8,76+2,22+2,67 = 13,7.

Где ВЭО - водноэкстрагируемыи соответственно углерод и азот.

Шкала от 0 до 50. Хорошая почва должна иметь более 7 баллов. Значения показателеи даны в ppm.

Ward Laboratories Inc. в своем руководство предлагает шкалу здоровья почвы на основе теста «дыхание почвы» (таблица 1) [5].

Чем больше CO2 производит почва, тем больше в неи жизни или тем выше микробная биомасса. Показатель отражает потенциал микробнои активности почвы. Считается сильным показателем биологическои активности почв.

Показатели дыхания почвы могут колебаться от почти нуля до 1000 ча-стеи на миллион CO2-C. Почва с очень низким баллом может проявлять симптомы медленного распада растительных остатков. С другои стороны, остатки могут очень быстро разлагаться в почве с высоким баллом.

Россиискии разработчик показателеи ЗП Семенов А.М. с соавт. [6] на основе экспериментальных исследователи предлагает инои безразмерныи параметр определения ЗП, основанныи на отклике почвенного микробоценоза в виде выделения углекислого газа на стрессовое воздеиствие. Ими было установлено, что любое напряжение на образцы грунта вызывает появление динамических волн на зависимости откли-

ка от времени. В случае отсутствия клика постоянно с учетом корректности нагрузки на образцы почвы значение от- его определения.

Таблица 1 - Ранжирование почвы по интенсивности дыхания почвы

С02-С в ррт Ранг Что это подразумевает

0-10 Очень низкий Очень небольшои потенциал для микробнои активности; медленное питательное вещество циклирование и разложение остатков; высокоуглеродистьш остаток может длиться > 2-3 лет с ограниченным увлажнением; почти нет N. Дополнительным N может потребоваться из-за микробнои иммобилизации.

11-20 Низкий Минимальным потенциал круговорота питательных веществ; управление остатками все еще может быть проблемои; Очень мало или вообще нет кредита N

21-30 Ниже среднего Некоторыи потенциал круговорота питательных веществ; управление пожнивными остатками все еще может быть проблемои при длительном использовании культур с высоким содержанием углерода; Дан небольшои кредит N

31-50 Чуть ниже среднего Потенциал микробнои активности от низкого до умеренного; Некоторым N кредит может быть предоставлен

51-70 Чуть выше среднего Умеренным потенциал для микробнои активности; Умеренным N кредит может быть дан; Возможно, удастся начать сокращать применение некоторых азотных удобрении.

71-100 Выше среднего Хорошии потенциал для микробнои активности; Умеренным кредит азота может быть предоставлен в зависимости от размера пула органического азота; Обычно может снизить норму внесения N

101200 Высокии Высокии потенциал микробнои активности; может потребоваться больше углерода для поддержания микробнои биомассы; может быть предоставлен среднии или высокии кредит азота из доступных пулов органического азота; Сокращение азотных удобрении может быть значительным

>200 Очень вы-сокии От высокого до очень высокого потенциала микробнои активности; разложение остатков может длиться <1 года; сохранение почвы покрытым может быть проблемои в некоторых системах; высокии потенциал минерализации азота и запасы азота из могут быть предоставлены имеющиеся пулы органического азота; азотное удобрение сокращение может быть существенным

Сбалансированная биоразнообразием микроорганизмов, это и есть здоровая почва, она может активно бороться различными стрессами, воздеиствую-щими на нее, так что, сравнивая амплитуды максимальных пиков на зависимости отклика от времени у контрольного и исследуемых образцов информативно. Превышение или отсутствие макси-мальнои пиковои амплитуды в тестовом образце по сравнению с амплитудои

пика здорового контроля, указывает на то, что почва в образцах нездоровая.

Шкала здоровья учитывает, как вклад амплитуды, так и вклад t в параметр здоровья. Одновременно сравнивают ширину амплитуды пика на половине его высоты в исследуемом образце и контрольном образце, считаемого здоровым, на графике отклика в зависимости от времени:

ЗП = |^кп - Lип):Lкп|, где Lкп - ширина на полувысоте пика контрольного образца почвы, Lип - ширина на полувысоте пика исследуемого образца почвы.

Исследуемыи образец считается наиболее здоровым, если он мало отличается от нуля - значение модуля дроби, в числителе - разность ширины максимального по амплитуде пика на его полувысоте у контрольного и исследуемого образцов, знаменатель равен ширине пика на его полувысоте у контроля. Поэтому можно получить очень информативную безразмерную информацию о параметрах, свидетельствующих о состоянии почвы.

Скорость выделения образцами углекислого газа целесообразно определять при такои же температуре, что и было при термостатировании образцов. СО2 можно определять и другими удобными способами.

Замеры скорости выделения СО2 можно проводить с различнои частотои при построении графическои зависимости скорости выделения СО2 образцами, к примеру, можно замерить через час, но не реже одного раза в сутки. Доказано, что для получения четкои и полнои ки-нетическои кривои замеры V нужно проводить в течение 4-9 суток. Шкала здоровья почвы: в интервале от 0 до 0,1 - образец считается здоровым;

превышает 0,1, но меньше 0,2 - образец считается практически здоровым;

превышает 0,2, но меньше 0,4 -образец считается умеренно нездоровым;

при больших значениях параметра здоровья почвы - образец считается нездоровым.

