CC BY
47
N О N 1Л
Ш
S ^
ш ч
ш ^
2
ш м
11. Мишустин Е. Н., Сидоренко О. Д. Влияние соломы на микробиологические процессы в затопляемых рисовых почвах // Повышение плодородия почв рисовых полей. М.: Наука, 1977. С. 31-49.
Efficiency of slurry modified with a nitrification inhibitor in rice fields in the Kuban
A. Kh. Sheudzhen12, O. A. Gutorova1, T. N. Bondareva1, H. D. Hurum1, V. P. Degtyareva12, P. N. Khachmamuk2, S. V. Esipenko1
1I. T. Trubilin Kuban State Agrarian University, ul. Kalinina, 13, Krasnodar 350044, Russian Federation 2Federal scientific rice centre, pos. Belozernyi, 3, Krasnodar, 350921, Russian Federation
Abstract. The studies were carried out to assess the efficiency of slurry modified with a nitrification inhibitor in the rice fields in the Kuban. A field experiment with autumn and spring incorporation of slurry at the rate of 30 t/ha, both separately and with the addition of the nitrification inhibitor Entec FL DMPP, was established at a rice irrigation system in the Krasnoarmeisky district of the Krasnodar Territory (2018-2020). The inclusion of the nitrification inhibitor in the slurry on average during the growing season of rice reduced the loss of ammonium nitrogen from the soil, in comparison with the control - the mineral background and slurry without the inhibitor, when applied in autumn, respectively, by 45.4,13.2, and 11.1 %, in spring - by 52.5, 18.7, and 12.8%. The addition of the nitrification inhibitor to the slurry was accompanied by the accumulation of nutrients in plant organs, especially when applied in autumn. Depending on the growing phase of rice, the nitrogen content increased by 0.07-0.19% in the vegetative organs of plants and by 0.04% in grain; phosphorus - by 0.02-0.08% and 0.04%; potassium - by 0.01-0.08% and0.03%, respectively. The increase in rice grain yield from the use of mineral and organic fertilizers varied from 2.32 to 2.78 t/ha. The highest yield and the best grain quality were obtained during the autumn incorporation of slurry modified with the nitrification inhibitor and was due to the removal of organic acids, toxic for rice plants in the reduced environment, from the arable soil layer in the autumn-winter period.
Keywords: rice (Oryza sativa); meadow chernozem soil; slurry; nitrification inhibitor; mineral fertilizers; nitrogen; yield.
AuthorDetailis: A. Kh. Sheudzhen, member of the RAS, D. Sc. (Biol.), head of department, head of division (e-mail: ashad.sheudzhen@ mail.ru); O. A. Gutorova, D. Sc. (Agr.), assoc. prof. (e-mail: [email protected]); T. N. Bondareva, Cand. Sc. (Agr.), assoc. prof., leading research fellow; H. D. Hurum, D. Sc. (Agr.), prof.; V. P. Degtyareva, post graduate student, junior researcher; P. N. Khachmamuk, Cand. Sc. (Agr.), Senior Researcher; S. V. Esipenko, Cand. Sc. (Agr.), assoc. prof.
For citation: Sheudzhen A Kh, Gutorova OA, Bondareva T N, et al. [Efficiency of slurry modified with a nitrification inhibitor in rice fields in the Kuban]. Zemledelie. 2021;(5):20-6. Russian. doi: 10.24412/0044-3913-2021-5-20-26
СсИ 10.24412/0044-3913-2021-5-26-31 УДК 631.442.4:632.931
Воздействие пестицидов и гуминового препарата на ферментативную активность чернозема
О. И. НАИМИ, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник (e-mail: [email protected])
0. С. БЕЗУГЛОВА, доктор биологических наук, главный научный сотрудник
В. А. ЛЫХМАН, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник М. Н. ДУБИНИНА, младший научный сотрудник Е. А. ПОЛИЕНКО, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник Федеральный Ростовский аграрный научный центр, ул. Институтская,
1, пос. Рассвет, Аксайский р-н, Ростовская обл., 346735, Российская Федерация
Исследования проводили с целью оценки влияния обработок пестицидами и гуминовым препаратом В10-Дон на ферментативную активность чернозема обыкновенного карбонатного. Работу выполняли в 2019-2020 гг. в условиях Ростовской области. Изучали активность ферментов гидролитической группы (ин-вертаза, уреаза и фосфатаза) и группы оксидоредуктаз (каталаза). Возделывали сорт нута Донплаза. Схема опыта предусматривала следующие варианты: пестициды и стимуляторы роста (фактор А) - без обработки, гуминовый препарат, два уровня химической и биологическая системы защиты растений, а также их сочетания с гуминовым препаратом; минеральные удобрения (фактор В) - без удобрений, №40Р40К40. Согласно шкале Д. Г. Звягинцева, исследованный чернозем по каталазе относится ксреднеобогащенным и богатым, по инвертазе и фосфатазе - к среднеобогащенным, по уреазе - к бедным. Активность каталазы в слое 0...20 см составляла 9,0. ..14,6 мл О2 в 1 г почвы за 1 мин, инвертазы - 30,4.37,2 мгглюкозы на 1 г за 24 ч, фосфатазы - 2,08.4,26 мг Р2О5 на 10 г за 1 ч, уреазы - 4,5...8,3 мг Ы-ЫИ3 на 10 г почвы за 24 ч. Обработка почвы и растений средствами химической защиты ингибировала активность уреазы в почве (снижение на 15,2.29,6 %) каталазы (на 9,6.20,7 %), инвертазы (на 3,8.15,6 %), но стимулировала активность фосфатазы (увеличение на 30,0...60,0 %). Обработка гуматами повышала активность инвертазы и в меньшей степени каталазы и уреазы, но ингибировала активность фосфатазы. При обработке средствами биологической защиты растений происходила стимуляция
активности каталазы и ингибирование активности инвертазы и уреазы, активность фосфатазы сохранялась в пределах 2,8.3,5 мг Р205/10 г/1 ч как с применением гуматов, так и без них.
