CC BY
9
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2023. No. 3
Научная статья УДК 631.861
doi: 10.18522/1026-2237-2023-3-106-116
ВЛИЯНИЕ ГУМИНОВЫХ ПРЕПАРАТОВ НА АЗОТНОЕ ПИТАНИЕ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ И УРЕАЗНУЮ АКТИВНОСТЬ ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО КАРБОНАТНОГО
Владислав Александрович Матюгин1, Ольга Степановна Безуглова2В
'• 2Федеральный Ростовский аграрный научный центр, Рассвет, Ростовская область, Россия 'vlad. matyugin@mail. ru 2osbesuglova@sfedu. ruB
Аннотация. Исследована эффективность обработок посевов озимой пшеницы жидкими гуминовыми препаратами «ЭКОСС» и «BIO-Дон». Гуминовые препараты применяли в виде рабочего раствора с концентрацией 0,002 % (по углероду). Листовой аппарат озимой пшеницы обрабатывался однократно (в фазу кущения) и двукратно (в фазу кущения и колошения). Контролем являлся вариант без внесения гуми-новых препаратов на фоне среднего уровня минерального питания N40P40K40 с применением принятых для этой культуры в приазовской зоне Ростовской области технологий обработки почвы и приемов возделывания. Отборы почвенных образцов проводили 4 раза - в фазы кущения (дважды), колошения и сразу после уборки в течение 2021-2022 гг. Применение гуминовых препаратов сопровождалось ростом активности уреазы. В различные по погодным условиям года активность уреазы отличается, но всегда увеличивается с начала весенней вегетации до момента уборки. В благоприятный по погодным условиям 202' г. активность уреазы слабее, чем в засушливый 2022 г., что указывает на положительное адаптогенное влияние гуминовых препаратов в условиях стресса. Двукратная обработка лучше повлияла на азотное питание растений. При этом на азотный режим растений больше подействовал гуминовый препарат «ЭКОСС», чем «BIO-Дон».
Ключевые слова: ферментативная активность, уреаза, минеральный азот, гуминовый препарат, «BIO-Дон», «ЭКОСС», реакция среды, фолиарная обработка
Для цитирования: Матюгин В.А., Безуглова О.С. Влияние гуминовых препаратов на азотное питание озимой пшеницы и уреазную активность чернозема обыкновенного карбонатного // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2023. № 3. С. 106-116.
Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Original article
EFFECT OF HUMIC PREPARATIONS ON WINTER WHEAT NITROGEN NUTRITION AND CALCIC CHERNOZEM UREASE ACTIVITY
Vladislav A. Matyugin1, Olga S. Bezuglova2^
'• 2Federal Rostov Agrarian Research Center, Rassvet, Rostov Region, Russia 'vlad. matyugin@mail. ru 2osbesuglova@sfedu. ruB
© Матюгин В.А., Безуглова О.С., 2023
Abstract. The effectiveness of treatments of winter wheat crops with liquid humic preparations "EKOSS" and "BIO-Don" has been studied. Humic preparations were used as a working solution with a concentration of 0.002% (by carbon). The leaf apparatus ofwinter wheat was processed once (during the tillering phase) and twice (during the tillering and heading phases). The control was the variant without the introduction of humic preparations against the background of an average level of mineral nutrition N40P40K40 with the use of soil treatment technologies and cultivation methods adopted for this crop in the region. Soil sampling was carried out 4 times during the tillering (twice), heading phases and after harvest during 2021-2022. The use of humic preparations was accompanied by an increase in the activity of urease. In different weather conditions of the year, urease activity differs, but always increases from the beginning of the spring vegetation until the moment of harvesting. In favorable weather conditions in 2021, urease activity is weaker than in dry 2022, which indicates a positive effect of humic preparations under stressful conditions, where they show their adaptogenic properties. Double treatment had a better effect on the nitrogen nutrition ofplants. At the same time, the humic preparation "EKOSS" had a greater effect on the nitrogen regime of plants than "BIO-Don ".
Keywords: enzymatic activity, urease, mineral nitrogen, humic preparation, "BIO-Don", "ECOSS" pH, foliar treatment
For citation: Matyugin V.A., Bezuglova O.S. Effect of Humic Preparations on Winter Wheat Nitrogen Nutrition and Calcic Chernozem Urease Activity. Bulletin of Higher Educational Institutions. North Caucasus Region. Natural Science. 2023;(3):106-116. (In Russ.).
This is an open access article distributed under the terms of Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC-BY 4.0).
