CC BY
90
УДК 631.4
ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ СРОКОВ И СПОСОБОВ ХРАНЕНИЯ ПОЧВЕННЫХ ОБРАЗЦОВ НА ФЕРМЕНТАТИВНУЮ АКТИВНОСТЬ ЧЕРНОЗЕМА
О 2004 г. Е.В. Даденко, К.Ш. Казеев
Features of enzyme activity change of chernozem in different storage conditions of soil samples have been established. Recommendations for the investigation of soil enzyme activity have been resulted.
Многолетними исследованиями показана высокая эффективность биодиагностики и биоиндикации почвенного покрова биохимическими методами. Важнейшим направлением биохимических исследований является изучение активности ферментов. Диагностическая ценность ферментативной активности (ФА) при изучении почвенного покрова несомненна [1—3].
Важным вопросом почвенной энзимологии является устойчивость ФА почв. По литературным данным [1, 2, 4, 5] ферментативная активность относительно устойчива в течение ряда лет при постепенном снижении. Этот факт стал основанием для изучения ФА почв в образцах, хранимых в течение некоторого времени, при этом сроки и условия их хранения были различными. Нами ранее [6] был установлен факт значительного снижения ФА почв при хранении образцов. Эго обстоятельство требовало тщательной проверки и уточнения, в связи с чем были проведены дополнительные исследования, цель которых - исследование влияния хранения почвенных образцов на активность почвенных ферментов.
В качестве объекта исследования выступал чернозем обыкновенный карбонатный учхоза ДГАУ «Донское» Октябрьского района Ростовской области. Изучена активность ферментов пахотного (0-30 см) и дернового (0-10 см) горизонтов, а также почвообразующей породы (120-130 см), представленной желто-бурыми лессовидными суглинками. Исследована активность ферментов двух классов - оксидоредутаз (каталазы) и гидролаз - инвертазы ф-фруктофуранозидазы). Активность каталазы определялась по методу А.Ш. Галстяна [2]; инвертазы - методом А.Ш. Галстяна в модификации Ф.Х. Ха-зиева [3]. Все данные ферментативной активности пересчитаны на воздушносухой вес почвы. Для изучения влияния условий хранения почвенных образцов на активность почвенных ферментов определение проводили в следующих вариантах: 1) в воздушно-сухих образцах, хранимых при комнатной температуре, 2) влажных образцах, хранимых в условиях низкой положительной температуры (холодильник; +4 °С); 3) влажных образцах, хранимых в условиях отрицательной температуры (морозильная камера; -5 °С); 4) хранение воз-душно-сухих образцов в условиях низкой положительной температуры.
В результате исследований установлено, что ферментативная активность чернозема обыкновенного имеет типичные для него показатели. Согласно шкале Д.Г. Звягинцева [5], изучаемая почва является среднеобогащенной по активности каталазы и инвертазы.
Высушивание почвенных образцов приводит к повышению или снижению активности ферментов, что отмечено ранее и другими исследователями [1, 5, 7]. При высушивании образцов чернозема, отобранных в различные сроки, наблюдалось увеличение активности каталазы. В этих же образцах активность инвертазы увеличивалась или снижалась. Снижение активности ферментов при высушивании почв, вероятно, обусловлено изменением структуры белковой молекулы фермента, что приводит к частичной инактивации [1]. Кроме того, при анализе почвы в состоянии естественной влажности усложняется очистка почвенных образцов от корней, что значительно искажает результаты определения активности ферментов. Повышение активности ферментов, очевидно, связано с активацией определенных функциональных групп их белковой молекулы под влиянием кислорода воздуха [1].
В ходе исследования биологической активности чернозема обыкновенного карбонатного малогумусного учхоза ДГАУ «Донское» в декабре и мае 2001 г. установлен факт значительного изменения активности ферментов при хранении воздушно-сухих образцов, особенно в верхних гумусовых горизонтах. Максимум изменений приходится на первоначальные сроки хранения.
В сентябре 2003 г. продолжено изучение изменения ФА чернозема ДГАУ при хранении образцов. Установлен сходный характер изменений активности каталазы целинного, пахотного горизонтов и почвообразующей породы (табл. 1). В течение первых двух недель хранения воздушно-сухих образцов активность каталазы дернового горизонта достоверно не меняется. Достоверное снижение ее на 6 и 12 % отмечено для пахотного и карбонатного горизонтов уже на второй неделе хранения. Через месяц хранения активность каталазы исследуемых горизонтов составила 75-80 % от первоначальной и в дальнейшем значительно не меняется (через шесть месяцев 68-77 %).
Изменения активности инвертазы при хранении воздушно-сухих образцов более значительны (табл. 2). Достоверное снижение ее активности на пахотном участке чернозема уже через неделю хранения составило 45 %, а к шести месяцам 63 %. Для дернового горизонта достоверное снижение активности инвертазы при недельном хранении составило 23 %, еще через неделю отмечен скачек ее активности до первоначального уровня и далее постепенное снижение, к шести месяцам составляющее 58 %. Для карбонатного горизонта выявлено постепенное снижение каталазной активности, начиная с первой недели хранения, через шесть месяцев составляющее 68 %.