Ключевые слова: чернозем, ферменты, каталаза, уреаза, фосфатаза, инвер-таза, гуминовый препарат, обработка, пестициды, гербициды.
Для цитирования: Воздействие пестицидов и гуминового препарата на ферментативную активность чернозема / О. И. Наими, О. С. Безуглова, В. А. Лыхман, и др.// Земледелие. 2021. № 5. С. 26-31. doi: 10.24412/0044-3913-2021-5-26-31.
Современные технологии выращивания сельскохозяйственных растений обязательно предусматривают использование средств для их защиты, в связи с чем неизбежна пестицидная нагрузка на почву, которая может привести к изменению экологической стабильности почвы и последующей ее деградации. Пестициды, попадая в почву, могут накапливаться в ней, взаимодействовать с почвенными микроорганизмами, а также поступать в сопредельные среды - грунтовые воды, реки и др. Безопасность использования пестицидов можно оценить как на основании эколого-токсикологических показателей, по реакции живых организмов, так и по результатам изучения биологической активности почвы, в частности, по активности почвенных ферментов [1, 2].
Ферментативная активность характеризует потенциальную способность почвы к осуществлению различных биохимических реакций. Почвенные ферменты представляют собой высокомолекулярные белковые вещества, иммобилизованные в твердой фазе, либо стабилизированные в почвенном растворе, источниками которых служат почвенные микроорганизмы и корневые выделения растений. Это природные биокатализаторы специфических процессов превращения органических остатков и гумуса, включенных в биохимические циклы углерода, азота, фосфора и других элементов [3, 4].
Ферменты участвуют в важнейших процессах, составляющих основу почвенного метаболизма, - в трансформации поступающих в почву угле-
водов, азотных и фосфорорганических соединений, биосинтезе гумуса и др. Тем самым они в какой-то мере определяют направление и выраженность почвообразовательных процессов, уровень плодородия, контролируют эволюцию почвы и характеризуют степень нарушений агроэкосистем, возникающих под влиянием естественных и антропогенных факторов.
Каталаза относится к классу окси-доредуктаз, катализирующих в почве окислительно-восстановительные реакции. В результате биохимических реакций окисления органических соединений, метаболизма аэробных микроорганизмов и в процессе дыхания растений в почве образуется перекись водорода, токсичная для растений. Важная роль этого фермента заключается в разрушении перекиси до молекулярного кислорода и воды [1]. Его активность в значительной мере зависит от влажности почвы, реакции среды (рН) и температурного режима. Избыточная влажность почвы, как и недостаток влаги и тепла отрицательно сказываются на скорости ферментативных реакций. Оптимальные значения рН для каталазы составляют 7,2...8,3 ед.
Гидролазы представлены в почвах довольно обширными группами ферментов, которые расщепляют пептидные, кислотно-ангидритные, сложноэфирные, гликозидные и некоторые другие связи в высокомолекулярных органических соединениях, высвобождая доступный для растений и микроорганизмов азот и фосфор [5].
Инвертаза участвует в биохимической трансформации углеводов, расщепляя гликозидные связи сахарозы и ее производных до мономеров. Наибольшая активность инвертазы характерна для верхней части гумусового профиля. Она тесно коррелирует с содержанием гумуса и убывает вниз по профилю почвы.
Фосфатаза катализирует гидролиз фосфорорганических соединений по фосфорно-эфирным связям и отвечает за минерализацию органического фосфора, а ее активность характеризует интенсивность связанных с фосфором биохимических процессов. Высвобождая фосфорную кислоту из органических соединений, поступающих в почву с растительными остатками, этот фермент играет важную роль в обеспечении растений доступным фосфором. При его недостатке в почве происходит дополнительное выделение ферментов микроорганизмами и растениями, что ведет к росту фос-фатазной активности, а при избытке активность фосфатазы снижается.
Уреаза катализирует гидролиз карбамида (мочевины), расщепляя связь
межу азотом и углеродом (СО^Н). В почвы агроценозов карбамид в значительном количестве вносится в форме азотного удобрения, а также поступает с навозом и растительными остатками. В самой почве карбамид образуется в качестве промежуточного продукта в процессе превращения азотистых органических соединений - белков и нуклеиновых кислот. Реакцию гидролиза карбамида можно рассматривать как процесс экологической минерализации органических азотсодержащих соединений, в результате которого водорастворимый субстрат (мочевина) трансформируется в летучие продукты - аммиак и углекислый газ. В итоге мочевина превращается в легкоусвояемую аммонийную соль -непосредственный источник азотного питания для автотрофных организмов, в том числе высших растений [1]. В почве уреаза связана с органоми-неральным комплексом и обладает высокой устойчивостью к ингибирую-щим факторам. Оптимальная реакция среды для уреазы - 6,5...7,0 ед. рН. В кислой и сильнощелочной среде ее активность снижается. Наибольшая активность уреазы характерна для гумусового горизонта и уменьшается вниз по профилю.
Уровень ферментативной активности почвы определяет не только биотический компонент, но и гидротермический режим, агрохимические и физико-химические свойства. В почвах агроценозов мощным фактором выступает антропогенное воздействие, в частности, механическая обработка, внесение минеральных и органическихудобрений,химических средств защиты растений, стимуляторов роста. Большинство используемых препаратов обладает высокой физиологической и химической активностью, поэтому даже в небольших количествах они могут оказывать влияние на уровень ферментативной активности почвы, изменяя его в ту или иную сторону [3, 7, 8].
