CC BY
16
Змши 6ioxiMi4Hoi активност чорнозему опiдзоленого пiд впливом вирощування гречки в умовах ведення традицшноТ i оргашчноТ систем землеро6ства
Changes in Biochemical Activity of Podzolic Chernozem under the Influence of Buckwheat Cultivation in the Conditions of Traditional and Organic Farming Systems
1
Ганна Цигичко1 Ganna Tsygichko
11nstitute for Soil Science and Agrochemistry Research named after O. N. Sokolovsky 4 Chaikovska Street, Kharkiv, 61024, Ukraine, [email protected]
DOI: 10.22178/pos.21-4
LCC Subject Category: S605.5
Received 19.03.2017 Accepted 17.04.2017 Published online 19.04.2017
© 2017 The Author. This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License
Анотащя. Проведено дослщження та виявлено змти бюлопчноТ активност чорнозему опщзоленого Люостепу УкраТни при вирощуванн гречки, як основноТ стьськогосподарськоТ культури так i культури попередника за показниками ферментативноТ активностi i процесiв амонiфiкацiйноТ та нiтрифiкацiйноТ здатностей за рiзних систем землеробства. Встановлено, що використання гречки за оргашчноТ системи сприяло пiдвищенню ензиматичноТ активной та амонiфiкацiйноТ i нiтрифiкацiйноТ здатностей чорнозему опщзоленого.
Ключoвi слова: бiологiчна активнiсть Грунту; чорнозем опiдзолений; ферментативна активнють Грунту; амонiфiкацiйна здатнiсть фунту; штрифкацшна здатнiсть Грунту; органiчна система землеробства.
Abstract. The research identified changes in biological activity of Ukrainian forest-steppe chernozem podzolized under the growing of buckwheat both as the main crops and as the crops of predecessor indicators for enzyme activity and processes of ammonification and nitrification abilities in different farming systems. It was established that the use of buckwheat for the organic system contributed to the increasing of enzymatic activity and ammonification and nitrification abilities of chernozem podzolized.
Keywords: biological activity of the soil; chernozem podzolized; soil enzyme activity; ammonification ability of soil; nitrification ability of soil; organic farming system.
Вступ
Одшею з необхщних умов альськогосподар-ського виробництва е тдвищення урожайно-cri культурних рослин. Для цього використо-вують технологи, що базуються iнтенcивному використанш мiнеральних добрив, ядохiмi-катiв з багатократною обробкою, що в свою чергу призвело до значних змш в циклах бю-логiчних процеав, а в землеробcтвi до штен-сивно'1 деградацп rрунтiв, зниженню з часом потенцшно!' i ефективно' родючосп [1, 2, 3].
Для виршення вище зазначених проблем в Укра'ш виникла об'ективна необхщшсть в еколопзацп сiльськогосподарського вироб-ництв, тобто впровадження та використання альтернативних традицшним методам систем землекористування [4, 5].
Одшею з головних задач оргашчного землеробства е розробка високоефективних агро-технологiй, як базуються на штенсифжацп бiологiчного потенщалу rрунтiв i можуть за-безпечити не тыьки одержання високих ста-
лих врожа'в сыьськогосподарських культур, а й вщтворення родючосп Грун™. Основними ознаками оргашчного землеробства е вщмо-ва вiд використання легкорозчинних мшера-льних добрив, перш за все, азотних, а також синтетичних засобiв захисту рослин, стиму-лювання бюлопчно'' активностi Грунту, що включае в себе широке використання оргаш-чних вiдходiв рослинництва та тваринницт-ва, компостiв, зелених добрив i фiксацГi атмосферного азоту бульбочковими бактерiями. Кiнцева мета оргашчного виробництва отримання еколопчно безпечно'' продукцй рослинництва i тваринництва. Отже для використання оргашчно'' системи землеробства необхщш заходи, що направленi на максима-льне використання компонешпв агроекосис-тем, а саме Грунтових мiкроорганiзмiв [4, 5, 6, 7, 8].
Доведено, що на природний потенщал родючосп Грунту суттево впливае яюсний юльюс-ний склад його мжрофлори та й бiохiмiчна актившсть. Але ж введення Грунту в активне землекористування призводить до значних змш цих показникiв [9].
Серед зернових культур, що використову-ються за оргашчно'' системи землеробства мае великий усшх гречка. В авозмш гречку використовують як природний гербщид. Авжеж, ретельно очистити поле з помiчу гречки неможливо та якщо завершити обробку Грунту мехашзованим способом, то можливе вирощування будь яку культу, як послщов-ник [10].