Введение
Почвенная энзимология на сегодняшний день становится все более востребованной областью мониторинговых исследований и по оценке биологических свойств почвы. Однако получаемые результаты нередко имеют диаметрально противоположные значения или трактовку. К примеру, вспашка чернозема снижает активность каталазы, а инвертазную активность увеличивает, в то же время на каштановые почвы оказывает противоположное воздействие [1]. Поэтому необходимо дальнейшее изучение ферментативной активности и её изменений под влиянием технологических приемов, тем более когда такие приемы включают обработку растений физиологически активными препаратами, к каковым относятся и гуминовые вещества. Это и предопределило цель нашего исследования: изучение динамики уреазной активности и минерального азота в черноземе обыкновенном карбонатном при обработке посевов озимой пшеницы гуминовыми препаратами. Задачи, которые решались для достижения цели: выявление влияния кратности внесения гуминовых препаратов различного состава и генезиса на динамику уреазной активности и минерального азота в черноземе обыкновенном карбонатном.
Азот - основной биогенный элемент, который входит в такие важные структуры для растений, как белок, аминокислоты, хлорофилл. Большая часть азота представлена в растениях в форме простых и сложных белков и нуклеиновых кислот, играющих важную роль в жизнедеятельности организма.
Для растений азотное питание - гарантия полноценного роста и развития, основным источником азотного питания являются нитраты и аммонийные соединения, но для построения аминокислот растения используют только аммиак. Недостаток элемента негативно влияет на развитие листьев, ухудшается формирование и развитие репродуктивных органов и налив зерна. В то же время избыток азота приводит к аккумуляции больших доз нитратов в продукции растений, что негативно сказывается на людях и животных. Пополнение запасов азота в почве происходит из минеральных азотных удобрений, органических удобрений, включая сидераты, за счет деятельности азотфиксирующих и аммонифицирующих микроорганизмов. Влияют на динамику минерального азота погодные условия, особенности сельскохозяйственной культуры, внесение удобрений и различные приемы обработки почвы [2].
Связывание молекулярного азота растением - это многоступенчатый процесс, который осуществляется при участии микроорганизмов, его конечной стадией является включение азота в
состав белковых молекул растений. Белки - незаменимая и необходимая для жизни форма высокомолекулярных органических соединений. Содержание белков в вегетативных органах различно, но растения являются основным источником белка, и агроприемы направлены на увеличение его количества и качества в растительном сырье, так как он нужен для кормления сельскохозяйственных животных и питания населения.
При изучении азота главным образом стоит обратить внимание на его минеральные соединения: нитратные, обменные и необменные аммонийные формы. Каталитическая скорость их трансформаций и поглощения растениями регулируется действием различных групп гидролитических, протеолитических, окислительно-восстановительных ферментов, таких как протеаза, уреаза, нуклеаза и др. Ферментативная активность зависит от множества факторов: типа почвы, качества и количества органического вещества, внесения органических удобрений, теплового режима, содержания почвенной влаги, обеспеченности воздухом корнеобитаемого слоя, состояния микроорганизмов, а также характеристики возделываемой культуры, фазы вегетации и способа обработки почвы.
Уреаза принимает участие в процессе разложения мочевины, в результате гидролиза расщепляется связь между азотом и углеродом (СО-NH), и мочевина переходит в легкоусвояемую для растений аммонийную соль [3]. Мочевина попадает в почву путем внесения навоза, азотных удобрений, разложения растительных остатков.
Исследования показывают, что ферментативная активность уреазы отличается в разных типах почвы и зависит от типа землепользования (целина или пашня). Так, например, в черноземах активность фермента тем меньше, чем ниже уровень плодородия почвы. Каштановые почвы в целом характеризуются низкой активностью уреазы. Но при выведении чернозема из целины под сельскохозяйственное использование активность фермента увеличивается, а в каштановых почвах при распашке она снижается [1]. Оказывает влияние и степень гумусированности почвы: чем она выше, тем активнее фермент, а самая высокая активность гидролитических ферментов, к которым относится и уреаза, проявляется в гумусовом горизонте [4].
При этом на уреазу влияет и вид обработки почвы [5]. При возделывании чернозема обыкновенного более высокая активность фермента наблюдается при дисковании тяжелой бороной на глубину 8-10 см, на втором месте стоит No-till, а более низкие значения имеет почва при использовании отвальной вспашки на глубину 20 см [1].
Объекты и методы
Исследование было проведено в период 2020-2022 гг. В работе рассматривается применение одно- и двукратной фолиарной обработки озимой пшеницы гуминовыми препаратами в критические для культуры фазы: кущения и колошения. Применяли гуминовые препараты в рекомендованных производителями дозировках на фоне среднего уровня минерального питания N40P40K40, принятых для этой культуры в данном регионе технологий обработки почв и приемов возделывания.
Опыт в условиях полевого стационара ФГБНУ ФРАНЦ (Аксайский район Ростовской области) был заложен по следующей схеме (табл. 1).