Воздействие средств защиты и гуминовых препаратов на ферментативную активность почв неоднократно обсуждалось в литературе [9, 10, 11]. Однако данные противоречивы, отмечается как стимулирующее, так и ингибирующее влияние различных препаратов на ферменты. Это связано не только с многообразием применяемых средств, но и со сложностью процессов, протекающих в системе «почвы-микроорганизмы-растения», разнообразием почв и природно-климатических условий, в которых они находятся.
Негативное влияние пестицидов на биологическую активность почвы чаще всего выражается в снижении численности и изменении видового
состава микробиологических сообществ, а также в уменьшении активности почвенных ферментов, что, в свою очередь, сказывается на содержании и составе гумуса, а также состоянии почвенной структуры - свойствах, определяющих плодородие почвы [9, 12, 13]. Прямое воздействие пестицидов на ферментативную активность заключается в непосредственном разрушении, активировании или ингибировании ферментов, косвенное - во влиянии на источники (микроорганизмы и растения), продуцирующие ферменты [2]. Один из способов снижения токсического действия пестицидов - их применение в сочетании с другими препаратами, действие которых направлено на улучшение состояния растений и снижение пестицидного стресса [10, 14, 15].
Цель исследований - изучить ферментативную активность чернозема обыкновенного карбонатного под посевами нута в зависимости от обработок пестицидами и гуминовым препаратом в условиях Приазовской сельскохозяйственной зоны Ростовской области.
Полевые опыты закладывали в 2019-2020 гг. на полях ФГБНУ ФРАНЦ в Аксайском районе Ростовской области, расположенном в Приазовской почвенно-климатической зоне. Объект исследования - чернозем обыкновенный карбонатный тяжелосуглинистый, согласно номенклатуре Мировой реферативной базы почвенных ресурсов 2014 г. [16] - Calcic Chernozem (Loamic). Содержание гумуса в пахотном слое (0...20 см) почвы составляло 3,7.4,2 %, общего азота - 0,22.0,24 %, общего фосфора - 0,17.0,18 %, валового калия - 2,3.2,4 %, нитратного азота в вариантах без внесения удобрений на протяжении всего периода исследований - 3,0.8,6 мг/кг, аммонийного азота - 12,5.15,3 мг/кг, подвижного фосфора и калия (по Мачигину) -соответственно 13,8.25,5 мг/кг и 336.453 мг/кг. Высевали сорт нута Донплаза, предшественник - озимая пшеница. Схема опыта предусматривала изучение влияния различных схем применения пестицидов и стимуляторов роста (фактор А, табл. 1) на фоне двух систем минерального удобрения (фактор В) - без внесения, N40P40K40. Повторность опыта - трехкратная.
Образцы почвы отбирали из пахотного слоя в середине апреля до обработки средствами защиты перед посевом нута и в конце июня через 15 дней после применения гуминового препарата. Технология возделывания нута - рекомендованная для Приазовской зоны Ростовской области.
1. Сведения о применяемых в опыте пестицидах и регуляторах роста
Вариант Обозна- Использованные препак заты
чение вид I наименование доза внесения
Без обработки (контроль) К - - -
Гуминовый препарат Г стимулятор роста, адаптоген В10-Дон 10 0,3 л/га
Химическая система Х1 гербицид Гезагард, КС 3 л/га
защиты 1 инсектицид Би-58 Новый, КЭ 1,0 л/га
Химическая система Х1+Г гербицид Гезагард, КС 3 л/га
защиты 1 + гуминовый инсектицид Би-58 Новый, КЭ 1,0 л/га
препарат стимулятор роста, адаптоген В10-Дон 10 0,3 л/га
Химическая система Х2 фунгицид Синклер, СК 0,6 л/т
защиты 2 гербицид фунгицид инсектицид Лазурит, СП Оптимо, КЭ Амплиго, МКС 1 кг/га 0,5 л/га 0,2 л/га
Химическая система Х2+Г фунгицид Синклер, СК 0,6 л/т
защиты 2 + гуминовый гербицид Лазурит, СП 1 кг/га
препарат фунгицид Оптимо, КЭ 0,5 л/га
инсектицид Амплиго, МКС 0,2 л/га
стимулятор ро- В10-Дон 10 0,3 л/га
ста, адаптоген
Биологическая система защиты Б фунгицид биофунгицид Планриз Геостим 0,3 л/т 1 л/га
Биологическая система Б+Г фунгицид Планриз 0,3 л/т
защиты + гуминовый биофунгицид Геостим 1 л/га
препарат стимулятор роста, адаптоген В10-Дон 10 0,3 л/га
В качестве стимулятора роста и адаптогена в исследованиях использовали гуминовый препарат BIO-Дон 10, произведенный из вермикомпоста путем щелочной экстракции, с содержанием органического вещества гуминовых и фульвокислот 10 г/л. Обработку почвы и растений проводили разбавленным до оптимальной концентрации (0,001 %) раствором препарата с расходом рабочей жидкости 300 л/га.