Ученые Вашингтонского университета изучая электродвижущую силу электродов в здоровои и нездоровои почве обнаружили большее значение тока в здоровои почве. При этом на

электродах в здоровои почве образовывалась биопленка микроорганизмов, которая отсутствовала на электродах не-здоровои почвы. 40-80 % микроорганизмов в почве организованы в виде биопленок. Полимеры биопленок поддерживают перенос электронов в почве. Наличие микробов, способных к внеклеточному переносу электронов может быть использовано в качестве рабочего принципа электрохимического датчика для контроля состояния почвы. Так как здоровая почва может поддерживать метаболизм почвенных микробов с более высокои скоростью по сравнению с нездоровыми почвами, ожидается, что более высокии ток будет наблюдаться в электродах, развернутых в реакторах со здоровым грунтом. Таким образом, предложен тест непрямого исследования активности почвенного микробио-ма на основе их электрохимическои активности. На рисунке 1 из статьи показаны измерения силы тока во времени в здо-ровои почве (А) и нездоровои почве (В) [7].

Группа французских и таиландских ученых разработали 12 протоколов определения параметров ЗП под общим названием Biofunctool® в соответствии с критериями взаимосвязи физико-химических параметров почв с биологическими, не нарушающего воздеиствия на почвы при тестовых определениях, дешевизны и краткосрочности анализов.

Первые 4 протокола включали показатели стабильности почвенных агрегатов, фильтруемость и визуальная оценка почвеннои структуры, вторая группа оценивала доступность нитратов и аммония и последняя группа из 6 протоколов оценивала трансформацию углерода по тестам активности дождевых червеи, мезофауны, микробнои активности, базального «дыхания почв» и легкоокисляемого углерода. На основании результатов исследовании был сделан вывод, что BiofunctDol® дает не абсолютную оценку качества почвы, а скорее сравнительную оценку в заданном

контексте. Тем не менее, педоклимати-ческий эффект может быть дополнительно интегрирован в результаты, обеспечивающие проведение ковариа-тивного анализа (т.е. интегрирование гранулометрического состава почвы, влажности почвы, среднегодового количества осадков, температуры и т. д.). На основе методов многопараметрическои статистики, которые позволяют приписывать объективньш вес каждому показателю, авторы предлагают разработать итоговыи индекс здоровья почвы [8].

Американские исследователи изучали связи между активностью четырех почвенных ферментов (ß-глюкозидаза [BG], №ацетил^-глюкозаминидаза [NAG], арилсульфатаза [AST] и фосфомоноэсте-раза [PME]) и своиствами почвы, сред-неи урожаиностью на двух долгосрочных (14 и 36 лет) сельскохозяиственных участках в засушливых раионах на севере Великих равнин, США. Обработки были беспахотными и пропашными севооборотами с яровои пшеницеи (Triticum aestivum L.), ячменем (Hordeum vulgare L.), горохом (Pisum sativum L.) и под паром с азотным удобрением и без него. Образцы почвы, взятые перед сельско-хозяиственными операциями в апреле 2019 года, были проанализированы на физические, химические, биологические, определяли биохимические свои-ства и среднюю урожаиность. Компо-нентныи анализ показал, что ß-глюкозидаза была связана с большинством физических, химических, биологических и биохимических своиств, за ним следуют NAG и PME на двух участках. С ферментами ß-глюкозидазои и N-ацетил^-глюкозаминидазои обнаружена тесная связь с урожаем сельхозкультур. Таким образом, результаты исследования позволяют предположить, что активность BG и NAG могут рассматриваться как потенциальные индикаторы здоровья почвы из-за их большои связи со своиствами почвы и в значительном отношении со среднеи урожаиностью

сельскохозяиственных культур по годам в сравнении с ПМЭ и АСТ. Поскольку BG является ферментом C-цикла, а NAG является ферментом N-цикла, то их высокая активность указывают на повышенную микробную активность, которая приводит к увеличению C секвестрации и доступности азота, которые важны для улучшения здоровья и плодородия почвы, а также для выращивания сель-скохозяиственных культур [9].

Для оценки качества почвы используются ее своиства, выраженные через соответствующие индексы.

Предлагаются интегрированные индексы качества почвы SQI. Комплексные показатели качества почвы на основе по совокупности своиств почвы обеспечивают лучшее отражение качеств почвы, чем ее отдельные параметры.

Показатели качества почвы SQI можно измерить в три шага:

1. определение минимального набора данных МДС (показателеи качества) для исследуемои почвы;

2. преобразование значении индикатора в унифицированныи балл индикатора;

3. интеграция баллов в комплекс-ныи показатель SQI.

Преобразование значении индикатора выполняется за счет статистических методов, таких как метод главных компонент (PCA), множественная корреляция, кластерныи анализ, фактор-ныи анализ, радиальная диаграмма[10].

Для преобразования значении индикатора в баллы, необходимо установить допустимые пределы для каждого показателя. Оптимальные значения могут быть получены из почв ненарушенных экосистем, где почва функционирует на максимальном уровне. Выбранные индикаторы могут быть преобразованы в соответствии с линеиным или нелинеиным правилом подсчета баллов. Линеиная функция подсчета очков:

Y = x-c/t-s (1)

Y = 1- [x-c/t-s] (2),

где Y - линеиная оценка балла, x -значение своиства почвы, а s и t - нижнее и верхнее пороговые значения.