Таблица 1 / Table 1
Схема опыта / Scheme of experience
Вариант Гуминовый препарат / концентрация, % Фаза внесения
Кущение Колошение
Контроль (фон) - — —
«BЮ-Дон-1» «BIO-Дон» 0,002 + —
«BЮ-Дон-2» «BЮ-Дон»-2x0,002 + +
«ЭКОСС-1» «ЭКОСС» 0,002 + —
«ЭКОСС-2» «ЭКОСС» 2x0,002 + +
Согласно схеме, обработку гуминовыми препаратами проводили однократно (в фазу кущения) и двукратно (в фазы кущения и колошения) по вегетирующим растениям в баковой смеси с гербицидами, что делает их применение эргономичным и экономически малозатратным.
Отборы образцов почвы проводили в следующие сроки:
1) после возобновления весенней вегетации (кущение);
2) через 2 недели после обработки гуминовыми препаратами в фазу кущения;
3) через 2 недели после обработки гуминовыми препаратами в фазу колошения;
4) после уборки урожая.
Почва исследуемого стационара представлена черноземом обыкновенным карбонатным.
Гуминовый препарат «ВЮ-Дон» производится путем щелочной обработки вермикомпоста, полученного в ходе переработки навоза крупного рогатого скота калифорнийским червем. Био-гумат «ЭКОСС» произведен на основе переработки навоза крупного рогатого скота и растительных остатков полеводства, прошедших две стадии ускоренной природной гумификации. После стадии ускоренного компостирования в биодинамических ферментерах из полученного субстрата экстрагируют по особой технологии с применением воды жидкий препарат.
Сорт озимой пшеницы Золушка селекции ФГБНУ ФРАНЦ.
Отбор почвенных образцов по вариантам опыта произведен по ГОСТ 17.4.4.02-2017 [6], определение подвижных форм азота - по ГОСТ 26489-85 [7], 26951-86 [8], определение активности уреазы - по Галстяну [9] в модификации Наими [10], определение рН водной почвенной вытяжки - по ГОСТ 26423-85 [il].
Погодно-климатические условия в годы исследований характеризовались крайней неоднородностью распределения атмосферной влаги по вегетационному периоду. Если в 2020-2021 гг. основная масса осадков приходилась на весенне-летний период, то в 2021-2022 гг. благоприятные по содержанию влаги условия сложились в период появления всходов и осеннего кущения, а весенне-летний период характеризовался засушливостью. По температурному режиму периоды близки к средним многолетним значениям [12].
Результаты исследования
Активность уреазы тесно сопряжена с содержанием в почве аммонийного и нитратного азота. Так как эти формы азота в результате микробной деятельности переходят одна в другую, мы оценивали суммарное содержание аммония и нитратов.
Рассмотрим динамику уреазной активности в вегетационном периоде 2020-2021 гг. Следует обратить внимание на разницу в активности фермента между первым и вторым отборами по всем вариантам (рис. 1).
Так как второй отбор происходил непосредственно перед второй обработкой, а значит, все варианты опыта, кроме контроля, были обработаны к этому времени всего один раз, поэтому разница в полученных результатах весьма важна. Казалось бы, должны быть схожие тенденции в вариантах с одинаковым гуминовым препаратом. Однако это не так.
На контроле значения между первым и вторым отбором статистически незначимы. В варианте с «В10-Дон-1» наблюдается достоверное снижение активности уреазы по сравнению как с контролем, так и с активностью уреазы на этом варианте до обработки препаратом «BIO-Дон». В то же время в варианте «В10-Дон-2» такого снижения активности фермента не наблюдается, напротив, можно отметить тенденцию к некоторому увеличению показателя. В обоих вариантах с обработкой растений «ЭКОСС» активность фермента увеличивается, причем в варианте «ЭКОСС-2» этот рост достоверен. Такой разброс значений обусловлен динамичностью показателя. В целом можно констатировать, что все значения уреазного пула лежат в пределах 5,7-8,9 мг NH3 на 10 г за 24 ч, что позволяет оценить почву как бедную этим ферментом [13].
Сравнивая между собой варианты с одинаковым удобрением, но с разной кратностью обработок, можно заметить, что, например, при однократной обработке препаратом «ЭКОСС» наблюдается равномерный, но статистически незначимый рост активности фермента вплоть до 3-го отбора, но к уборке активность фермента резко снижается на статистически значимую величину. В варианте «ЭКОСС-2» после первой обработки активность уреазы резко и достоверно возрастает, а вот через две недели после второй обработки активность фермента так же резко снижается и остается низкой до самой уборки.
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2023. No. 3
<N h
о 3
P.