В варианте схимической системой защиты 1 при выращивании нута применяли гербицид Гезагард, КС (500 г/л прометрина), относящийся к классу триазинов (Справочник пестицидов и агрохимикатов 2021. URL: https:// www.agroxxi.ru/goshandbook). Это системный препарат широкого спектра действия против двудольных и однодольных сорняков, поэтому при выращивании зернобобовых культур обработку почвы Гезагардом проводят только до появления всходов. В зависимости от внесенного количества препарат сохраняет свою активность в почве в течение 2... 14 месяцев. В силу невысокой растворимости в воде триазины удерживаются в верхнем слое почвы и подвергаются обычным процессам воздействия - поглощению почвенными коллоидами и растениями, фоторазложению, в меньшей степени - испарению и вымыванию. Гербициды на основетриазинов наименеетоксичны среди других классов химических соединений, однако увеличение их дозировки приводит к снижению численности всех групп микроорганизмов [13]. Это следует учитывать, так как для почв с тяжелым грануломе-
трическим составом,к числу которых относятся и черноземы Северного Приазовья, рекомендуются более высокие дозировки триазинов, к тому же засушливость климата и близкая к щелочной реакция среды черноземов ведет к снижению скорости распада, что увеличивает период активного действия препарата в почве.
В качестве альтернативного гербицида (химическая система защиты 2) использовали Лазурит, СП (700 г/кг метрибузина). Это системный препарат избирательного спектра действия против однодольных и двудольных сорняков, относится к классу триазинонов. Как и Гезагард, Лазурит рекомендуется применять только до появления всходов. Его действующее вещество активно проникает через наземные части и способно абсорбироваться корневой системой, перемещаясь к точке роста внутри побега, вызывая блокирование фотосинтеза и отмирание зеленой части растения. В почве метрибузин разлагается в течение трех месяцев и может оказывать токсическое действие на возделываемую культуру, которое проявляется на фоне стресса из-за недостаточного или избыточного количества влаги в почве, поражения болезнями или вредителями.
Для борьбы с широким спектром болезней, передающихся с семенами и через почву, использовали Синклер - концентрированный фун-гицидный протравитель семян. По вегетации применяли контактный фунгицид Оптимо, КЭ (200 г/л пира-клостробина). Пираклостробин разрушается под воздействием солнечного света, но при попадании в почву
сохраняет стабильность до 10 лет. При регулярном использовании, особенно с превышением рекомендуемых дозировок, он накапливается в почве и может не только вызвать токсический эффект для патогенной микрофлоры, но и снизить численность всех групп микроорганизмов в поверхностном слое [13, 17].
Для борьбы с такими вредителями как хлопковая совка, гороховая тля, гороховая плодожорка, гороховая зерновка, использовали инсектициды Би-58 Новый, КЭ (400 г/л диметоата) и Амплиго, МКС (50 г/л лямбда-цигалотрина + 100 г/л хлорантрани-липрола). Би-58 Новый относится к классу фосфорорганических соеди-нений,проявляет сильное контактное и системное инсектицидное и акари-цидное действие. Его действующее вещество диметоат - высокотоксичное соединение с периодом полураспада более 1 месяца, поэтому применяют его в начале вегетации растений. Препарат Амплиго - кишечный и контактный инсектицид, относится к классу перитроидов. Эта группа химических соединений отличается высокой селективностью и обладает липофильностью - способностью прилипать и удерживаться на поверхности листьев.
Из средств биологической системы защиты применяли препарат Планриз - контактный биологический фунгицид, содержащий Pseudomonas fluorescens штамм АР 33. Он эффективен против гнили, мучнистой росы, бурой ржавчины,пятнистостей, обладает биостимулирующим действием. Используется для предпосевной обработки семян.
Дляускорения процессов разложения растительных остатков в поверхностном слое почвы и подавления развития фитопотагенов применяли микробиологический препарат Гео-стим, в состав которого входят гриб Trichoderma и ассоциативные микроорганизмы. Геостим используют для биологического контроля и защиты от широкого круга болезней, вызываемых грибами. Ассоциативные микроорганизмы, входящие в состав препарата, оказывают стимулирующее воздействие, формируя симбиотические связи с культурными растениями. При обработке вегетирующих растений усиливаются биохимические процессы, дыхание и фотосинтез, повышается активность растительных ферментов [9].
Ферментативную активность почвы определяли по активности ферментов класса гидролаз (инвертазы, фос-фатазы, уреазы) и оксидоредуктаз (каталазы). Анализ проводили в сухих образцах почвы, очищенных от растительных остатков и просеянных
2. Динамика активности каталазы (см3 О2 на 1 г почвы за 1 мин) в зависимости от фона удобрений и системы защиты растений
Препарат (фактор А) Минеральные удобрения (фактор В)
без удобрений N.„P.„K.„
апрель июнь Д1* Д2 апрель 1 июнь 1 Д1 1 Д2
К 11,6 ± 1,2 10,0 ± 0,4 -1,6 - 11,9 ± 0,5 9,9 ± 0,2 -2,0 -
Г 11,0 ± 0,9 10,9 ± 1,7 -0,1 +0,9 11,6 ± 1,5 11,0 ± 0,2 -0,6 + 1,1
Х1 11,4 ± 1,6 10,3 ± 1,0 -1,1 +0,3 11,9 ± 0,3 10,0 ± 0,7 -1,9 +0,1
Х1+Г 11,3 ± 1,5 11,2 ± 0,8 -0,1 + 1,2 11,5 ± 0,9 10,3 ± 1,5 -1,2 +0,4
Х2 12,3 ± 0,9 10,3 ± 1,1 -2,0 +0,3 12,1 ± 1,6 9,6 ± 0,7 -2,5 -0,3
Х2+Г 11,2 ±1,5 11,4 ±0,8 +0,2 + 1,4 11,9 ± 2,2 10,7 ± 1,3 -1,2 +0,8
Б 10,9 ± 1,5 10,3 ± 1,5 -0,6 +0,3 11,2 ± 1,4 11,3 ± 0,8 +0,1 + 1,4
Б+Г 10,9 ± 1,0 12,2 ± 0,9 + 1,3 +2,2 10,8 ± 0,7 11,9 ± 0,7 + 1,1 +2,0
НСРо,5 1,1 1,7
*А1 - разница при определении до и после обработки растений препаратами; Л2 -обработки препаратами).
