CC BY
11
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ
УДК /UDC 631.874:631.465
ВЛИЯНИЕ СИДЕРАЛЬНЫХ КУЛЬТУР НА ФЕРМЕНТАТИВНУЮ
АКТИВНОСТЬ ПОЧВЫ
INFLUENCE OF SIDERAL CROPS ON THE ENZYMATIC SOIL ACTIVITY
Битов XA*, аспирант Bitov Kh.A., graduate student, Бжеумыхов B.C., профессор кафедры «Агрономия», д. с.-х. н. Bzheumykhov V.S., Professor of the Department of Agronomy, Doctor of Agricultural
Sciences
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет имени В.М. Кокова», Нальчик, Россия
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Kabardino-Balkarian State Agrarian University named after V.M. Kokov", Nalchik, Russia
*E-mail: bitovk@list.ru
В процессах трансформации органического вещества ключевая роль принадлежит почвенным ферментам. Показатели ферментативной активности почв используются как наиболее оперативные показатели антропогенного воздействия на почву Цель исследований изучить влияние сидеральных культур на ферментативную активность почвы в посевах последующих культур звена севооборота. Ферментативная активность почв определялась трижды за вегетацию культуры севооборота в воздушно-сухих образцах методом Галстяна. В исследованиях определялась активность некоторых ферментов, относящихся к классу оксидоредуктаз: каталазы(АК), пероксидазы (ПО) и полифенолоксидаз (ПФО). Территория экспериментального участка входит в предгорную континентальную зону умеренно-теплого климата с умеренным увлажнением Кабардино-Балкарской республики. Пероксидазная активность почвы в первый год была более высокой на контрольном варианте, где озимая пшеница возделывалась по предшественнику пшеница и на варианте сидерации горчицей белой. Наименьшая полифенолоксидазная активность почвы под озимой пшеницей отмечалась после сидерации яровой викой, уровень активности фермента снизился на 13% относительно контрольного варианта. Интенсивность процесса гумусонакопления под озимой пшеницей была выше в гороховом сидеральном пару и на варианте сидерации суданской травой по сравнению с контрольным вариантом на 26,6 и 15,5% соответственно. На второй культуре севооборота (кукуруза на зерно) высокой каталазной активностью характеризовалась почва в горчичном сидеральном пару (14,5 мг/1г b.c. почвы) и в контрольном варианте (14,9 мг/1г b.c. почвы). Активность полифенолоксидазы, участвующей в синтезе гумуса в гороховом сидеральном пару была максимальной в опыте (6,8 мг/1г b.c. почвы). На второй год последействия коэффициент гумусонакопления на контроле был наименьшим (73,0). Процессы гумусонакопления интенсивнее проходили при сидерации горохом и яровой викой, о чем свидетельствует увеличение коэффициента гумусонакопления относительно контроля на 17,1 и 15,8 соответственно.
Различия в прямом действии и последействии изученных сидеральных паров на ферментативную активность почвы были связаны с неодинаковым количеством, поступающей в почву биологической массы сидеральных культур и разным их химическим составом. Применение сидератов повышает активность полифенолоксидазы, участвующей в синтезе гумуса.
Ключевые слова: предгорная зона Кабардино-Балкарии, сидерация, горох, яровая вика, горчица белая, суданская трава, ферментативная активность, почва.
Soil enzymes play a key role in the transformation of organic matter. Indicators of soil enzymatic activity are used as the most operational indicators of anthropogenic impact on the soil. The purpose of the research is to study the effect of green manure crops on the enzymatic activity of the soil in the crops of subsequent crops of the crop rotation link. The enzymatic activity of soils was determined three times during the growing season of crop rotation in air-dry samples by the Galstyan method. In the studies, the activity of some enzymes belonging to the class of oxidoreductases was determined: catalase (AA), peroxidase (PO) and polyphenol oxidases (PFO). The territory of the experimental site is included in the foothill continental zone of a moderately warm climate with moderate humidification of the Kabardino-Balkarian Republic. The peroxidase activity of the soil in the first year was higher in the control variant, where winter wheat was cultivated according to the predecessor wheat and in the variant of sideration with white mustard. The lowest polyphenol oxidase activity of the soil under winter wheat was observed after sideration with spring vetch, the level of enzyme activity decreased by 13% relative to the control variant. The intensity of the process of humus accumulation under winter wheat was higher in the pea green manure fallow and in the variant of green manure with Sudan grass compared to the control variant by 26.6 and 15.5%, respectively. On the second crop of the crop rotation (corn for grain), the soil in the mustard green manure fallow (14.5 mg/1 g w.s. of soil) and in the control variant (14.9 mg/1 g w.s. of soil) was characterized by high catalase activity. The activity of polyphenol oxidase involved in the synthesis of humus in pea green manure fallow was maximum in the experiment (6.8 mg/1 g of w.m. of soil). In the second year of aftereffect, the humus accumulation coefficient in the control was the smallest one (73.0). The processes of humus accumulation were more intense during sideration with peas and spring vetch, as evidenced by the increase in the coefficient of humus accumulation relative to the control by 17.1 and 15.8, respectively. Differences in the direct action and aftereffect of the studied green manure fallows on the enzymatic activity of the soil were associated with the unequal amount of the biological mass of green manure crops entering the soil and their different chemical composition. The use of green manure increases the activity of polyphenol oxidase involved in the synthesis of humus.