>
g <
5,5
[
§
]
C=p
S555S55S
Контроль
«ВЮ-Дон-1» «ВЮ-Дон-2» «ЭКОСС-1»
«ЭКОСС-2»
Рис. 1. Динамика уреазной активности по вариантам опыта в вегетационном периоде 2020-2021 гг. / Fig. 1. Dynamics of urease activity according to the variants of the experiment in the growing season 2020-2021
Динамика средних значений уреазной активности между 1-4-м отборами на контроле сходна с вариантом «BЮ-Дон-2», однако разброс значений на контроле гораздо больше, активность уре-азы в варианте «BЮ-Дон-2» находится примерно на одном уровне, несмотря на то что есть незначительные увеличение и уменьшение значений. Разброс средних значений между 1-4-м отборами на остальных вариантах меньше по сравнению с контролем.
Контроль показывает, как изменяется активность уреазы на протяжении вегетационного периода без воздействия гуминовыми препаратами: идет равномерное снижение активности от весны к лету. А данные остальных вариантов убеждают, что применение гуминовых препаратов является фактором, изменяющим активность фермента. «BЮ-Дон» не показывает такой заметной динамики значений, как варианты с «ЭКОСС». При этом однократная обработка «ЭКОСС» мало влияет на динамику показателя, а двукратная приводит к достоверным различиям по сравнению с контролем. Обусловлено такое явление воздействием гуминовых препаратов на физиологические процессы растения и активизацией корневых выделений, в свою очередь стимулирующих активность микроорганизмов [14, 15].
Количество доступного азота в течение вегетационного периода снижается во всех вариантах опыта. Однако в большинстве вариантов опыта наблюдается незначительный рост после уборки урожая, что и понятно, так как потребление азота растениями прекратилось, исключением является вариант «ЭКОСС-1», в нем продолжается некоторое снижение, что, возможно, обусловлено расходом азота на деятельность микроорганизмов ризосферы (рис. 2).
Одинаковое проявление тенденции к снижению содержания доступных форм азота говорит об активном поглощении его растениями. Разница между вариантами заключается в интенсивности этого процесса на различных стадиях его развития. Рассмотрим каждый вариант снижения их значений. На контроле наблюдается уменьшение содержания доступных форм азота ко второму отбору на 65,7 %, к третьему отбору тенденция сохранилась и произошло снижение еще на 20,2 %.
В варианте «ВЮ-Дон-1» отмечаются аналогичные процессы и суммарное понижение сопоставимо с контролем: на 41 % в фазу кущения и 48,2 % в фазу колошения. В варианте «ВЮ-Дон-2» картина иная: соответственно по фазам снижение содержания доступных форм азота составило 23,7 и 67,5 %.
130 120 110
I
Is 100
i 90
О
m
J 80
Л
&
a 50 н н
g 40 ь
| 30 и
20 10
0
Рис. 2. Динамика подвижных соединений азота по вариантам опыта в вегетационном периоде 2020-2021 гг.
/ Fig. 2. Dynamics of mobile nitrogen compounds according to experimental variants in the growing season 2020-2021
В вариантах с препаратом «ЭКОСС» интенсивность уменьшения содержания подвижного азота примерно похожая: при однократной обработке «ЭКОСС-1» - 58,3 и 27,9 %, при двукратной («ЭКОСС-2») - 64,8 и 25,1 %.
В целом на первом месте по уменьшению доступного азота в период наблюдений стоит вариант «БЮ-Дон-2» (снижается на 91,2 %), затем «ЭКОСС-2» (89,9 %) и «BIO-Дон-1» (89,2), а наименьшее снижение наблюдается в варианте «ЭКОСС-1» (86,2) и на контроле (85,9 %).
Разница между этими тремя позициями составляет 2-4 %, но тем не менее наблюдается зависимость от кратности применения гуминовых препаратов: при двукратной обработке проявляется более интенсивное снижение количества азота. В этом снижении интересен тот факт, что во всех вариантах сохраняется примерно одинаковый уровень содержания подвижного азота в почве после уборки - 10,57-13,40 мг/кг. То есть существует минимальный уровень, ниже которого количество подвижного азота в данном эксперименте не опускается.
Абсолютная величина снижения показывает, что больше всего азота вынесли растения, обработанные «BIO-Дон» (94,16 и 96,33 мг), немного меньшее его количество вынесли растения на вариантах с «ЭКОСС» (83,67 и 87,28), а меньше всего - на контроле (65,79 мг). Такая разница объясняется изначальным количеством азота, как доступным для растений, так и потенциально доступным. В начале вегетационного периода больше всего доступного азота было в вариантах с «BIO-Дон», а меньше всего на контроле. То есть чем больше было бы доступного азота, тем больше было бы поглощено растением, тем потенциально выше урожайность.
Между «BIO-Дон» и «ЭКОСС» есть разница в интенсивности снижения доступного азота. Оба варианта с «BIO-Дон» характеризуются меньшим снижением ко второму отбору и большим к третьему (в варианте с «BIO-Дон-!» - это 41,5 и 23 %, а «BIO-Дон-2» - 23,7 и 67,5 %). В вариантах с «ЭКОСС» идет значительное снижение ко второму и небольшое к третьему отбору («ЭКОСС-1» - 58,3 и 27,9 %; «ЭКОСС-2» - 64,8 и 25,1 %). При этом на вариантах с «ЭКОСС» отмечена идентичная с контролем динамика.