разница при сравнении с контролем (после
через сито с диаметром отверстий 1 мм по общепринятым методикам (Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии. М.: Наука, 2005. 252 с.). Активность каталазы определяли газоволюметрическим методом - по объему выделившегося кислорода, образующегося при взаимодействии перекиси водорода с почвой; фос-фатазу - методом гидролиза фенол-фталеинфосфата натрия; инвертазу -фотоколориметрическим методом, основанным на количественном учете восстанавливающих сахаров, образующихся при расщеплении сахарозы под действием фермента, по Бертрану. Уреазу определяли методом А. Ш. Галстяна в нашей модификации с измерением аммиака фотометриро-ванием окрашенного раствора индо-фенольного соединения, образующегося при взаимодействии аммония с салицилатом и гипохлоритом натрия в щелочной среде [18]. Математическую обработку данных проводили методами вариационной статистики (Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М.:Альянс, 2014. 351 с.).
Средняя активность каталазы в слое 0...20 см чернозема обыкновенного под нутом по вариантам составляла 9,6.12,3 мл О2 в 1 г почвы за 1 мин. (табл. 2). Коэффициент вариации величины этого показателя до обработки препаратами на неудобренном фоне составлял 4,1 %, на удобренном - 3,8 %, что указывает на незначительную разницу рассеивания
данных. После использования средств защиты растений он возрастал до 6,4 % и 7,4 % соответственно фонам удобрений. По шкале Д. Г. Звягинцева [19] для оценки степени обогащен-ности почв ферментами чернозем по активности каталазы в большинстве случаев попадает в категорию богатых (10.30 О2 см3/г за 1 мин).
После обработки средствами химической защиты растений выявлена тенденция снижения активности каталазы в почве. Наиболее четко она была выражена на фоне удобрений, разница между активностью фермента до и после обработки препаратами на неудобренном фоне при использовании системы химической защиты
1 составляла 1,1 см3 О2 на 1 г почвы за 1мин, системы 2 - 2,0 см3 О2 на 1 г почвы за 1мин при НСР05 = 1,1 см3 О2 на 1 г почвы за 1мин, а на фоне удобрений - соответственно 1,9 и 2,5 см3
02 на 1 г почвы за 1мин при НСР05 = 1,7 см3 О2 на 1 г почвы за 1мин.
Обработка гуминовым препаратом оказывала стабилизирующее влияние на активность каталазы. Отмечено статистически значимое ее повышение, по сравнению с контролем, в вариантах Х1+Г и Х2+Г на неудобренном фоне. То есть включение гуминового препарата в обработку несколько снижает негативное влияние средств защиты растений на активность каталазы, но не восстанавливает ее полностью.
При обработке нута биологическими средствами защиты совместно с гуминовым препаратом BIO-Дон
10 отмечена стимуляция активности каталазы, которая проявилась на неудобренном и удобренном фонах. Зафиксировано ее увеличение соответственно на 11,9 % и 10,2 %.
По инвертазной активности почва относится к категории среднеобога-щенных [19]. В среднем она находилась на уровне 30,6.37,2 мг глюкозы на 1 г почвы за 24 ч (табл. 3). Коэффициент вариации величины этого показателя до обработки препаратами на неудобренном и удобренном фонах составлял соответственно 4,9 и 2,8 %, что свидетельствует о незначительной разнице между вариантами. После обработки препаратами он вырос соответственно до 6,8 и 6,2 %.
После применения различных средств защиты растений во всех вариантах отмечено снижение активности инвертазы. Наибольшее статистически значимое уменьшение зафиксировано в варианте с Гезагардом - на 7,2 % без применения удобрений и на 15,6 % на удобренном фоне. В то же время произошло снижение инвертазной активности и в контроле, где никаких препаратов не вносили, что, вероятно, можно связать с определенными сезонными явлениями (уменьшение влажности почвы, повышение температуры, усиление минерализационных процессов и др.).
В контроле и в вариантах с химической системой защиты на неудобренном фоне обработка гуматами позволяет стабилизировать активность инвертазы. Так, в вариантах Г и Х1+Г отмечено статистически значимое
3. Динамика активности инвертазы (мг глюкозы на 1 г за 24 ч) в зависимости от фона удобрений и системы защиты растений
Препарат (фактор А) Минеральные удобрения (фактор В)
без удобрений N P K
апрель июнь Д1* Д2 апрель 1 июнь 1 Д1 1 Д2
К 36,0 ± 1,7 34,2 ± 1,1 -1,8 - 36,0 ± 1,1 34,7 ± 1,0 -1,3 -
Г 36,6 ± 1,0 36,6 ± 1,0 0,0 +2,4 36,6 ± 1,0 37,0 ± 0,8 +0,4 +2,3
Х1 36,1 ± 1,1 33,5 ± 1,4 -2,6 -0,7 36,0 ± 1,0 30,4 ± 0,3 -5,6 -4,3
Х1+Г 36,2 ± 1,2 36,5 ± 0,8 +0,3 +2,3 35,7 ± 0,7 36,6 ± 1,0 +0,9 + 1,9
Х2 31,8 ± 1,6 30,6 ± 1,0 -1,2 -3,6 36,0 ± 1,2 33,5 ± 0,7 -2,5 -1,2
Х2+Г 33,9 ± 0,9 30,7 ± 1,2 -3,2 -3,5 34,2 ± 0,9 34,3 ± 1,3 +0,1 -0,3
Б 36,8 ± 0,8 35,0 ± 1, 6 -1,8 +0,8 34,4 ± 1,8 33,0 ± 0,9 -1,4 -1,7
Б+Г 36,4 ± 1,0 33,9 ± 0,9 -2,5 -0,3 37,2 ± 0,8 35,7 ± 1,4 -1,5 + 1,0
НСР0,5 1,9 1,0
*Л1 - разница при определении до и после обработки растений препаратами; Л2 - разница при сравнении с контролем (после обработки препаратами).
