CC BY
40
УДК 631.465:631.8:631.51
ВЛИЯНИЕ ПРИЕМОВ ОБРАБОТКИ И ДОЗ УДОБРЕНИЙ НА ФЕРМЕНТАТИВНУЮ АКТИВНОСТЬ СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ
ЗИНЧЕНКО М.К.,
кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории микробиологии ФГБНУ Владимирский НИИСХ, e-mail: [email protected].
ЗИНЧЕНКО С.И.,
доктор сельскохозяйственных наук, заместитель директора по научной работе ФГБНУ Владимирский НИИСХ, e-mail: zinchenkosergei@mail.
Реферат. Изучалась ферментативная активность серых лесных почв Владимирского ополья и влияние на нее обработки почвы и удобрений. Исследования проводились в длительном стационарном опыте Владимирского НИИСХ. В звене шестипольного севооборота изучались три варианта основной обработки почвы: мелкая на 6-8 см, глубокая на 20-22 см и отвальная вспашка на 20-22 см и два варианта внесения удобрений: N60P60K6q кг/га на нормальном фоне и N90P90K90 кг/га на высоком. В свежих почвенных образцах определяли активность ферментов: каталазы, пероксида-зы и фенолоксидазы, уреазы, инвертазы и общую фосфатазную активность. Активность ферментов серой лесной почвы снижается с глубиной в соответствии с распределением гумуса в ней. Наибольшая каталитическая активность почвы по изучаемым ферментам выявлена в слое 0-20 см. На распределение инвертазной, уреазной и каталазной активности может влиять не только распределение гумуса, но и азота. Исследования показали, что сельскохозяйственное использование снижает ферментативную активность серой лесной почвы в среднем на 16-22 % по сравнению с почвой залежи. Максимальная отрицательная трансформация активности отмечена у фермента уреазы (до 50 %). Ферментативная активность устойчиво возрастает на фоне использования удобрений в дозе N90P90K90 кг/га по всем приемам основной обработки почвы. Активность каталазы и инвертазы на этих фонах превосходит даже природные аналоги. Близкий к природным аналогам уровень ферментативной активности выявлен на варианте ежегодной отвальной вспашки при использовании N90P90K90 - 98,4 %. На этом варианте также отмечены максимальные показатели активности каталазы и инвертазы (соответственно 105 и 116 %).
Ключевые слова: удобрение, дозы, серая лесная почва, ферментативная активность, обработка почвы, залежь.
THE INFLUENCE OF TILLAGE PRACTICES AND FERTILIZER RATES ON FERMENTATIVE ACTIVITY OF GREY FOREST SOIL
ZINCHENKO M.K.,
Candidate of Biological Sciences, Leading Researcher of the Laboratory of Microbiology, FSBSI Vladimirsky Research Institute of Agriculture, E-mail: [email protected].
ZINCHENKO S.I.,
Doctor of Agricultural Sciences, Deputy Director for Scientific Work, FSBSI Vladimirsky Research Institute of Agriculture, E-mail: [email protected].
Essay. The enzymatic activity of gray forest soils of the Vladimirian opium was studied and the influence of tillage and fertilizers on it was influenced. The studies were carried out in the long-term stationary experiment of the Vladimir Institute of Nuclear Research. In the link of the six-field crop rotation, three variants of the main tillage were studied: 6-8 cm deep, 20-22 cm deep and 20-22 cm deep plowing, and two fertilizer applications: N60R60K60 kg / ha on a normal background and N90P90K90 kg / ha on high. In fresh soil samples, enzyme activity was determined: catalase, peroxidase and phenoloxidase, urease, invertase, and total phosphatase activity. The activity of the enzymes of gray forest soil decreases with depth in accordance with the distribution of humus in it. The greatest catalytic activity of the soil in the studied enzymes was found in the 0-20 cm layer. The distribution of invertase, urease and catalase activity can be affected not only by the distribution of humus, but also by nitrogen. Studies have shown that agricultural use reduces the enzymatic activity of gray forest soil by an average of 16-22% compared to the soil of the reservoir. The maximum negative transformation of activity was noted in the enzyme urease (up to 50%). The enzymatic activity steadily increases against the background of the use of fertilizers in a dose of N90P90K90 kg / ha for all methods of basic soil cultivation. The activity of catalase and invertase on these backgrounds exceeds even natural analogues. The level of enzymatic activity close to natural analogs is revealed on the annual dumping plow using N90P90K90 - 98.4%. On this variant, the maximum indicators of the activity of catalase and invertase (respectively, 105 and 116%) were also noted.