На количество азота влияет активность уреазы. Так, в вариантах с контролем наблюдается постоянное снижение активности фермента. В начале вегетационного периода более высокие
1 1 1 1-й отбор 1 2-й отбор! ! 3-й отбор И 4-й отбор
т
■■
Г-
-- 1
г
--7- J
É 1
¿I ____[. 1 il ni II Ii
Контроль «ВЮ-Дон-1» «ВЮ-Дон-2» «ЭКОСС-1» «ЭКОСС-2»
значения уреазы позволили поглотить больше азота, чем в его конце, когда активность снизилась. В вариантах с «ЭКОСС», как уже было упомянуто, наблюдается повышение активности фермента ко второму отбору. Причем двукратная обработка в большей степени повышает активность уреазы, чем однократная, соответственно, наблюдается и большее снижение содержания подвижного азота в варианте с двукратной обработкой.
В варианте с однократной обработкой «ЭКОСС» повышение активности уреазы происходит до третьего отбора, однако поглощение азота снижается.
Обработка посевов препаратом «BЮ-Дон» способствует снижению активности уреазы ко второму отбору на варианте с однократной обработкой и почти не изменяет ее значения в варианте с двукратной обработкой, при этом колебания активности уреазы во всех отборах маленькие. В варианте с однократной обработкой наблюдается практически одинаковое снижение азота между первым и вторым и между вторым и третьим отборами, а в варианте с двукратной обработкой больше азота поглощается между 2-м и 3-м отборами.
В 2021-2022 гг. активность уреазы увеличивалась на протяжении всего вегетационного периода во всех вариантах опыта (рис. 3).
10,5 10 9,5
F
^ Q
JN у
1-е О
> 8,5 Я s
СП
й Щ
> 7 5
< ö,5
6
5,5
_ кЧ в
1 1
1 1 1 1 t ж 88
■у 1 1
1 1 1 1 т J у* ргц
: 1 ft т 1 1 1 44SK й
1 1 -L Ei >
f it >1 1 и
I 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 I 2 3 4 1 2 3 4
Контроль «ВЮ-Дон-1» «ВЮ-Дон-2» «ЭКОСС-1» «ЭКОСС-2»
Рис. 3. Динамика уреазной активности по вариантам опыта в вегетационном периоде 2021-2022 гг.
/ Fig. 3. Dynamics of urease activity according to the variants of the experiment in the growing season 2021-2022
Поэтому рассматривать разницу между первым и вторым отбором не имеет смысла, но вот разобраться в том, насколько сильно повлияли на этот процесс гуминовые препараты, можно. Самое большое увеличение активности фермента при сравнении результатов 1 -го и 4-го отбора в варианте «ЭКОСС-2». Однако мы видим, что активность уреазы в образцах почвы 4-го отбора в варианте «ЭКОСС-2» и на контроле близки друг другу, но начальные значения различны, и на контроле активность фермента немного выше на начало вегетационного периода. Также активность уреазы на контроле выше, чем во всех остальных вариантах, и ни на одном из них, кроме варианта «ЭКОСС-2», активность уреазы не достигла значений контроля по 4-му отбору. Самую высокую прибавку активности уреазы дает гуминовый препарат «ЭКОСС» при двукратной обработке растений, в этом варианте к моменту уборки по активности уреазы чернозем можно оценить как среднеобогащенный [12]. Однократная обработка данным препаратом лишь немного отличается от контроля, в то время как «BIO-Дон» показал себя как сдерживающий фактор роста активности фермента.
ISSN 1026-2237 BULLETINOFHIGHEREDUCATIONALINSTITUTIONS. NORTHCAUCASUSREGION. NATURAL SCIENCE. 2023. No. 3
Сравнивая два года опыта, можно заметить, что активность уреазы снизилась к началу второго года исследования по сравнению с началом первого. На контроле это уменьшение составило 10,4, а во всех остальных вариантах - 9,2 %. А вот значения уреазы в ее пик активности увеличились: на контроле и в варианте «ЭКОСС-2» - на 12,4, в варианте с «В10-Дон-2» и «ЭКОСС-1» -на 10,2, а на «В10-Дон-1» - на 13,8 %. Что касается минимальных значений, то на контроле и «В10-Дон-1» они выросли на 9,7 и 6,4 % соответственно. «В10-Дон-2» и «ЭКОСС-1» не изменились, а минимальное значение у варианта «ЭКОСС-2» немного уменьшилось - на 3,4 %.