На сьогодшшнш день вплив факторiв певно'' системи землекористування та вирощувано'' сшьськогосподарсько' культури, у нашому випадку - гречки на функщонування мжроб-ного комплексу i в щлому на якiсть Грунту мало вивчений.
Мета роботи - дослщження змiни бiохiмiчноi' активностi чорнозему опiдзоленого при ви-рощуваннi в сiвозмiнi гречки та й впливу як основно'' культури так i культури попередни-ка за умов ведення рiзних систем землеробс-тва.
Методи i матерiали
Дослщження проведено на польовому стащ-онарi вiддiлу агрохiмii, який проводиться з 1989 року з вивчення бюлопзованих систем
землеробства державного тдприемства «До-слiдне господарство Граювське» Нащональ-ного наукового центру «1нститут грунтознав-ства та агрохiмfi iменi О. Н. Соколовського» (Харкiвський район Харювсько'' область Укра-'на). Грунт - чорнозем опщзолений важкосуг-линковий. В орному шарi Грунту мiститься: гумусу - 4,1 %, рухомих форм фосфору - 138 мг/кг Грунту; обмшного калш - 90 мг/кг Грунту, рН сольовий - 6,0. Традицшна система характеризувалася внесенням мшераль-них добрив та хiмiчною системою захисту рослин (гербщид Раундап), у той же час, оргаш-чна система виключала застосування гербь цидiв та синтетичних мiнеральних добрив, а удобрювальну дiю виконували агрозаходи заорювання стернi, внесення гною. Вiдбiр Грунтових зразкiв проводили в перюд веге-тацй гречки (табл. 1).
Таблиця 1 - Схема дослщу
Культура Система удобрення i дози добрив
Традицшна (варiант 1) Оргашчна (варiант 2)
Гречка (2011 р.) солома оз. пшеницi 2 т/га 1 ^50^0 2 солома оз. пшенищ 2 т/га 1
Соняшник (2012 р.) солома гречки 2 т/га 1 N^60^0 1 2 солома гречки 2 т/га 1
Примiтки: 1 - внесення добрив в розкид ошню; 2 - внесення азотних добрив в розрахунку 12 кг N на 1 т соломи
Амошфжацшну та штрифжацшну здатшсть Грунту визначали за загальноприйнятими ДСТУ 4729:2007 [11]. Бiохiмiчнi властивостi чорнозему опiдзоленого визначались за по-казниками активностi ферментiв швертази фотоколорометричним методом [12], дегщ-рогенази за ДСТУ 4729:2007 [13] та полiфе-нолоксидази за ДСТУ 7928:2015 [14].
Отримаш в результат дослщжень данi стати-стично оброблено за методом дисперсшного аналiзу у програмi Statistica 6.0.
Результати дослiдження
Бюлопчна активнiсть Грунту визначаеться не лише загальною кiлькiстю Грунтових мжроо-
рганiзмiв, але й урахуванням результат "х дiяльностi [15].
Одним iз найбiльш чутливих методiв дiагнос-тики мiкробiологiчних процесiв у Грунтах е рiвень ферментативно"' активность Для вста-новлення iнтенсивностi i спрямованостi ме-таболiчних процесiв в мжробному ценозi нами було визначено показники дегщрогеназ-
Це можна пояснити тим, що гречка добре ви-користовуе дiю та тслядш добрив, внесених, пiд гречку. В свою чергу, проаналiзував змiну цього показника, маемо зазначити, що в перь од вегетацп соняшнику (2012 р.) з поперед-ником гречкою за умов використання оргаш-чно' системи, виявлено зростання 1,04 рази та тдтримка на достатньому рiвнi показника дегщрогеназно"' активностi чорнозему опщзоленого, що вказуе на значне збагачен-ня лугорозчинними фракщями гумусу [16].
Вщомо, що ферменти полiфенолоксидази приймають участь у перетвореннi органiчних
но'', швертазно", полiфенолоксидазноi актив-ностi. Вщомо, що дегщрогеназна активнiсть свiдчить про штенсившсть дегiдрування ор-гашчно"' речовини та актившсть мiкробного пулу в щлому [12, 16]. За традицшно"' системи на варiантi з гречкою цей показник був вишдм у 1,4 рази порiвняно до варiанту з органiчною системою землеробства (рис. 1).
сполук ароматичного ряду в компоненти гумусу. Вони каталiзують окислення фенолiв (моно -, ди -, три -) до хинонов в присутносп кисню повiтря [13, 15]. Показники активности полiфенолоксидази на варiантi з гречкою в перюд вегетацп був вищими в 1,68 рази порь вняно з традицшною системою землеробства (рис. 1).