Уравнение (1) используется для функция балла «больше есть лучше», уравнение (2) для «меньше есть лучше», а их комбинация для «оптимальнои» функции подсчета баллов. Если рассчи-танныи балл > 1.0, то это принимается за 1.00 балл.

Нелинеиная функция оценки:

где x - значение своиства почвы, А -базовая линия или значение своиства почвы, когда балл равен 0,5, а b -наклон.

Используя уравнение, можно получить три типа стандартизированнои оценки:

(1) «больше есть лучше», (2) «меньше есть лучше» и (3) «оптимальныи».

Есть несколько способов интеграции индикаторов для получения общего SQI. Самыи простои метод — это суммирование всех показателеи индикаторов. Другои способ это взвешенные индексы, где каждыи индикатор получает весовои коэффициент в зависимости от его важности и общего вклада в качество почвы. Пример SQI уравнение:

Soil quality index (SQI): = qwe + qwms (wt) + qrsd (wt) + qrbd (wt) + qpns (wt) (4),

где qwe - это оценка способности почвы фильтровать воду, qwm своиство облегчать движение и удерживать воду, qrsd, способность противостоять поверх-ностнои эрозии, qpns показатель питания растении, qscp - поддержание продуктивности сельскохозяиственных культур и wt это взвешенное числовое значение для каждои функции почвы [11].

Микроорганизмы являются важными компонентами почвы и экосистем. Они активно участвует в кругово-

роте питательных веществ, разложении органических веществ и защите растении от вредных химических веществ, попадающих в почву. Однако для чтобы микроорганизмы функционировали, необходимо присутствие органических веществ в почве для обеспечения бактерии и микромицетов источником энергии и органического углерода. Увеличение или уменьшение органического вещества приводит к увеличению или уменьшению микробного разнообразия. Сокращение микробного разнообразия снижает способность почвы нормально функционировать и обычно и снижает устоичивость почвы к серьезным изменениям окружающеи среды, таких как эрозия. Таким образом, при измерении качества почвы физические, химические и биологические показатели имеют большое значение. Однако наиболее важными являются биологические индикаторы [12].

Почвенныи микробныи метаболи-ческии коэффициент ^С02) является важным индикатором состояния почвы. Почвенная микробная биомасса является компонентом органического вещества почвы, состоящее из различных микроорганизмов микронных размеров. Между органическим веществом и активностью почвенных микроорганизмов существует тесная связь. Поскольку микроорганизмы влияют на рост и развитие сельскохозяиственных культур, т о органические вещества в почве могут способствовать активности микробов и повышать плодородие почвы. При этом на углерод микробнои биомассы приходится 1-3 % от общего углерода почвы, а на азот микробнои биомассы приходится 5 % от общего азота почвы. qC02 определяется как дыхание почвы на единицу углерода почвеннои микробнои биомассы в единицу времени (СО2 / УМБП), выраженное в мг СО2 - С г-1 УМБ ч-1, отражающее эффективность преобразования органического углерода в микробную биомассу

почвенными микроорганизмами. Его значения демонстрируют состояние накопления или выноса углерода из почвы. Здоровыи диапазон значении qCO2 для сельскохозяиственных почв составляет от 0,5 до 2,0 мг CO2-C г-1 УМБ ч-1 (Janssens еt al. 2010). Зрелые почвы с значения qCO2 выше 2,0 мг CO2-C г-1 УМБ ч-1 следует рассматривать как нездоровую скорость микробного дыхания почвы. Высокие значения qCO2 отражают выбросы CO2 выше, чем потребность в поддержании микробных популяции, что снижает способность почвы улавливать C. Значения ниже 0,5 мг CO2-C г-1 УМБ ч-1 указывают на преимущественно спящие микробные сообщества, которые не участвуют в круговороте питательных веществ или секвестрации углерода. Среднее глобальное значение qCO2 составляла 1,8 мг CO2-C г-1 УМБ ч-1 в сельскохозяиственных и природных экосистемах. При том, что критическое значение для сельскохозяиственных почв составляет 1,83 мг CO2-C г-1 УМБ ч-1. В настоящее время значение qCO2 на пахотных землях примерно вдвое больше, чем в естественных экосистемах [13].

Применение растительных остатков и биоугля улучшило биологические и химические своиства почвы в агро-экосистемах. Было изучено влияние остатков конопли (HR), биоугля из конопли (HB) и биоугля из твердои древесины (HA) на пять гидролитических ферментов, структуру сообщества почвенных микробных фосфолипидов (PLFA), pH, перманганат окисляемого углерода (POXC) почвенныи органическии углерод (SOC) и общего азота (TN) на двух почвах Пьемонта и Прибрежнои равнины Севернои Каролины при 30-дневном цикле влажности, поддерживаемом при 60% заполнении водои порового пространства, с последующим 7-дневным чередующимся циклом «сухои-влажныи» в течение 42 днеи или на уровне 60% в течение 42 днеи при аэробнои инкуба-

ции в лаборатории. Результаты показали, что HR и HB значительно увеличили среднее геометрическое ферментатив-нои активности в 1-2 раза в почве Пьемонта при трех циклах увлажнения и примерно в 1,5 раза ниже в прибрежнои почве. Сдвиг в структуре микробного сообщества был отчетливым в прибреж-нои почве в сравнении с почвои Пьемонта. При чередующимся цикле увлажнения HR и HB значительно увеличивали POXC (600 - 700 мг POXC/кг почвы) в прибрежнои почве в сравнении с поч-вои Пьемонта. В целом результаты показывают, что, в отличие от HA, HR и HB благотворно повлияет на здоровье и продуктивность почвы, поэтому потенциально улучшает устоичивость почвы к изменению климата [14].