Keywords: fertilizer, rates, grey forest soil, fermentative activity, tillage, idle land.
Введение. Среди известных методов диагностики антропогенных изменений биологических свойств почвы наиболее перспективным считается метод, основанный на определении ферментативной активности почвы. Его преимуществом является возможность определения измене-
ний в почве на ранних стадиях и возможность прогнозирования направленности почвенных процессов [1]. Поэтому исследования в этом направлении представляются перспективными в том отношении, что позволят получить более полное представление о влиянии отдельных
агротехнических приемов на биологическую активность и устойчивость агроэкосистем и оптимизировать антропогенное воздействие на почву.
Объектом исследования является серая лесная слабо-оподзоленная почва Владимирского ополья.
Цель исследования - оценить влияние агротехнических факторов на ферментативную активность агрогенно трансформированных серых лесных почв. В задачу исследований входило изучить активность ферментативного пула серой лесной почвы под воздействием различных приемов основной обработки почвы по двум фонам применения удобрений. В качестве абсолютного контроля использовалась почва залежного участка.
Материал и методика исследования. Исследования проводили в длительном стационарном опыте (Владимирский НИИСХ, г. Суздаль), где с 1986 г. проводится полевой эксперимент по оценке эффективности влияния приемов основной обработки почвы на параметры почвенного плодородия и урожайность сельскохозяйственных культур. В период с 2014 по 2016 гг. в звене шестипольного севооборота (ячмень - овес - клевер 1 г.) изучались три варианта основной обработки почвы: ежегодная мелкая (КПС на 6-8 см) (ЕМПО); ежегодная глубокая (КПГ-250 на 20-22 см) (ЕГПО); ежегодная отвальная вспашка (ПЛН-3-35 на 20-22 см) (ЕОВ). Минеральные удобрения на нормальном фоне вносились в дозе ^0Р60К60 кг/га, на высоком N^90^ кг/га.
Пахотный слой характеризовался следующими агрохимическими показателями: содержание подвижных форм Р2О5 и К2О - 150 и 138 мг/кг почвы соответственно, рНК(Х 5,8. Содержание гумуса в пахотном горизонте варьировало в пределах 2,67-3,19 %.
Почва для определения активности ферментов отбиралась на стационарных площадках в каждом варианте основной обработки из слоев 0-10, 10-20, 20-30, 30-40 см по трем срокам: май, июль, сентябрь.
В свежих почвенных образцах определяли активность следующих ферментов: каталазы (метод А.Ш. Галстяна); пероксидазы и фенолоксидазы (методы К.А. Козлова); уреазы (метод Т.Б. Щербаковой), инвертазы (метод И.Н. Ремейко и С.М. Малиновской) и общую фосфатазную активность (метод И.Т. Геллера и К.Е. Гинзбурга) [2].
Результаты исследования. В 2015 г. были проанализированы почвенные образцы траншеи (до глубины 1 м), располагавшейся на залежи, рядом с опытным полем.
Изучаемая почва характеризуется постепенно убывающим распределением гумуса в метровой толще и низким содержанием органического вещества в слое 0-30 см почвы. Активность ферментов серой лесной почвы зако-
номерно снижается с глубиной в соответствии с распределением гумуса в ней (таблица 1). Эта зависимость объясняется приуроченностью ферментов к органическому веществу, в котором сосредоточены почти все почвенные ферменты и их субстраты.