Засушливый 2022 г. характеризуется изменениями в количестве доступного азота, характер которых во всех вариантах опыта очень существенно отличается от картины предыдущего года. Так, в контрольном варианте наблюдается пик по количеству доступного элемента во втором отборе. Его содержание увеличивается между первым и вторым отбором, затем происходит резкий спад к третьему отбору и снова накопление к 4-му отбору (рис. 4). При этом уреазная активность в первые три отбора несколько повышается, но ее состояние лучше описать как плато, а затем идет резкое увеличение к 4-му отбору. Сказать, что изменение ее активности повлияло на содержание азота, нельзя, но стоит учитывать и тот факт, что изначальное содержание подвижного азота в почве контрольного варианта равнялось в 2021 г. 76,58, а в 2022 - 20,62 мг/кг. В образцах почвы второго отбора (спустя 2 недели после первой обработки растений гуминовыми препаратами) наблюдался рост доступных форм азота, который может быть связан с преобладанием скорости трансформации азота в доступные формы над его поглощением растениями. Для понимания процессов увеличения скорости трансформации стоит рассмотреть изменение показателя pH (табл. 2) с учетом того, что оптимальным для уреазы является диапазон 6,5-7 [3].
&
и
50 45 40
g 35 Û
£ зо
о К
£L
а 25
20
s s
15
10
Г 1-й отбор г 2-й отбор Г 3-й отбор H 4-й отбор
№
_
Контроль
«БЮ-Дон-1»
«БЮ-Дон-2»
«ЭКОСС-1»
«ЭКОСС-2»
Рис. 4. Динамика подвижных соединений азота по вариантам опыта в вегетационном периоде 2021-2022 гг. / Fig. 4. Dynamics of mobile nitrogen compounds according to experimental variants in the growing season
2021-2022
Из табл. 2 видно, что самым высоким значением рН на контроле характеризовалась почва в 1-й отбор, а самым оптимальным для проявления активности уреазы - во 2-й отбор, близкое к оптимуму по этому показателю было состояние почвы в 3-й и 4-й отборы. Поэтому мы видим здесь явное влияние рН среды на активность уреазы, и это объясняет распределение азота на контрольном варианте. В варианте с «В10-Дон-1» самым высоким значением рН характеризова-
лась почва через 2 недели после первой обработки гуминовым препаратом, что сказалось на количестве азота: его было меньше всего в этом отборе. Затем наблюдалось увеличение его содержания к третьему отбору, где pH был оптимальным.
Таблица 2 / Table 2
Динамика рН в течение вегетационного периода 2021-2022 гг. / pH dynamics during the growing season 2021-2022 (НСР05-=0,05)
Вариант опыта Отбор 1 Отбор 2 Отбор 3 Отбор 4 Изменения к концу опыта
Среднее Разница с контролем Среднее Разница между отборами Среднее Разница между отборами Среднее Разница между отборами
Контроль 7,42 - 6,98 -0,44 7,25 0,28 7,10 -0,15 -0,32
«БЮ-Дон-1» 7,15 -0,27 7,26 0,11 6,85 -0,40 7,03 0,18 -0,12
«БЮ-Дон-2» 7,15 -0,27 7,06 -0,09 6,85 -0,22 7,02 0,17 -0,13
«ЭКОСС-1» 7,29 -0,13 7,18 -0,11 7,19 0,01 6,82 -0,38 -0,47
«ЭКОСС-2» 7,29 -0,13 7,32 0,03 7,23 -0,08 7,18 -0,06 -0,11
Реакция почвенной среды в варианте «ВЮ-Дон-2» характеризуется близкими к оптимуму значениями, кроме первого отбора, активность уреазы возрастает на протяжении всего вегетационного периода. Исходя из этих данных, можно заранее предположить, что ко второму отбору количество доступного азота станет меньше. Это связано с тем, что почвенные условия по состоянию активности водородных ионов (рН) улучшаются, и активность уреазы увеличивается, а значит, и поглощение азота происходит интенсивнее, что и видно на графике. Второй и третий отборы по количеству азота не сильно отличаются, значение рН почвы во втором отборе близко к оптимальному, в третьем отборе - оптимальное, соответственно, активность уреазы растет, и наблюдается увеличение содержания доступного азота к четвертому отбору.
Самое большое увеличение активности фермента уреазы в 2022 г. наблюдалось в вариантах с «ЭКОСС». Эти варианты характеризуются сначала уменьшением количества доступного азота, а затем его увеличением, причем максимальное увеличение приурочено к варианту с двукратной обработкой, при однократной наблюдается постоянное снижение в течение первых трех отборов и увеличение только после уборки урожая.