Шведские исследователи изучали влияние управления почвои на показатели здоровья почвы в полевых условиях в 20 фермерских хозяиствах на юге Швеции. Контролем послужили необрабатываемые земли, представляющие потенциальное здоровье почвы. Состояние почвы оценивали количественно путем измерения физических и биологических показателеи почвы: стабильность влажных агрегатов, автоклавно-цитратно-извлекаемыи почвенныи белок, органическое вещество, активныи углерод и гетеротрофное дыхание почвы на основе протокола КОСП (Комплексная оценка состояния почвы - Comprehensive Assessment of Soil Health (CASH) [15]. Также измеряли текстуру и рН. Индекс управления почвои был рассчитан для каждого поля на основе урожая, разнообразия, обработки почвы и внесения органических удобрении путем нормализации и аддитивнои агрегации индексов:

Z т„ т„ т„ ^

Уравнение количественно отражает разнообразие культур в севообороте,

частоту механического нарушения почвы (обработка почвы) и количество внесении органических удобрении.

Для оценки общего состояния почвы отобранных полеи был рассчитан относительныи индекс здоровья почвы (RSH). Для каждого участка значения индикатора здоровья почвы в поле были разделены на соответствующие значение для контрольнои почвы. Затем RSH был получен путем суммирования отношении индикаторов с использованием разного веса. Значение RSH, равное 5, указывает на то, что здоровье почвы обрабатываемого поля находится на уровне здоровья кон-трольнои почвы, в то время как низкое значение RSH указывает на плохое состояние полевои почвы относительно

Д5Н - ¡WASif + Pratif + + ДедР11 +

1 WASj„ PP'Dtii! А с fin Äejpi^ SOMiuJ

потенциального здоровья почвы.

(6),

где WAS - стабильность агрегатов во влажном состоянии. Prot - автоклавно-цитратно-экстрагируемыи белок является индикатором органически связанного азота, которыи легко минерализуется микробами. Содержание органического вещества почвы (SOM) анализиро-

вали по потере массы на воспламенение при 500°С в течение двух часов. Актив-ныи углерод (ActC) является мерои легко окисляемого органического вещества. Гетеротрофное почвенное дыхание (Resp) является мерои метаболическои активности микробного сообщества.

Установлено, что при высоком индексе управления, т.е. большее разнообразие культур, меньше операции по обработке почвы и больше органических удобрении, поля показали лучшее здоровье почвы с более высокими уровнями агрегатнои стабильности, белка, активного углерода, дыхания и органического вещества. Однако, состояние почвы сельскохозяиственных полеи в целом было хуже по сравнению с кон-трольнои почвои [16].

Согласно документу Министерства сельского хозяиства США - USDA (2019) Soil Health Technical Note No. 45003 Recommended Soil Health Indicators and Associated Laboratory Procedures, в список рекомендуемых тестов здоровья почвы включены следующие тесты (таблица 2). Цель документа использовать стандартные процедуры для оценки здоровья почв в полевых и вегетационных опытах.

Почвенныи процесс Индикаторы почвенного здоровья Методы Ссылки

1 2 3 4

Цикл органического вещества и секвестрация углерода Содержание почвенного углерода (СПУ - SOC) Сухое сжигание Рекомендуемый метод. Nelson, D. W. and Sommers L. E. (1996) Total Carbon, Organic Carbon, and Organic Matter. In: Sparks, D. L., et. al., Eds., Methods of Soil Analysis. Part 3. Chemical Methods, SSSA Book Series No. 5, SSSA and ASA. Madison, WI, 961-1010.

Мокрое окисление Дает показатели, сравнимые с сухим сжиганием, но приводит к образованию химических отходов и является более трудоемким.

Таблица 2 - Рекомендуемые индикаторы и методы

Продолжение таблицы №2

Потеря массы Потери при воспламенении (LOI) Наиболее часто используется коммерческими лабораториямих. Используется в комплексной оценке состояния почвы (CASH).

Структур-ная стабильность почвы (Инфильтра ция) Агрегация ARS макроагре-гатная стабильность во влажном состоянии Рекомендуемые метод. Kemper, W. D. and Rosenau, R. C. (1986) Aggregate stability and size distribution. In: Klute. A. Ed, Methods og Soil analysis. Part 1. Agronomy Monograph 9. 2nd ed., Madison, Wisconsin, 425-442. Впоследствии опубликованньш John R, Nimmo, Kim S. Perkins Aggregate stability and size distribution (2002).

NRCS влажная агрегация Основан Kemper, W. D. and Rosenau, R. C. (1986) Aggregate stability and size distribution. In: Klute, A. Ed., Methods of soil analysis. Part 1. Agronomy Monograph 9. 2nd ed., Madison, Wisconsin. 425-442, этот метод предварительно смачивает образцы (Soil Survey Satff 2014, стр. 213 -216.