Наибольшая каталитическая активность серой лесной почвы Владимирского ополья по изучаемым ферментам приурочена к слою 0-20 см [3-4] и объясняется обильным расположением в нем ризосферы растений, а также максимальным содержанием гумуса. На распределение ин-вертазной, уреазной и каталазной активности может оказывать влияние не только распределение гумуса, но и азота. При этом основная масса азота входит в состав гумуса как в виде белковых фракций и продуктов их гидролиза аминокислот, связанных с полифеноламии, сахарами и минеральной частью почвы, так и в состав других азотсодержащих органических соединений нуклеиновых кислот и их производных, аминосахаров и т.д. [5, 6]. Концентрация «живой» корневой массы обогащает верхний слой почвы биологически активными экссудатами, стимулирующими развитие микрофлоры и активизирующими ферментативную активность.
С глубины 20-30 см наблюдается резкое снижение (более чем в 2 раза) активности ферментов, которое продолжает убывать с глубиной. Распределение активности каталазы в метровом профиле несколько отличается от других ферментов. До глубины 50 см отмечается закономерное снижение активности фермента. Возрастание абсолютных показателей с глубины 50-60 см не связано с активизацией окислительно- восстановительных процессов в лежащих слоях, а обусловлено наличием карбонатов (СаСО3) в почвенном профиле. Повышение абсолютных показателей выделения кислорода (при проведении анализа) вызвано воздействием перекиси водорода на углекислый кальций.
Чтобы оценить степень длительного агротехнического влияния на активность ферментов и определить общую ферментативную активность каждого фона интенсификации и приема основной обработки почвы в сопоставимых условных единицах, нами была использована методика О.В. Енкиной (1999) [7]. Согласно методике, степень влияния агротехнической нагрузки на различные группы ферментов отражается отношением показателей их активности в почве опытных вариантов к почве природных аналогов (залежи), в процентах (таблица 2). Средние показатели активности ферментов залежного участка принимали за 100 %.
Выявлено, что уровень активности ферментов в почве целинного аналога был выше, чем в почве опытного поля.
Таблица 1 - Профильное распределение ферментов в серой лесной почве залежи
Глубина, см Гумус, % Каталаза, мл О2/мин. на 1 г почвы Уреаза, мг N^/1 г почвы Инвертаза, мг глюкозы на10 г почвы Фосфатаза, мг Р2О5/1 г почвы
0-10 3,56 2,9 0,17 33,4 0,46
10-20 3,49 2,8 0,13 29,9 0,41
20-30 2,61 1,0 0,06 11,0 0,20
30-40 1,74 0,7 0,04 4,80 0,13
40-50 1,05 0,6 0,01 3,50 0,00
50-60 0,88 1,0 0,00 2,20 0,00
60-70 н.о 1,5 0,00 2,20 0,00
70-80 н.о 2,2 0,00 1,30 0,00
80-90 н.о 2,8 0,00 1,30 0,00
90-100 н.о 2,5 0,00 0,00 0,00
Таблица 2 - Уровень ферментативной активности пашни серой лесной почвы, % к природному аналогу
(залежи) в слое 0-20 см
Прием обработки Каталаза Уреаза Инвертаза Фосфатаза Средний процент ферментативной активности
Нормальный фон ^60Р60К60)
ЕМБО на 6-8 см 95,2 58,3 84,4 97,7 83,9
ЕГБО на 20-22 см 85,7 50,0 87,4 87,2 77,6
ЕОВ на 20-22 см 85,7 66,7 83,7 84,9 80,3
Высокий фон №0Р90К90)
ЕМБО на 6-8 см 104,8 66,7 105,4 88,4 91,3
ЕГБО на 20-22 см 100,0 62,5 100,5 86,1 87,3
ЕОВ на 20-22 см 104,8 75,0 116,1 97,7 98,4
Средний уровень активности ферментов в почве природного аналога превосходил уровень ферментативной активности почвы опытного поля. На вариантах опыта активность ферментов была на 16-22 % ниже, чем в почве природных экосистем. Особенно эта тенденция проявилась на фонах с применением удобрений в дозе М60Р60К60. Самое большое снижение наблюдается у фермента уреазы, в зависимости от приема основной обработки оно составляет 33-50 %. Активность этого гидролитического фермента подвержена высокой динамике по годам, так как уреаза является довольно лабильным ферментом. В почвенных условиях ее реакция подвержена влиянию многих факторов, тем более таких, как агротехнические мероприятия, агрофизические свойства почвы, влияние гидротермических условий лет исследования.