Таблица 1
Изменения активности каталазы при хранении почвенных образцов в различных условиях, % от воздушно-сухих
Условия хранения Г оризонт Неделя
1 2 4 8 12 24
Воздуш-но-сухие; 23 °С Ад 101 99 80 79 79 77
Апах 99 94 78 78 75 72
С 98 88 74 59 65 68
Сухие + холод; 4 °С Ад 101 88 79 77 74 73
Апах 99 89 79 70 73 77
С 95 80 73 67 67 68
Влажные; 4 °С Ад 84 71 51 49 52 52
Апах 103 97 72 55 56 58
С 79 76 67 67 58 58
Влажные; -5 °С Ад 103 93 64 57 58 60
Апах 106 97 66 56 57 60
С 89 88 59 52 53 55
Таблица 2
Изменения активности инвертазы при хранении почвенных образцов в различных условиях, % от воздушно-сухих
Условия хранения Г оризонт Неделя
1 2 4 8 12 24
Воздуш-но-сухие; 23 °С Ад 77 101 91 55 44 42
Апах 55 51 37 38 32 37
С 86 61 54 54 29 32
Сухие + холод; 4 °С Ад 85 98 80 76 53 43
Апах 55 70 70 48 44 37
С 75 89 96 54 39 54
Влажные; 4 °С Ад 104 102 94 78 64 62
Апах 68 64 66 52 50 35
С 119 71 60 60 58 15
Влажные; -5 °С Ад 100 106 103 80 64 67
Апах 74 57 44 44 37 42
С 20 15 12 20 12 21
После выявления факта значительного снижения ФА при хранении воз-душно-сухих образцов почв встал вопрос о возможности их хранения в других условиях. Для этого в сентябре 2003 г. нами были проведены исследования с целью установления оптимальных условий для хранения почвенных образцов. Изменения активности каталазы минимальны в образцах, хранимых в воздушно-сухом состоянии при комнатной температуре. Активность каталазы при хранении влажных образцов в холодильнике снижается, достигая к
шести месяцем уровня 52-58 % от первоначального (табл. 1). В образцах, хранимых в условиях отрицательных температур, через неделю хранения зарегистрировано достоверное повышение каталазной активности пахотного и дернового горизонтов на 3-6 %. Начиная со второй недели ее активность снижается и к трем месяцам составляет 60 % от первоначальной. Каталазная активность почвообразующей породы снижалась на всех этапах изучения и через полгода хранения в морозильной камере составила 55 % от первоначальной.
Изменение активности каталазы в воздушно-сухих образцах, хранимых в холодильнике, имеет схожий характер с изменениями в воздушно-сухих образцах, хранимых при комнатной температуре. Различия между ними достоверны в 55 % определений. В целом, активность каталазы снижается, и через шесть месяцев изменения составляют 23-32 %.
Максимум изменений инвертазной активности приходится на образцы пахотного и дернового горизонтов, хранимые в воздушно-сухом состоянии и почвообразующей породы, хранимые в морозильнике (табл. 2). Менее всего изменения затронули образцы, хранимые в условиях низких положительных температур. Для инвертазы различия активности воздушно-сухих образцов, хранимых при комнатной температуре, и естественно-влажных образцов, хранимых в холодильнике, достоверны примерно в 45 % определений.
Для образцов пахотного горизонта чернозема, хранимых при температурах +4 и -5 °С, характерно значительное снижение активности инвертазы уже к первой неделе хранения (26-32 %). Через шесть месяцев активность инвертазы в этих образцах снижается на 60-65 %. Для дернового горизонта характерно недостоверное увеличение активности инвертазы на первоначальных сроках хранения, и достоверное ее снижение, начиная со второго месяца, составляющее к шести месяцам 35 %. Инвертазная почвообразующей породы, хранимой при отрицательной температуре, уже через неделю хранения составляла 20 % от первоначальной и в дальнейшем значительно не изменялась. В образцах, хранимых при низких положительных температурах, достоверное снижение активности отмечено через две недели хранения. Через шесть месяцев изменения составляют 85 %.
Выводы:
1. ФА чернозема значительно изменяется при хранении образцов. Степень этого изменения зависит от изучаемого горизонта, угодья, особенности строения фермента, времени и условий хранения почвенных образцов.
2. В большинстве случаев (82 %) различия изменения активности каталазы при хранении образцов в различных условиях достоверны. Для инвертазы различия достоверны примерно в 60 % определений. Эго связано с высокой ошибкой определения этого фермента, которая достигала 12 %.
3. Характер снижения ферментативной активности нелинеен, максимум его приходится на начальные сроки хранения, затем снижение замедляется. Снижение активности инвертазы в первые недели хранения значительнее, чем снижение активности каталазы. После длительного хранения активности ферментов почвенных образцов, хранимых в различных условиях, выравниваются.
4. Наименьшая инактивация инвертазы отмечена в естественно-влажных почвенных образцах, хранимых в условиях низких положительных температур, каталазы в воздушно-сухих образцах, хранимых при комнатной температуре.
Литература
1. ГалстянА.Ш. Ферментативная активность почв Армении. Ереван, 1974.
2. ГалстянА.Ш. //Почвоведение. 1978. №2.
3. Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии. М., 1990.
4. ГалстянА.Ш. //Почвоведение. 1982. №4. С. 108-110.
5. ЗвягинцевД.Г. //Почвоведение. 1978. № 6. С. 48-54.
6. Даденко Е.В., Казеев К.Ш. // Деградация почвенного покрова и проблемы аг-
роландшафтного земледелия: Материалы 1-й междунар. конф. Ставрополь, 2001. С. 63-65.
7. Алиев Р.А. Особенности ферментативной активности почвы: Автореф. дис. ...
канд. биол. наук. Москва, 1975.
Ростовский государственный университет 25 мая 2004 г.