Опрыскивание инфильтромет-ром Корнелла Schindelbeck, R. R., B. N. Moebius-Clune, D. J. Moebius-Clune, K. S. Kurtz, and H. M. van Es, 2016. Cornell Soil Health Laboratory: Comprehensive assessment of soil health standare operating prosedures. Cornell University, Geneva, NY.

Общая микробная активность Кратковрем енная минерализа ция углерода. (STCM, он же дыхание) Вдыхание углекислого газа (CO2), инкубация 4 дня Рекомендуемыи метод. Schindelbeck, R. R., B. N. Moebius-Clune, D. J. Moebius-Clune, K. S. Kurtz, and H. M. van Es, 2016. Cornell Soil Health Laboratory: Comprehensive assessment of soil health standare operating prosedures. Cornell University, Geneva, NY. 4-дневняя инкубация в почве (СО2 измеряется с помощью электропроводности, газовои хромотографии или титрования).

Дыхание СО2, инкубация 24 часа Как и предыдущии метод, но с коротким периодом инкубации, например, Haney, R. L., Brinton, W. H., Evans, E. (2008). Estimating soil carbon, nitrogen, and phosphorus mineralization from short-term carbon dioxide respiration. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 39 (17-18), 2706-2720, Solvita или другие 24-часовые методы.

Продолжение таблицы №2

1 2 3 4

Общая микробная активность Активность фермента (АФ) в-глюкозидаза [BG] Рекомендуемый метод. Eivazi, F. and Tabatabai, M. A. (1988). Glucosidases and Galactosidases in Soils. Soil Biology and Biochemistry, 20, 601606. Представленные S Deng, I Popova. Methods of soil enzymology 9, 185-209 (2011). Участвует в цикле С.

N-ацетил-в-глюкозаминида-за [NAG] Рекомендуемый метод. Parham and Deng (2000), Detection, quantification and characterization of beta-glucosaminidase activity in soil. - Soil Biology & Biochemistry 32, 1183-1190 представленный S Deng, I Popova Methods of Soil Enzymology 9, 185-209 (2011).

Фосфомоноэсте-раза [PME] (кислотная/ щелочная фос-фотаза; Pase) Рекомендуемый метод. Eivazi F, Tabata-bai MA (1977). Phosphates in soils. Soil Biol. Biochem.9:167-172.), представленный Acosta-Martinez, V., and M.A. Tabatabai. 2011. Phosphorus cycle enzymes. p. 161-183.

Арилсульфатаза [AST] Рекомендуемый метод. Tabatabai, M. A. and Bremner, J. M. (1970). Factors Affecting Soil Arysulfa-tase Activity. Soil Science Society of America Journal, 34, 427-429. Представленный Klose et.al. (2011).

Источник углеродной пищи Легкодоступ ньш углерод Перманганат окисляемьш углерод Рекомендуемый метод. Weit et.al., 2003 R. R. Weil, K. R. Islam, M. Ф. Stine, J. B. Gruver, S. E. Samson-Liebig. Estimating active carbon for soil quality assessment: a simplified methods for laboratory and field use.

Твердые частицы органического вещества Фракция определяется операционно, с использованием множества методов.

28-дневная минерализация С Слишком длителен для использования в лаборатории с высокои производительностью.

Продолжение таблицы №2

1 2 3 4

Экстрагируемьш холоднои/ горячеи водои органическии С (ШЕОС) Холодныи WEOC (Haney, R. L., Brinton, W. H., Evans, E. (2008). Estimating soil carbon, nitrogen, and phosphorus mineralization from short-term carbon dioxide respiration. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 39(17-18), 27062720). Горячии WEOC (Ghani A., Dexter M., Perrott K. W. 2003. Hot-water ex-tractable carbon in soils: a sensitive measurement for determining impacts of fertilization, grazing and cultivation. Soil Boilogy and Boichemistrym 35(9): 12311243.

Растворимые углеводы Стандартные методы, которые больше широко не используется.

Субстрат индуцированное дыхание Метод исследования; трудоемкии в лаборатории.

Микробная биомасса (фумигация- инкубация, фумигация- экстракция) Jenkinson D. S. Advances in nitrogen cycling in agriculture egosystems. CAB International, Wallingford, UK, 1988, pp. 368-386.

Биодоступ-ныи азот Доступныи органиче-скии пул N Содержание белка экстрагируемого цитратом при автоклавирова-нии Рекомендуемыи метод. Schindelbeck, R. R., B. N. Moebius-Clune, D. J. Moebius-Clune, K. S. Kurtz, and H. M. van Es. 2016. Cornell Soil Health Laboratory: Comprehensive assessment of soil health standard operating prosedures. Cornell University, Geneva, NY.

Экстрагиремыи холоднои водои N (ШЕОЫ) Soil Health Nutrient Tool (Haney, R. L., Brinton, W. H., Evans, E. (2008). Estimating soil carbon, nitrogen, and phosphorus mineralization from short-term carbon dioxide respiration. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 39(17-

Корреляция с кратковремен-нои минерализа-циеи С J. M. Picone, A. E. Hedin, D. P. Drob, A. C. Aikin. (2002). NRLMSISE-00 empirical model of the atmosphere: Statistical comparisons and scientific issues.