Наблюдается устойчивое возрастание ферментативной активности на фоне использования удобрений в дозе М90Р90К90 по всем приемам основной обработки почвы. На этих фонах активность каталазы и инвертазы превосходит даже природные аналоги. Эти ферменты играют важную роль в формировании предгумусовой фракции из разлагающейся растительной и микробной биомассы. Проводимые агротехнические мероприятия стимулируют
их ферментативную активность и могут способствовать гумусонакоплению.
Самым высоким потенциалом ферментативной активности характеризуется вариант, расположенный по ежегодной отвальной вспашке с использованием М90Р90К90. Средний процент ферментативной активности составляет 98,4 %, что близко к уровню серой лесной почвы залежного участка (100 %). На этом варианте также отмечены максимальные показатели активности катала-зы и инвертазы (соответственно 105 и 116 %), а общая фосфатазная активность близка к показателям природных аналогов - 97,7 %.
Вывод. В серых лесных почвах Владимирского ополья сельскохозяйственное использование снижает ферментативную активность почвы в среднем на 16-22 % по сравнению с почвой залежи. На вариантах основной обработки при применении М90Р90К90 активность ферментов выше по сравнению с аналогичными вариантами использования удобрений в дозе М60Р60К60. Самый высокий уровень ферментативной активности (98,4 %) сформировался по ежегодной отвальной вспашке. Здесь отмечено устойчивое возрастание ферментативной активности каталазы и инвертазы, выше залежного участка.
Список использованных источников
1. Куприченков М.Т., Антонова Т.Н. Ферменты в почвах Предкавказья: монография. - Ставрополь: Агрус, 2010. - 192 с.
2. Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии - М.: Наука, 2005. - 252 с.
3. Зинченко М.К., Зинченко С.И., Щукин И.М. Ферментативная активность агроландшафтов Владимирского ополья // Инновационные технологии в адаптивно-ландшафтном земледелии: коллективная монография. Книга 2. -Суздаль, 2015. - С. 89-100.
4. Зинченко М.К., Зинченко С.И. Ферментативный потенциал агроландшафтов серой лесной почвы Владимирского ополья // Успехи современного естествознания. - 2015. - № 1. - С. 1319-1323.
5. Засорина Э.В., Пигорев И.Я. Регуляторы роста на картофеле в Центральном Черноземье // Аграрная наука. -2005. - № 7. - С. 20-22.
6. Кононова М.М. Проблемы почвенного гумуса и современные задачи его изучения. - М.: Изд-во АН СССР, 1961. - 391 с.
7. Енкина О.В., Коробской Н.Ф. Микробиологические аспекты сохранения плодородия черноземов Кубани. -Краснодар, 1999. - 149 с.
List of sources used
1. Kuprichenkov M.T., Antonova T.N. Ferments in soils of Front Caucasus Area: monography. - Stavropol: Agrus, 2010. - 192 p.
2. Khasiev F.Kh. Methods of soil enzymology. - Moscow: Nauka, 2005. - 252 p.
3. Zinchenko M.K., Zinchenko S.I., Shchukin I.M. Fermentative activity of agricultural landscapes of Vladimirskoye Opol'ye // Innovation technologies in adaptive landscape agriculture: collective monography. Book 2. - Suzdal, 2015. - P. 89-100.
4. Zinchenko M.K., Zinchenko S.I. Fermentative potential of agrolandscapes of grey forest soil of Vladimirskoye Opol'ye / The Advances of Modern Natural Sciences. - 2015. - № 1. - P. 1319-1323.
5. Zasorina E.V., Pigorev I.Y. Growth Regulators on potato in the Central Chernozem // Agricultural Science. - 2005. - №. 7. - P. 20-22.
6. Kononova M.M. The problems of soil humus and present-day tasks of its study. - Moscow: The Publishing House of the USSR Academy of Sciences, 1961. - 391 p.
7. Yenkina O.V., Korobskoy N.F. Microbiological aspects of maintaining Kuban chernozem fertility. - Krasnodar, 1999. - 149 p.