Key words: foothill zone of Kabardino-Balkaria, green manure, peas, spring vetch, white mustard, Sudan grass, enzymatic activity, soil.
Введение. Сидерация - агротехнический прием, направленный на сохранение почвенного плодородия и биологизацию земледелия [1]. Зеленое удобрение является дополнительным источником биологического азота и является одним из приемов регулирования баланса гумуса [2]. В настоящее время в мире в ассортименте сидеральных культур насчитывается более 60 бобовых и злаковых культур, а также большое количество их смесей [3]. Удачный
выбор сидеральной культуры определяет конечный успех зеленого удобрения. Результаты исследования Е.В. Кравцовой, Л. В. Рудаковой (2019) показали, что наибольшее количество питательных веществ (азот, фосфор, калий) поступило в почву с остатками эспарцета - 496 кг/га, с остатками рапса-321 кг/га, с остатками горчицы белой - 267 кг/га, с остатками злаково-бобовой смеси - 279 кг/га, а наименьшее с остатками нута - 140 кг/га [4]. В процессах трансформации органического вещества ключевая роль принадлежит почвенным ферментам. Они являются катализаторами в процессах синтеза и минерализации органического вещества и мобилизации элементов питания. Уровень ферментативной активности почв различается пределах типа: так, черноземы выщелоченные, характеризуются более высокой ферментативной активностью, чем черноземы обыкновенные. Наличие свободных карбонатов в почвенном профиле чернозема обыкновенного оказывает ингибирующее действие на активность ферментов [5]. Показатели ферментативной активности почв используются как наиболее оперативные показатели антропогенного воздействия на почву [6, 7].
Цель исследований изучить влияние сидеральных культур на ферментативную активность почвы в посевах последующих культур звена севооборота
Условия, материалы и методы. Исследования проводились в течение 2019-2022 гг. в звене севооборота: сидеральный пар - озимая пшеница -кукуруза на зерно - ячмень. Ферментативная активность почв определялась трижды за вегетацию культуры севооборота в воздушно-сухих образцах методом Галстяна[8]. В исследованиях определялась активность некоторых ферментов, относящихся к классу оксидоредуктаз: каталазы (АК), пероксидазы (ПО) и полифенолоксидаз (ПФО). Территория экспериментального участка входит в предгорную зону умеренно-жаркого климата с умеренным увлажнением Кабардино-Балкарской республики. Сумма положительных температур за период активной вегетации растений составляет 3407°С. Среднегодовая сумма осадков составляет 484мм, причем большая часть осадков (около 363мм) выпадает за период активной вегетации (максимальное количество их приходится на май-июнь). Почва опытного участка - чернозем обыкновенный среднемощный слабосмытый глинистый на карбонатных глинах. Содержание гумуса - 4,6%, мощность гумусового профиля - 72см. Агротехника возделывания сельскохозяйственных культур общепринятая в зоне. Химический состав растений и скорость разложения их в почве зависит от фазы развития на момент их заделки в почву [4]. Все сидеральные культуры (горох, ЯРОВАЯ ВИКА, горчица белая, суданская трава) запахивались в фазе цветения. Для получения большей массы зеленого удобрения, под основную обработку почвы вносились минеральные удобрения (нитрофоска) в дозе N6oP6oK6o.