7-дневньш анаэ-робныи потенциально минерали-зуемыи N Drinkwater, L. E., Cambardella, C. A., Reeder, J. D., Rice, C. W., 1996. Potentially mineralizable nitrogen as an indicator of biologically active soil nitrogen. In: Doran, J. W., Jones, A. J. (Eds), Methods for Assessing Soil Quality. Soil Science Society of America, Special Publicatoin 49, Madison, WI, pp. 217-229.

Продолжение таблицы №2

1 2 3 4

Микробное разнообразие Структура сообщества Фосфолипидные жирные кислоты (PLFA) Рекомендуемьш метод. PLFA (Buyer and Sassre 2012. High throughput fatty acid analysis of soils pp. 127-130).

Профиль сложноэфирно-связанного метилового эфира жирнои кислоты (EL-FAME) EL-FAME - более новыи и менее дорогои метод, которыи дает результаты соответствующие методу PLFA.

«Выборка на всю жизнь» Рекомендуется. Если доступны соответствующие криогенные хранилища, мы рекомендуем архивировать образцы до тех пор, пока не будут доступны новые методы. Если выбраны эти методы, пробы почв следует брать в асептических условиях.

Таким образом, тема здоровья почвы является широко обсуждаемоИ в мировоИ агрономической науке, уже имеются несколько коммерческих и научных подходов по оценке почвенного здоровья в виде наборов тестов или отдельных тестов с их интегральнои оценкои и выходом на производствен-ныи уровень.

Американские ученые предлагают программу исследования показателеи здоровья почвы в рамках континента для отбора наиболее информативных тестов в разных системах землепользования [17].

Канадские и австралииские ученые будущие возможности для улучшения оценки состояния почвы видят в разработке датчиков на месте, которые могут обеспечить эффективную оценку биотических и абиотических показателеи, таких как доступныи углерод в почве, объемная плотность почвы, рН, вла-гоемкость почвы и микробная активность почвы. Авторы полагают, что эти методы и приемы значительно улучшат оценку состояния почвы и наши воз-

можности по устоичивои оптимизации здоровья и качества почвы. Глобальные достижения в области биологии почвы, новые ИТ-технологии и методы анализа метаданных для интерпретации и обобщения данных индикаторов состояния почвы в различных условиях окружаю-щеи среды приведут к более надежному и устоичивому управлению земельными ресурсами, что поможет смягчить и предотвратить глобальную деградацию почвы [18].

Метагеномныи анализ почвы открывает большие перспективы в оценки ЗП. Фактически он является ее функциональным профилем, составленным на основе генетическои информации. Помимо информации о разнообразии функциональных генов, анализ метаге-нома позволяет оценивать структуру почвенных сообществ всеи биоты, оценить основные метаболические пути. В почвенно-экологических исследованиях метагеномныи анализ способен выявлять тренды распределения генов при изменении условии среды [19].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 «Единое здоровье» [Электронныи ресурс]. Режим доступа к саиту: https:// www.fao.org/one-health/ru/, свободныи.

2 Doran, J. W. & Parkin, T. B. in Defining Soil Quality for a Sustainable Environment Vol. 32// (eds Doran, J. W., Coleman, D. C., Bezdicek, D. F. & Stewart, B. A.). Soil Science Society of America. - 1994. С. 1-21.

3 Principles and Applications of Soil Microbiology (Third Edition)// 14-Applied aspects of soil carbon. - 2021. - P. 363-384.

4 Семенов А.М., Спиридонов Ю.Я., Торопова Е.Ю., Глинушкин А.П. Здоровая почва - условие устоичивости и развития арго- и социосфер (проблемно-анали-тическии обзор)// Известия РАН. Серия биологическая. - 2020. - №1. - C.12-21.

5 [Электронныи ресурс]. Режим доступа к саиту: Haney Test Interpretation Guide v1.0 Ward Laboratories Inc. Доступно на Haney-Rev-1.0-Interpretation-Guide.pdf (wardlab.com), свободныи.

6 Пат. RU 2408885. Семенов А.М., Бубнов И. А., Ван Бругген А.Х.К. Семенова Е.В. / Способ определения параметра здоровья у образцов почвы, компостов и других твердых субстратов/ от 10.01.2011.

7 Mohamed, Abdelrhman & Sanchez, Eduardo & Sanchez, Natalie & Friesen, Maren & Beyenal, Haluk. (2021)// Electrochemically Active Biofilms as an Indicator of Soil Health. Journal of The Electrochemical Society. - 2021. - P. 168.

8 Alexis Thoumazeau, Cecile Bessou, Marie-Sophie Renevier, Jean Trap, Raphael Marichal, Louis Mareschal, Thibaud Decaens, Nicolas Bottinelli, Benoit Jaillard, Tiphaine Chevallier, Nopmanee Suvannang , Kannika Sajjaphan, Philippe Thaler, Frederic Gay, Alain Brauman. Biofunctool®: a new framework to assess the impact of land management on soil quality. Part A: concept and validation of the set of indicators// Ecological Indicators.

- 2019. - Vol. 97. - P. 100-110.

9 Upendra M.S., Liptzin D., Dangi M.S. Enzyme activities as soil health indicators in relation to soil characteristics and crop production// Agrosystems, Geosciences & Environment. - 2022. - P. 5.