4. Динамика активности фосфатазы (мг Р2О5 на 10 г за 1 ч) в зависимости от фона удобрений и системы защиты растений
Препарат (фактор А) Минеральные удобрения (фактор В)
без удобрений ^„Р.„К.„
апрель 1 июнь 1 1* 2 апрель I июнь 1 Д1 1 Д2
К 2,7 ± 0,9 3,8 ± 1,1 + 1,1 - 2,7 ± 0,4 3,5 ± 0,1 +0,8 -
Г 2,5 ± 0,7 3,3 ± 0,5 +0,8 -0,5 2,4 ± 0,5 2,9 ± 0,5 +0,5 -0,6
Х1 2,9 ± 0,6 4,3 ± 0,2 + 1,4 +0,4 2,3 ± 0,4 3,5 ± 0,2 + 1,2 0,0
Х1+Г 2,7 ± 0,4 4,3 ± 0,7 + 1,6 +0,4 2,1 ± 0,6 2,9 ± 0,4 +0,8 -0,6
Х2 2,5 ± 0,7 4,0 ± 0,1 + 1,5 +0,2 2,5 ± 0,2 3,4 ± 0,8 +0,9 -0,1
Х2+Г 2,6 ± 1,0 3,6 ± 0,1 + 1,0 -0,2 2,6 ± 0,4 3,8 ± 0,6 + 1,2 +0,3
Б 3,5 ± 0,5 3,5 ± 0,7 0,0 -0,4 2,8 ± 0,2 2,8 ± 0,2 0,0 -0,7
Б+Г 3,2 ± 0,2 3,2 ± 1,0 0,0 -0,6 2,9 ± 0,5 2,9 ± 0,7 0,0 -0,6
НСР0,5 1,0 0,6
*Л1 - разница при определении до и после обработки растений препаратами; А2 - разница при сравнении с контролем (после обработки препаратами).
повышение ее уровня, по отношению к контролю (соответственно на 6,7 и 6,3 %). В вариантах с биологической системой защиты растений и химической системой защиты 2 совместно с гуми-новым препаратом на неудобренном фоне активность инвертазы снизилась соответственно на 6,9 и 9,4 %.
В варианте с химической защитой 2 и гуминовым препаратом на удобренном фоне уровень активности инвертазы после обработки препаратами практически не изменился. В целом, на фоне минеральных удобрений применение гуминового препарата способствовало повышению инвертазной активности, которая превысила весенний уровень во всех вариантах, за исключением варианта с биологической системой защиты.
По обогащенности фосфатазой исследованные черноземы обыкновенные относятся к средней категории, активность фермента по вариантам составляла 2,1.4,3 мг РО на 10 г
' ' 2 5
за 1 ч (табл. 4). Варьирование фос-фатазной активности до обработки препаратами на неудобренном фоне составляло 12,7 %, на удобренном -10,5 %, что свидетельствует о средней степени разброса данных. После обработки вариабельность признака оставалась на прежнем уровне - соответственно фонам 10,5 и 11,8 %.
Обработка растений химическими средствами защиты повысила активность фосфатазы в почве. Статистически значимое ее увеличение отмечено как на неудобренном (на 48,3.60,0 %), так и на удобренном
фонах (на 36,0.52,2 %). Возросла активность фосфатазы и в контроле, однако в вариантах с внесением гуминового препарата увеличение было несколько ниже. Это может свидетельствовать об активном поглощении фосфора растениями, в связи с чем происходит снижение содержания его доступных форм в почве и, соответственно, повышение активности фосфатазы.
В вариантах с биологической системой защиты растений активность фосфатазы оставалась примерно на одном уровне до и после применения средств защиты и составляла 3,2. 3,5 мг Р2О5 на 10 г за 1 ч на неудобренном фоне и 2,8.2,9 мг Р2О5 на 10 г за 1 ч на удобренном фоне. При обработке гуминовым препаратом активность фосфатазы не изменялась.
Активность уреазы в исследованных черноземах под посевами нута варьировала от 4,5 до 8,3 мг N-NH3 на 10 г почвы за 24 ч (табл. 5), по шкале Д. Г. Звягинцева такая почва попадает в категорию бедных [19]. Коэффициент вариации активности уреазы до обработки препаратами на неудобренном фоне был незначительным (7,3 %), на удобренном - средним (12,1 %). После обработки средствами защиты растений варьирование величины этого показателя составляло 7,2.7,7 %.
Отмечена тенденция снижения активности уреазы после обработки пестицидами, при этом статистически значимое уменьшение величины этого показателя отмечали и в контроле. Логично предположить, что некоторое
снижение активности уреазы в июне, по сравнению с апрелем, обусловлено сезонными процессами (уменьшение влажности почвы, повышение температуры). Тем не менее в варианте с химической защитой 1 после обработки пестицидами, особенно на удобренном фоне, происходило статистически значимое снижение активности уреазы как по сравнение со значениями до обработки, так и по сравнению с контролем.
Практически во всех вариантах, за исключением отмеченного с химической защитой 1, зафиксировано небольшое повышение активности уреазы, по сравнению с контролем, статистически значимое в варианте совместного применения системы химической защиты 2 и гуматов.