Результаты и обсуждение. Ферментативная активность почвы является важнейшим показателем биогенности почвы. Каждый из изученных ферментов имеет свое функциональное значение в биодинамике почвы. Окислительно-восстановительные ферменты или оксидоредуктазы занимают важное место в обмене веществ и энергии в почве. Пероксидаза и полифенолоксидаза участвуют в процессах образования гумуса. Активность этих ферментов -существенный показатель плодородия почв. Фермент пероксидаза (ПО) влияет на реакцию окисления гумусовых веществ и поэтому считается, что она влияет на минерализацию гумусовых веществ. Полифенолоксидазы (ПФО) влияют на превращение органических соединений ароматического ряда в компоненты
гумуса. Каталазная активность тесно связана с содержанием гумуса в почве и при возрастании активности каталазы происходит увеличение его распада. Результаты исследований (таблица) свидетельствуют о том, что несколько более высокая каталазная активность почвы под озимой пшеницей на варианте с использованием для сидерации горчицы белой, примерно на таком же уровне активность фермента находилась при использования сидератом суданской травы.
Пероксидаза играет важную роль в разложении гумуса, а полифенолоксидаза в его синтезе. Пероксидазная активность почвы была более высокой на контрольном варианте, где озимая пшеница возделывалась по предшественнику пшеница и на варианте сидерации горчицей белой (7,2). Наименьшая полифенолоксидазная активность почвы под озимой пшеницей отмечалась после сидерации яровой викой, уровень активности фермента снизился на 13% относительно контрольного варианта. Отношение активности полифенолоксидазы к активности пероксидазы, выраженное в процентах имеет связь с накоплением в почвах гумуса, поэтому эта величина получила название условный коэффициент накопления гумуса и считают, что с его помощью можно судить о направленности процессов трансформации органического вещества в почве [9, с. 94]. Интенсивность процесса гумусонакопления под озимой пшеницей была выше в гороховом сидеральном пару и на варианте сидерации суданской травой по сравнению с контрольным вариантом на 26,6 и 15,5% соответственно. Коэффициент накопления гумуса на вариантах сидерации яровой викой, горчицей белой был незначительно выше контроля, что объясняется пролонгированным течением процесса в сидеральных парах. На второй культуре севооборота (кукуруза на зерно) высокой каталазной активностью характеризовалась почва в горчичном сидеральном пару и в контрольном варианте. Следовательно, вероятность потери потенциального плодородия почв здесь несколько выше, чем в других сидеральных парах. Повышение активности пероксидазы в почве свидетельствует о том, что минерализация гумуса почвы протекает более интенсивно, так как фермент способствует распаду гумуса. Активность полифенолоксидазы, участвующей в синтезе гумуса в гороховом сидеральном пару была максимальной в опыте. Другие виды сидеральных паров по активности полифенолоксидазы также создавали лучшие условия для синтеза гумусовых веществ, что подтверждается отношением полифенолоксидазы к пероксидазе. Таким образом, агротехнический прием - сидерация - оказывает существенное положительное влияние на повышение уровня потенциального плодородия почвы в первый год последействия.
Положительное влияние сидерации на плодородие почвы отчетливо прослеживается и на третьей культуре севооборота. Второй год последействия также характеризуется более высокими темпами трансформации органического вещества, поступившего в почву с сидератами. Уровень активности каталазы на всех вариантах сидерации выше контрольного варианта. Активность пероксидазы максимальной была на варианте сидерации горчицей белой и суданской травой (таблица).
Уровень активности полифенолоксидазы во всех видах сидеральных паров различался незначительно и превышала значения активности фермента на контрольном варианте на 15,2-19,6%. Вследствие этого и коэффициент гумусонакопления на контроле был наименьшим (73,0), лучше всего процессы гумусонакопления проходили при сидерации горохом и яровой викой, о чем
свидетельствует увеличение коэффициента гумусонакопления относительно контроля на 17,1 и 15,8 соответственно.
Таблица - Ферментативная активность пахотного слоя чернозема обыкновенного, мг/1г b.c. почвы (средняя за вегетацию, 2020-2022 гг.)