10 Doran J. W., Parkin T. B. Quantitative indicators of soil quality: a minimum data set //Methods for assessing soil quality. - 1997. - Т. 49. - С. 25-37.

11 Цит. по Mukhopadhyay S., Masto R.E., Tripathi R.C., Srivastava N.K. Application of Soil Quality Indicators for the Phytorestoration of Mine Spoil Dumps// In Phytoman-agement of Polluted Sites: Market Opportunities in Sustainable Phytoremediation.

1st Edition - Ed.: Vimal Chandra Pandey, Kuldeep Bauddh. - 2018. - P. 361-388.

12 Sholeye A.R., Ojuederie O.B., Babalola O.O. Soil Quality Indicators; Their Correlation and Role in Enhancing Agricultural Productivity// Food Security and Safety. - 2022.

- P. 271-285.

13 Ashraf M.N., Waqas M. A., Rahman S. Microbial Metabolic Quotient is a Dynamic Indicator of Soil Health: Trends, Implications and Perspectives (Review)// Eurasian Soil Science. - Vol. 55. - № 12. - Р. 202.

14 Atoloye IA, Adesina IS, Sharma H, Subedi K, Liang C-L, Shahbazi A, et al. Hemp biochar impacts on selected biological soil health indicators across different soil types and moisture cycles// PLoS ONE. - 2022. - Vol.17(2).

15 Schindelbeck, R.R., Moebius, B.N., Moebius-Clune, D.J., Kurtz, K., Van Es, H. Cornell University Comprehensive Assessment of Soil Health Laboratory Standard Operating Procedures. - 2016. - Р 12.

16 Williams H., Colombi T., Keller T. The influence of soil management on soil health: An on-farm study in southern Sweden// Geoderma. - 2020. - Р. 360.

17 Norris C.E., Bean G.M., Cappellazzi S.B., Cope M., Greub K.L. H., Liptzin D., Hon-eycutt, C.W. Introducing the North American project to evaluate soil health measurements// Agronomy Journal. - 2020. - Р. 21.

18 Tony Yang, Kadambot H.M. Siddique, Kui Liu. Cropping systems in agriculture and their impact on soil health-A review// Global Ecology and Conservation. - 2020.

- Vol. 23. - 13 p.

19 Семенов М.В. Метабаркодинг и метагеномика в почвенно-экологических исследованиях: успехи, проблемы и возможности// Журнал общей биологии.

- 2019. - Т. 80, № 6. - С. 403-417.

REFERENCES

1 «One Health» [Electronic resource]. Site access mode: https://www.fao.org/one-health/ru/, svobodnyj.

2 Doran, J. W. & Parkin, T. B. in Defining Soil Quality for a Sustainable Environment Vol. 32// (eds Doran, J. W., Coleman, D. C., Bezdicek, D. F. & Stewart, B. A.). Soil Science Society of America. - 1994. P. 1-21.

3 Principles and Applications of Soil Microbiology (Third Edition)/ 14-Applied aspects of soil carbon. - 2021. - P. 363-384.

4 Semenov A.M., Spiridonov Iy.Ia., Toropova E.Iy., Glinyshkin A.P. Zdorovaia pochva

- yslovie ystoichivosti i razvitiia argo- i sotsiosfer (problemno-analiticheskii obzor)// Izvestiia RAN. Seriia biologicheskaia. - 2020. - №1. - C. 12-21.

5 [Electronic resource]. Site access mode: Haney Test Interpretation Guide v1.0 Ward Laboratories Inc. Dostypno na Haney-Rev-1.0-Interpretation-Guide.pdf (ward-lab.com), svobodnyj.

6 Pat. RU 2408885. Semenov A.M., Bybnov I. A., Van Bryggen A.H.K. Semenova E.V. Sposob opredeleniia parametra zdorovia y obraztsov pochvy, kompostov i drygih tverdyh sybstratov/ ot 10.01.2011.

7 Mohamed, Abdelrhman & Sanchez, Eduardo & Sanchez, Natalie & Friesen, Maren & Beyenal, Haluk. (2021)// Electrochemically Active Biofilms as an Indicator of Soil Health. Journal of The Electrochemical Society. - 2021. - P. 168.

8 Alexis Thoumazeau, Cecile Bessou, Marie-Sophie Renevier, Jean Trap, Raphael Marichal, Louis Mareschal, Thibaud Decaens, Nicolas Bottinelli, Benoit Jaillard, Tiphaine Chevallier, Nopmanee Suvannang , Kannika Sajjaphan, Philippe Thaler, Frederic Gay, Alain Brauman. Biofunctool®: a new framework to assess the impact of land management on soil quality. Part A: concept and validation of the set of indicators// Ecological Indicators.

- 2019. - Vol. 97. - P. 100-110.

9 Upendra M.S., Liptzin D., Dangi M.S. Enzyme activities as soil health indicators in relation to soil characteristics and crop production// Agrosystems, Geosciences & Environment. - 2022. - P. - 5.

10 Doran J. W., Parkin T. B. Quantitative indicators of soil quality: a minimum data set //Methods for assessing soil quality. - 1997. - T. 49. - S. 25-37.