Обработка гуминовым препаратом без пестицидов отрицательно сказывалась на активности фермента уреазы, однако при совместном применении средств защиты растений с гуминовым препаратом отмечена тенденция увеличения ее активности, по сравнению с контролем, статистически значимого при совместном применении системы химической защиты 2 и гуматов.
Таким образом, по шкале обога-щенности ферментами исследованный чернозем по каталазе относится к богатым, по инвертазе и фосфатазе -к среднеобогащенным, по уреазе - к бедным. Оценка вариабельности ферментативной активности почвы в пределах опытного участка показала его достаточную пространствен-
5. Динамика активности уреазы (мг N-N4. на 10 г почвы за 24 ч) в зависимости от фона удобрений и системы защиты растений
Препарат (фактор А) Минеральные удобрения (фактор В)
без удобрений N Р К
апрель I июнь Д1* Д2 апрель | июнь 1 Д1 I Д2
К 7,2 ± 0,8 5,9 ± 0,8 -1,3 - 7,1 ± 0,5 5,5 ± 0,6 -1,6 -
Г 7,1 ± 1,3 5,6 ± 0,4 -1,5 -0,3 6,6 ± 1,0 5,7 ±0,2 -0,9 +0,2
Х1 7,2 ± 1,2 5,9 ± 0,6 -1,3 0,0 6,0 ± 0,2 4,5 ± 0,3 -1,5 -1,0
Х1+Г 8,3 ± 0,7 6,3 ± 0,5 -2,0 +0,4 6,0 ± 0,4 5,6 ± 0,5 -0,4 +0,1
Х2 7,9 ± 0,7 6,7 ± 0,4 -1,2 +0,8 8,1 ± 0,4 5,7 ± 0,7 -2,4 +0,2
Х2+Г 7,5 ± 0,7 6,9 ± 0,6 -0,6 + 1,0 7,8 ± 0,3 5,2 ± 0,2 -2,6 -0,3
Б 7,4 ± 0,9 6,0 ± 0,2 -1,4 +0,1 7,1 ± 0,8 5,8 ± 0,6 -1,3 +0,3
Б+Г 6,5 ± 1,0 6,4 ± 0,4 -0,1 +0,5 6,0 ± 0,5 5,4 ± 0,4 -0,6 -0,1
НСР0,5 0,9 0,7
*Л1 - разница при определении до и после обработки растений препаратами; Л2 - разница при сравнении с контролем (после обработки препаратами).
ную однородность. Варьирование данных до обработки препаратами было незначительным (2,8.7,3 %) для каталазы, инвертазы и уреазы и средним (10,5.12,7 %) для фосфа-тазы. После обработки препаратами вариабельность показателей активности каталазы и инвертазы между вариантами возрастала на 1,9.3,6 %, а фосфатазы и уреазы снижалась на 1,1.1,4 %.
Обработка средствами химической защиты растений по-разному действует на различные ферменты, снижая активность каталазы, инвертазы и уреазы и стимулируя активность фосфатазы. Наибольшее влияние на активность уреазы в почве оказала обработка нута средствами химической защиты растений, снизив ее на 15,2.29,6 % от исходных значений. Активность каталазы уменьшалась после обработки химическими средствами защиты на 9,6.16,2 % на неудобренном и на 16,0.20,7 % на удобренном фонах, инвертазы - соответственно на 3,8.7,2 и 6,9.15,6 %. Обработка нута пестицидами оказывала стимулирующее действие на активность фосфатазы в почве, на неудобренном фоне она повысилась на 48,3.60,0 %, на удобренном - на 36,0.52,2 %.
Применение гуминового препарата BIO-Дон 10 повышало активность инвертазы и в меньшей степени каталазы и уреазы, но снижала активность фосфатазы. Средства биологической защиты растений не оказывали существенного влияния на ферментативную активность почвы, а при совместном использовании с гуминовым препаратом обеспечивали стимуляцию активности каталазы, ингибирование активности инвертазы и уреазы при отсутствии влияния на активность фосфатазы.
Литература
1. Хазиев Ф. Х. Экологические связи ферментативной активности почв // Эко-биотех. 2018. Т. 1. № 2. С. 80-92.
2. Enzymes as useful tools for environmental purposes / M. A. Rao, R. Scelza, F. Acevedo, et al. // Chemosphere. 2014. Vol. 107. P. 145-162.
3. Поляк Ю. М., Сухаревич В. И. Почвенные ферменты и загрязнение почв: биодеградация, биоремедиация, биоиндикация // Агрохимия, 2020. № 3. С. 83-93.
4. Long-term impact of diversified crop rotations and nutrient management practices on soil microbial functions and soil enzymes activity / D. N. Borase, C. P. Nath, K. K. Hazra, et al. // Ecological Indicators. 2020. Vol. 114. P. 106322. URL: https://doi.org/10.1016/j. soilbio.2019.107615 (дата обращения: 28.03.2021).
5. Алексеева А. А., Фомина Н. В. Оценка воздействия фунгицидов на активность гидролитических почвенных ферментов
// Вестник КрасГАУ. 2017. № 3 (126). С. 144-153.
6. Фосфатный режим и активность фосфатазы в черноземе обыкновенном при возделывании нута / О. И. Наими, О. С. Безуглова, Е. А. Полиенко и др. // Агрохимический вестник. 2020. № 3. С. 25-29.
7. Влияние гербицидов на процессы гу-мусообразования и микробиологическую активность лугово-бурых отбеленных почв Приморья / Л. Н. Пуртова, Л. Н. Щапова, Н. М. Костенков и др. // Агрохимия. 2008. № 1. С. 26-35.