Вариант опыта Культура севооборота
Озимая пшеница (1 год) Кукуруза на зерно (2 год) озимый ячмень (3 год)
АК ПО ПФО УКНГ АК ПО ПФО УКНГ АК ПО ПФО УКНГ
Контроль 17,5 7,2 5,2 72,8 14,9 7,5 5,1 71,0 14,3 6,3 4,6 73,0
Сидерат: Горох 15,0 6,4 5,9 92,2 12,8 6,1 6,8 111,5 14,5 6,1 5,5 90,1
Яровая вика 15,2 6,8 5,1 75,0 13,4 5,7 5,9 103,5 14,8 6,3 5,6 88,8
Горчица белая 18,6 7,2 5,3 73,6 14,5 5,7 5,4 94,7 15,2 6,9 5,6 81,2
Суданская трава 17,9 6,9 5,8 84,1 13,7 6,0 5,3 88,3 14,4 6,8 5,3 77,9
Различия в прямом действии и последействии изученных сидеральных паров на ферментативную активность почвы были связаны с неодинаковым количеством, поступающей в почву биологической массы сидеральных культур и разным их химическим составом. Выводы:
- применение сидератов повышает активность полифенолоксидазы, участвующей в синтезе гумуса;
- действие и последействие зеленого удобрения зависит от применяемого сидерата. Интенсивность процесса гумусонакопления в почве выше в гороховом сидеральном пару;
- коэффициент накопления гумуса выше в первый год последействия сидерации.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Борисова Е.Е. Применение сидератов в мире // Вестник НГИЭИ. 2015. № 6(49). С. 24-33.
2. Котлярова О.Г., Черенков В.В. Накопление органического вещества сидеральными культурами и поступление питательных веществ в почву при их запашке// Агрохимия. 2014. № 12. С. 15-20.
3. Дедов A.B., Драчев H.A. Биологизация земледелия ЦЧР. Воронеж, 2010. 171 с.
4. Кравцова Е.В., Рудакова Л.В. Изменение агрохимических показателей чернозема обыкновенного под влиянием сидеральных культур // Аграрный вестник Урала. 2019. № 4(183).C. 12-19.
5. Хежева Ф.В., Улигова Т.С., Темботов Р.Х. Особенности ферментативной активности почв степной зоны эльбрусского варианта поясности Центрального Кавказа // Известия Самарского научного центра РАН. 2012. № 1-8. С. 2087-2091.
6. Tax И.П., Агиров А.Х. Ферментативная активность различных типов почв лесостепного пояса в условиях западного Кавказа // Новые технологии. 2009. № 4. С. 63-67.
7. Романов В.Н., Заушинцена A.B., 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. DOI: 10.24411/0235-2451-2019-10711
8. Галстян А.Ш. Унификация методов исследования активности ферментов почв // Почвоведение. 1978. №2. С. 107-113.
9. Ковриго В.П., Кауричев И.С., Бурлакова Л.М. Почвоведение с основами геологии. М.: Колос, 2000. 416 с.
REFERENCES
1. Borisova Ye.Ye. Primenenie sideratov v mire // Vestnik NGIEI. 2015. № 6(49). S. 24-33.
2. Kotlyarova O.G., Cherenkov V.V. Nakoplenie organicheskogo veshchestva sideralnymi kulturami i postuplenie pitatelnykh veshchestv v pochvu pri ikh zapashke // Agrokhimiya. 2014. № 12. S. 15-20.
3. Dedov A.V., Drachev N.A. Biologizatsiya zemledeliya TsChR. Voronezh, 2010. 171 s.
4. Kravtsova Ye.V., Rudakova L.V. Izmenenie agrokhimicheskikh pokazateley chernozema obyknovennogo pod vliyaniem sideralnykh kultur // Agrarnyy vestnik Urala. 2019. № 4(183).C. 12-19.
5. Khezheva F.V., Uligova T.S., Tembotov R.Kh. Osobennosti fermentativnoy aktivnosti pochv stepnoy zony elbrusskogo varianta poyasnosti Tsentralnogo Kavkaza // Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra RAN. 2012. № 1 -8. S. 20872091.
6. Takh I.P., Agirov A.Kh. Fermentativnaya aktivnost razlichnykh tipov pochv lesostepnogo poyasa v usloviyakh zapadnogo Kavkaza // Novye tekhnologii. 2009. № 4. S. 63-67.
7. Romanov V.N., Zaushintsena A.V., Kozhevnikov N.V. Primenenie pokazateley aktivnosti fermentov dlya operativnoy diagnostiki ekologicheskogo sostoyaniya agrogennykh pochv // Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2019. T. 33. № 7. S. 4447. DOI: 10.24411/0235-2451-2019-10711
8. Galstyan A.Sh. Unifikatsiya metodov issledovaniya aktivnosti fermentov pochv // Pochvovedenie. 1978. №2. S. 107-113.
9. Kovrigo V.P., Kaurichev I.S., Burlakova L.M. Pochvovedenie s osnovami geologii. M.: Kolos, 2000. 416 s.