Таю ж позитивы змши виявлено i для швер-тазно"' активностi, як за вирощування гречки, так i при вирощуваннi соняшнику - тдвищення активносп цього показника в 1,27 рази порiвняно до традицшно" системи (рис. 2).
CN
се
6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0
Л
4,4
5,6
Традицшна Оргашчна
Гречка - 2011 р.
Л
4,7
6,0
Традицшна Оргашчна
Соняшник - 2012 р.
452,4
236,5
Традицшна Оргашчна Гречка - 2011 р.
Традицшна Оргашчна Соняшник - 2012 р.
I полiфенолоксидазна актившсть Грунту, мг 1,4-п бензохiнона за годину
дегщрогеназна актившсть ^руну, мг ТФФ в 100 г за 24 години
Рисунок 1 - Змша дегщрогеназноТ та полiфенолоксидазноТ активностей чорнозему опщзоленого за
рiзних систем землеробства
Рисунок 2 - Змша швертазноТ активной чорнозему опiдзоленого за рiзних систем землеробства
Пщвищення швертазно! активност чорнозе-му опщзоленого, свiдчить про штенсившсть процесiв утилiзацп вуглеводiв Грунтовою мь крофлорою та в щлому рiвень природно'! ро-дючостi, окультурювальний вплив рiзних аг-роприйомiв, що склалися саме за викорис-тання оргашчно! системи землеробства.
Також для загально'! оцiнки бiохiмiчноi активности чорнозему опiдзоленого нами проведено аналiз основних процесiв трансформацп азоту в Грунт - амошфжацшно! та штрифь кацшно! здатностей Грунту.
Наступним етапом трансформацп азоту в Грунт - це процес штрифжацп, штенсившсть яко! свiдчить про окультурений стан Грунту, але ж значне пщвищення цього показника не слщ вважати позитивною тенденщею. Вщпо-вiдно процес штрифжацп проходить най-бiльш активно за умов достатньо'! кiлькостi мшерального азоту в Грунтi, з близькою до нейтрально'! реакцieю та достатньою аеращ-ею. Саме такi умови найбыьш оптимальнi для росту рослин [9, 15]. Вщомо, що активна шт-рифiкацiйна здатнiсть оптимальна i сприят-лива в перiод вегетацп рослин. Отже, за умов вирощування гречки як основно! сыьського-сподарсько! культури на варiантi з оргашч-ною системою цей процес проходить най-бiльш iнтенсивнiше на 6 % быьше порiвняно до традицшно!' (рис. 3).
Визначення амошфжацшно! здатностi Грунту надае нам уявлення про можливкть мобШ-зацп азоту у Грунть Так, за умов використан-ня оргашчно! системи при вирощуваннi со-няшнику спостерiгалось пiдвищення цього показника на 18 % порiвняно до традицшно! системи. Вiдповiдно до вище зазначеного, це надае нам пщстави вважати, що на цьому ва-рiантi склалися сприятливi умови для росту i розвитку рослин за рахунок достатньо! юль-костi амоншного азоту пiд впливом - культури попередника (рис. 3).
"Ш- 6,8
6,3
4,6
—------
3,8
Висновки
Дослщженнями виявлено пщвищення показника дегщрогеназно!' активной чорнозему опiдзоленого за традицiйна системи землеробства при вирошуванш гречки у 1,4 рази порiвняно до оргашчно!' системи, що на нашу думку спричинено внесенням мшеральних добрив, як в незначних дозах вплинули на пщвищення цього Грунтового ферменту.
В ходi проведення дослщження виявлено зростання показниюв ензиматично!' активности чорнозему опiдзоленого при використан-ня гречки як культури попередника, навггь без додаткового внесення мшеральних добрив на варiантах з оргашчною системою землеробства, а саме полiфенолоксидазноi - в 1,68 рази i швертазною - в 1,27 рази активностей та амошфжацшно!' - на 18 % i штрифь кацшно!' - на 6 % здатностей порiвняно до традицшно!' системи.
2011 2012 традицшна
2011 2012 оргашчна
гречка - 2011 р., соняшник - 2012 р. Амошфжацшна здатшсть Грунту Нггрифжацшна здатшсть Грунту
Рисунок 3 - Змта амошфкацмноТ i штрифкацмноТ здатностi чорнозему опщзоленого
Список використаних джерел / References
1. Ovsjannikov, Ju. A. (2000). Teoreticheskie osnovyjekologobiosfernogo zemledelija [Theoretical
Foundations of Ecological Biosphere Farming]. Ekaterinburg: Izd-vo Ural'skogo un-ta (in Russian)
[Овсянников, Ю. А. (2000). Теоретические основы экологобиосферного земледелия. Екатеринбург: Изд-во Уральского ун-та].