11 Tsit. po Mukhopadhyay S., Masto R.E., Tripathi R.C., Srivastava N.K. Application of Soil Quality Indicators for the Phytorestoration of Mine Spoil Dumps// In Phytoman-agement of Polluted Sites: Market Opportunities in Sustainable Phytoremediation.

1st Edition - Ed.: Vimal Chandra Pandey, Kuldeep Bauddh. - 2018. - P. 361-388.

12 Sholeye A.R., Ojuederie O.B., Babalola O.O. Soil Quality Indicators; Their Correlation and Role in Enhancing Agricultural Productivity// Food Security and Safety. - 2022.

- P. 271-285.

13 Ashraf M.N., Waqas M. A., Rahman S. Microbial Metabolic Quotient is a Dynamic Indicator of Soil Health: Trends, Implications and Perspectives (Review)// Eurasian Soil Science. - Vol. 55. - № 12. - P. 202.

14 Atoloye IA, Adesina IS, Sharma H, Subedi K, Liang C-L, Shahbazi A, et al. Hemp biochar impacts on selected biological soil health indicators across different soil types and moisture cycles// PLoS ONE. - 2022. - Vol. 17(2).

15 Schindelbeck, R.R., Moebius, B.N., Moebius-Clune, D.J., Kurtz, K., Van Es, H. Cornell University Comprehensive Assessment of Soil Health Laboratory Standard Operating Procedures. - 2016. - P 12.

16 Williams H., Colombi T., Keller T. The influence of soil management on soil health: An on-farm study in southern Sweden// Geoderma. - 2020. - P. 360.

17 Norris C.E., Bean G.M., Cappellazzi S.B., Cope M., Greub K.L. H., Liptzin D., Hon-eycutt, C.W. Introducing the North American project to evaluate soil health measure-ments// Agronomy Journal. - 2020. - R. 21.

18 Tony Yang, Kadambot H.M. Siddique, Kui Liu. Cropping systems in agriculture and their impact on soil health-A review// Global Ecology and Conservation. - 2020.

- Vol. 23. - 13 p.

19 Semenov M.V. Metabarcoding i metagenomica v pochvenno-ecologicheskih issle-dovaniyah// Zhurnal obshchey biologii. - 2019. - Tom 80. - № 6. - C. 403-417.

TYñlH

А.А. Курманбаев1*, Т.Р. Сундет1 ТОПЫРАК ДЕНСАУЛЬ^ЫНЫН, КОНЦЕПЦИЯСЫ ЖЭНЕ КАЗ1РГ1 топырак

ДЕНСАУЛЬ^ЫНЫН, К0РСЕТК1ШТЕР1 1в.О.Оспанов атындагы К,азак, топырацтану жэне агрохимия гылыми зерттеу институты, Алматы цаласы, эл-Фараби дацгылы, 75 В, Цазацстан, *e-mail: wberel@gmail.com, tsundetovaa@gmail.com Шолуда топырак; денсаулыгы тужырымдамасыныц микробиологиялы; аспекта тал;ыланады. «Топырак; денсаулыгы» тужырымдамасы <^ip Денсаулы;» тужырымдамасыныц ажырамас белт болып табылады. 2004 жылы <^р элем, Бiр Денсаулык;» конференциясында ауру динамикасындагы адамдар, жануарлар жэне ;оршаган орта арасындагы баиланыстар атап етыдь Жумыста топыра; денсаулыгыныц интегралды жэне жеке керсеткiштерi боиынша топыра; ;унарлылыгын багалау эдiстерi жэне тиiстi багалау шкалалары сипатталган. Топыра; денсаулыгыныц заманауи, сыналган сына;тары ;арас -тырылып, сипатталган. Топыра; денсаулыгыныц керсеткiштерiн стандарттау ушш техникалы; регламенттер келтiрiлген.

TyuiMdi свздер: бiрьщFаИ денсаулы; топыра; денсаулыгы, топыра; денсаулыгыныц керсеткiштерi, топыра; денсаулыгыныц микробиологиялы; сына;тары

SUMMARY

A.A. Kurmanbayev1*, T.R. Sundet1 SOIL HEALTH CONCEPT AND MODERN SOIL HEALTH INDICATORS 1 Kazakh Research Institute of Soil Science and Agrochemistrynamed after U.U. Uspanov, 050060, Almaty, al-Farabi avenue, 75 B, Kazakhstan, *e-mail: wberel@gmail.com, tsundetovaa@gmail.com The review discusses the microbiological aspect of the concept of soil health. The concept of «Soil health» is an integral part of the concept of «One health». In 2004, at the conference «One World, One Health», the links between people, animals and the environment in the dynamics of diseases were emphasized.The paper describes methods for assessing soil fertility by integral and individual indicators of soil health and the corresponding assessment scales. Modern, proven soil health tests are considered and described. Technical regulations for standardization of soil health indicators are given.

Key words: unified health, soil health, indicators of soil health, microbiological tests of soil

health.

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ

1 Курманбаев Аскар Абылаиканович - главныи научныи сотрудник отдела Плодородия и биологии и почв, д.б.н., профессор, e-mail-.wberel@gmail.com

2 Сундет Тогжан Рахматуллацызы - инженер-аналитик отдела Плодородия и биологии и почв, магистр сельскохозяиственных наук, e-mail.tsundetovaa@gmail.com