На такое распределение оказывает заметное влияние рН. В варианте с «ЭКОСС-1» неоптимальные значения рН были в период с первого по третий отбор, влияние этого мы видим в характере уменьшения азота, описанном выше. На вариантах с «ЭКОСС-2» в почве были неоптимальные значения рН только в образцах первого и второго отбора. Самыми оптимальными значениями рН почва в вариантах с «ЭКОСС» характеризовалась в период после уборки (четвертый отбор), в это же время наблюдаются самые высокие величины ферментативной активности, и благодаря сумме этих факторов увеличивается количество доступного азота. Однако данный факт может быть обусловлен и тем, что потребность растений в этом элементе питания к моменту уборки стремится к минимуму.
Заключение
Динамика подвижных соединений азота в черноземе обыкновенном карбонатном определяется фазой развития растений, погодными условиями вегетационного сезона, особенностями гу-минового препарата и количеством обработок. В более благоприятный по гидротермическим условиям год содержание азота снижается по мере формирования и созревания озимой пшеницы, соответственно, уреазная активность возрастает, что обусловлено высокими потребностями растений. В засушливый 2022 г. активность уреазы была высокой, начиная с момента возобновления вегетации и до уборки, что обусловлено недостатком в почве влаги и пониженной подвижностью азота. Двукратная обработка посевов озимой пшеницы гуминовыми препаратами пролонгирует повышенное потребление азота, что сопряжено и с большей активностью фермента. Гуминовый препарат «ЭКОСС» отличается более выраженным воздействием на азотный режим по сравнению с «ВЮ-Доном».
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2023. No. 3
Список источников
1. Романов В.Н., Заушинцена А.В., Кожевников Н.В. Применение показателей активности ферментов для оперативной диагностики экологического состояния агрогенных почв // Достижения науки и техники АПК. 2019. Т. 33, № 7. С. 44-47.
2. Medvedeva A.M., Biryukova O.A., Ilchenko Y.I., Minkina T.M., Kucherenko A.V., Bauer T.V., Mandzhieva S. S., Mazarji M. Nitrogen state of Haplic Chernozem of the European part of Southern Russia in the implementation of resource-saving technologies // J. of the Science of Food and Agriculture. 2021. Vol. 101, № 6. Р. 2312-2318. Doi: 10.1002/jsfa.10852.
3. Хазиев Ф.Х. Системно-экологический анализ ферментативной активности почв. М.: Наука, 1982. 203 с.
4. Бурлакова Л.М., Ананьева Ю.С. Влияние экспозиции склона на ферментативную активность агрогенных черноземов Алтайского Приобья // Вестн. Алтайского гос. аграр. ун-та. 2010. № 11 (73). С. 16-20.
5. Пронько В.В., Журавлев Д.Ю., Ескова В.С., Ярошенко Т.М., Климова Н.Ф. Ферментативная активность черноземных и каштановых почв в агроландшафтах Среднего Поволжья // Новые методы и результаты исследований ландшафтов в Европе, Центральной Азии и Сибири: в 5 т. / под ред. В.Г. Сычева, Л. Мюллера. М.: ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова, 2018. Т. I. С. 208-211.
6. ГОСТ 17.4.4.02-2017. Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа. М.: Стандартинформ, 2018. 10 с.
7. ГОСТ 26489-85. Почвы. Определение обменного аммония по методу ЦИНАО. М.: Гос. комитет СССР по стандартам, 1986. 5 с.
8. ГОСТ 26951-86. Почвы. Определение нитратов ионометрическим методом. М.: Гос. комитет СССР по стандартам, 1986. 8 с.
9. Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии. М.: Наука, 2005. 256 с.
10. Наими О.И. О методе определения активности уреазы в почве // Высокие технологии и инновации в науке: сб. избр. ст. Междунар. науч. конф., Санкт-Петербург, 27 ноября 2019 г. СПб.: Гум. нац. исслед. ин-ут «Нацразвитие», 2019. С. 17-20.
11. ГОСТ 26423 -85. Почвы. Методы определения удельной электрической проводимости, рН и плотного остатка водной вытяжки. М.: Гос. комитет СССР по стандартам, 1985. 7 с.
12. Клименко А.И., Парамонов А.В., Гринько А.В., Целуйко О.А., Бахматова Г.А., Гуленок Р.А. Мониторинг метеоданных ФГБНУ ФРАНЦ. Рассвет: АзовПринт, 2022. 44 с.
13. Звягинцев Д.Г. Биологическая активность почв и шкалы для оценки некоторых ее показателей // Почвоведение. 1978. № 6. С. 48-54.
14.Хомяков Ю.В. Роль корневых выделений растений в формировании биохимических свойств корне-обитаемой среды: автореф. дис. ... канд. биол. наук. СПб., 2009. 22 с.
15. Bezuglova O.S., Gorovtsov A.V., Polienko E.A., Zinchenko V.E., Grinko A.V., Lykhman V.A., DubininaM.N., Demidov A. Effect of humic preparation on winter wheat productivity and rhizosphere microbial community under herbicide-induced stress // J. Soils Sediments. 2019. Vol. 19, iss. 6. Р. 2665-2675, https://doi.org/10.1007/s11368-018-02240-z.