8. Wozniak A. Chemical properties and enzyme activity of soil as affected by tillage system and previous crop // Agriculture. 2019. Т. 9. No. 12. Р. 262.
9. Effects of the herbicide mesotrione on soil enzyme activity and microbial communities / Z. Du, Y Zhu, L. Zhu, et al. // Ecotoxicology and Environmental Safety.
2018. Vol.164. P. 571-578. doi: 10.1016/j. ecoenv.2018.08.075.
10. Наими О. И. Ферментативная активность почвы при использовании средств защиты растений с гуминовым препаратом // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. 2019. № 11-2 (38). С. 18-20.
11. Plant-plant competition influences temporal dynamism of soil microbial enzyme activity / E. J. Schofield, R. W. Brooker, E. Paterson, et al. //Soil biologyand biochemistry.
2019. Vol. 139. Р. 107615. URL: https://doi. org/10.1016/j.soilbio.2019.107615 (дата обращения: 01.04.2021).
12. Фомина Н. В. Анализ уровня активности гидролитических ферментов чернозема выщелоченного до и после применения гербицидов в условиях красноярской лесостепи // Итоги и перспективы развития агропромышленного комплекса: Материалы международной научно-практической конференции. Соленое Займище: ФГБНУ «ПАФНЦ РАН», 2020. С. 371-374.
13. Браун Э. Э., Даришева Б. К. Изменение микробиологической активности почвы под влиянием гербицидов // Известия ОГАУ. 2010. № 1 (25). С. 200-203.
14. Действие гуминовых препаратов на активность почвенных ферментов в модельном опыте / М. А. Пукальчик, М. И. Панова, В. А. Терехова и др. // Агрохимия. 2017. № 8. С. 84-91.
15. Effect of fulvic acid fertilizer on microbial diversity and enzyme activity in wheat rhizosphere soil / J.-H. Liu, Q. Wang, S.-J. Sun, et al. // Journal of Plant Nutrition and Fertilizers. 2019. Vol. 27. No. 4. Р. 1808-1816.
16. World Reference Base for Soil Resources 2014. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. Update 2015 // World Soil Resources Reports 106. Rome: FAO UN., 2015. 192 р.
17. Захарычев В. В., Марцынкевич А. М. Аналоги стробилуринов в защите растений // Агрохимия. 2013. № 12. С. 64-74.
18. Наими О. И. О методе определения активности уреазы в почве // Высокие технологии и инновации в науке. СПб.: ГНИИ Нацразвитие, 2019. С. 17-20.
19. Звягинцев Д. Г. Биологическая активность почв и шкалы для оценки некоторых ее показателей // Почвоведение.1978. № 6. С. 48-54.
Effect of pesticides and humic preparation on the enzymatic activity of chernozem
O. I. Naimi, O.S. Bezuglova, V. A. Lykhman, M. N. Dubinina, E. A. Polienko
Federal Rostov Agrarian Scientific Center, ul. Institutskaya, 1, pos. Rassvet, Aksaiskii r-n, Rostovskaya obl., 346735, Russian Federation
Abstract. The study assessed the influence of treatment with pesticides and BIODon humic preparation on the enzymatic activity of ordinary calcareous chernozem. The work was carried out in 2019-2020 in the Rostov region. The activity of enzymes of the hydrolytic group (invertase, urease, and phosphatase) and the group of oxidoreductases (catalase) was studied. The cultivated crop was chickpea Donplaza. The experimental design included two factors: pesticides and growth stimulators (factor A) and mineral fertilizers (factor B). Factor A included several options: without treatment, humic preparation, two levels of chemical protection and biological system of plant protection, and their combinations with the humic preparation. Factor B included two variants: without treatment and N40P40K40. According to Zvyagintsev's scale, the studied chernozem is classified as moderately enriched and rich in catalase, moderately enriched in invertase and phosphatase, and poor in urease. The catalase activity in the 0-20 cm layer was 9.0-14.6 mL of O2 in 1 g of soil per 1 min, invertase activity - 30.4-37.2 mg of glucose per 1 g per 24 h, phosphatase activity - 2.08-4.26 mg P2O5 per10 g per 1 h, urease activity - 4.5-8.3 mg N-NH3 per 10 g soil per 24 h. Treatment of soil and plants with chemical protection agents inhibited the activity of urease (by 15.2-29.6%), catalase (by 9.6-20.7%), and invertase (by 3.8-15.6%) in the soil, but stimulated the activity of phos-phatase (by 30.0-60.0%). Treatment with humates increased the activity of invertase and, to a lesser extent, catalase and urease, but inhibited the activity of phosphatase. Treatment with biological plant protection products stimulated the activity of catalase and inhibited the activity of invertase and urease, the phosphatase activity remained within 2.8-3.5 mg P2O5 in 10 g of soil per 1 h both with and without humates.
Keywords: chernozem; enzyme; catalase; urease; phosphatase; invertase; humic preparation; treatment; pesticide; herbicide.
Author Details: O. I. Naimi, Cand. Sc. (Biol.), senior research fellow(e-mail: o.naimi@ mail.ru); O.S. Bezuglova, D. Sc. (Biol.), chief research fellow; V. A. Lykhman, Cand. Sc. (Biol.), senior research fellow; M. N. Dubinina, junior research fellow; E. A. Polienko, Cand. Sc. (Biol.), leading research fellow.
For citation: Naimi OI, Bezuglova OS, Lykhman VA, et al. [Effect of pesticides and humic preparation on the enzymatic activity of chernozem]. Zemledelie. 2021; (5): 26-31 Russian. doi: 10.24412/0044-3913-20215-26-31.