References
1. Romanov V.N., Zaushintsena A.V, Kozhevnikov N. V Application of indicators of enzyme activity for operational diagnostics of the ecological state of agrogenic soils. Dostizheniya nauki i tekhniki APK = Achievements of Science and Technology of AICis. 2019;33(7):44-47. (In Russ.).
2. Medvedeva A.M., Biryukova O.A., Ilchenko Y.I., Minkina T.M., Kucherenko A.V, Bauer T.V., Mandzhieva S.S., Mazarji M. Nitrogen state of Haplic Chernozem of the European part of Southern Russia in the implementation of resource-saving technologies. J. of the Science of Food and Agriculture. 2021;101(6):2312-2318, doi: 10.1002/jsfa.10852.
3. Khaziev F.H. System-ecological analysis of enzymatic activity of soils. Moscow: Nauka Publ.; 1982. 203 p. (In Russ.).
4. Burlakova L.M., Ananyeva Yu. S. The influence of slope exposure on the enzymatic activity of agrogenic chernozems of the Altai Ob region. Vestn. Altaiskogo gos. agrar. un-ta = Bulletin of Altai State Agricultural University. 2010;(11):16-20. (In Russ.).
5. Pronko V.V., Zhuravlev D.Yu., Eskova VS., Yaroshenko T.M., Klimova N.F. Enzymatic activity of chernozem and chestnut soils in agricultural landscapes of the Middle Volga region. New methods and results of landscape studies in Europe, Central Asia and Siberia: in 5 vols. Ed. by V.G. Sychev, L. Muller. Vol. I. Moscow: Pryanish-nikov All-Russian Research Institute of Agrochemistry Press; 2018:208-211. (In Russ.).
6. GOST17.4.4.02-2017. Nature protection. Soil. Methods of sampling and preparation of samples for chemical, bacteriological, helminthological analysis. Moscow: Standartinform Publ.; 2018. 10 p. (In Russ.).
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2023. No. 3
7. GOST 26489-85. Soil. Determination of exchange ammonium by the Central Research Institute of Agro-chemical Service of Agriculture method. Moscow: USSR State Committee on Standards Press; 1986. 5 p. (In Russ.).
8. GOST 26951-86. Soils. Determination of nitrates by ionometric method. Moscow: USSR State Committee on Standards Press; 1986. 8 p. (In Russ.).
9. Khaziev F.H. Methods of soil enzymology. Moscow: Nauka Publ.; 2005. 256 p. (In Russ.).
10. Naimi O.I. On the method of determining the activity of urease in the soil. High technologies and innovations in science: A collection of selected articles of the International Scientific Conference, St. Petersburg, November 27, 2019. St. Petersburg: Humanitarian National Research Institute "National Development" Press; 2019:1720. (In Russ.).
11. GOST 26423-85. Soil. Methods for determining the specific electrical conductivity, pH and dense residue of water extract. Moscow: USSR State Committee on Standards Press; 1985. 7 p. (In Russ.).
12. Klimenko A.I., Paramonov A.V, Grinko A.V., Tseluiko O.A., Bakhmatova G.A., Gulenok R.A. Monitoring of meteorological data of Federal State Budgetary Scientific Institution "Federal Rostov Agrarian Scientific Center". Rassvet: AzovPrint Publ.; 2022. 44 p. (In Russ.).
13. Zvyagintsev D.G. Biological activity of soils and scales for assessing some of its indicators. Pochvovedenie = Eurasian Soil Science. 1978;(6):48-54. (In Russ.).
14. Khomyakov Yu.V. The role ofplant root secretions in the formation of the biochemical properties of the root environment. Dissertation Thesis. St. Petersburg, 2009. 22 p. (In Russ.).
15. Bezuglova O.S., Gorovtsov A.V, Polienko E.A., Zinchenko VE., Grinko A.V, Lykhman VA., Dubinina M.N., Demidov A. Effect of humic preparation on winter wheat productivity and rhizosphere microbial community under herbicide-induced stress. J. Soils Sediments. 2019;19(6):2665-2675, https://doi.org/10.1007/s11368-018-02240-z.
Информация об авторах
В.А. Матюгин - аспирант, младший научный сотрудник.
О. С. Безуглова - доктор биологических наук, профессор, главный научный сотрудник. Information about the authors
V.A. Matyugin - Postgraduate Student, Junior Researcher.
O.S. Bezuglova - Doctor of Science (Biology), Professor, Main Researcher.
Статья поступила в редакцию 20.04.2023; одобрена после рецензирования 20.05.2023; принята к публикации 20.06.2023. The article was submitted 20.04.2023; approved after reviewing 20.05.2023; accepted for publication 20.06.2023.