2. Kaminskii, I. V. (2011). Znachennia bobovykh kultur v biolohizatsii silskoho vyrobnytstva [The value
of legume crops in agricultural production biologization]. VisnykSumskoho Natsionalnoho ahrarnoho universytetu, 1, 55-62 (in Ukrainian)
[Камшскш, I. В. (2011). Значення бобових культур в бюлопзацп альського виробництва. Bïchuk Сумського Нацонального аграрногоутверситету, 1, 55-62].
3. Naidonova, O. E. (2010). Biolohichna dehradatsiia chornozemivpry zroshenni [Biological degradation
of Chernozems at irrigation] (Doctoral thesis). Retrieved from https://goo.gl/dFIHzH (in Ukrainian)
[Найдьонова, О. Е. (2010). Бiологiчна деградащя чорноземiв при зрошенш (Автореферат дисертацп). URL: https://goo.gl/dFIHzH].
4. Kisel', V. I. (2000). Biologicheskoe zemledelie v Ukraine: problemy iperspektivy [Biological agriculture
in Ukraine: problems and prospects]. Kharkiv: Shtrih (in Russian)
[Кисель, В. И. (2000). Биологическое земледелие в Украине: проблемы и перспективы. Харьков: Штрих].
5. Pro vyrobnytstvo ta obih orhanichnoi silskohospodarskoi produktsii ta syrovyny [On the production
and turnover of organic agricultural products and raw materials] (Ukraine) 3 September 2013, No 425-VI. Retrieved March 1, 2017, from http://zakon3.rada.gov.ua/laws/show/425-18 (in Ukrainian)
[Яро виробництво та об^ оргашчно1'сшьськогосподарсько'! продукци та сировини (Украша) 3 вересня 2013, № 425-VI. Актуально на 01.03.2017. URL: http://zakon3.rada.gov.ua/laws/show/425-18].
6. Patyka, V. P., Tihonovich, G. A., Filip'ev, I. D., Gamajunov, V. V., Andrusenko, I. I. (1993).
Mikroorganizmy i al'ternativnoezemledelie [Microorganisms and alternative farming]. Kiev: Urozhaj (in Russian)
[Патыка, В. П., Тихонович, Г. А., Филипьев, И. Д., Гамаюнов, В. В., Андрусенко, И. И. (1993). Микроорганизмы и альтернативное земледелие. Киев: Урожай].
7. Petrychenko, V. F., & Panasiuk, Ya. Ya. (2009). Suchasni systemy zemlerobstva Ukrainy [Modern
farming systems Ukraine] (2nd ed.). Vinnytsia: n. d. (in Ukrainian)
[Петриченко, В. Ф., & Панасюк, Я. Я. (2009). Сучасш системи землеробства Украти (2-ге вид.). Вшниця: n. d.].
8. Volkogon, V. V. (2005). Mikrobiologija v sovremennom agrarnom proizvodstve [Microbiology in
modern agriculture]. Silskohospodarska mikrobiolohiia, 1-2, 6-29 (in Ukrainian) [Волкогон, В. В. (2005). Мжробюлопя у сучасному аграрному виробництвь Слъсъкогосподарсъка мiкробiологiя, 1-2, 6-29].
9. Iutynska, H. O. (2006). Hruntova mikrobiolohiia [Soil Microbiology]. Kyiv: Aristei (in Ukrainian)
[1утинська, Г. О. (2006). Грунтова мiкробюлогiя. Кшв: Арктей].
10. Research Institute of Organic Agriculture. (2017). Organic Market Development in Ukraine.
Retrieved from http://www.ukraine.fibl.org/en/ua-resources/ua-publications.html
11. Dezhspozhyvstandart Ukrainy. (2006). Yakistgruntu. Vyznachennia nitratnoho ta amonifikatsiinoho
azotu v modyfikatsii NNTs IHA imeni O.N. Sokolovskoho [Soil quality. Determination of nitrate and ammonium nitrogen in modification of nsc issar named for O. N. Sokolovski] (DSTU 4729:2007). Retrieved from http://gost-
snip.su/document/dstu_4729_2007_yakist_gruntu_viznachannya_nitratnogo_i_amoni (in Ukrainian)
[Дежспоживстандарт Украши. (2006). Яюсть Грунту. Визначення нггратного та амошфжацшного азоту в модифжацп ННЦ 1ГА iменi О.Н. Соколовського (ДСТУ 4729:2007). URL: http://gost-
snip.su/document/dstu_4729_2007_yakist_gruntu_viznachannya_nitratnogo_i_amoni].
12. Chunderova, A. I. (1969, October 28-31). K metodike opredelenija aktinosti invertazy v pochve [To
the technique for determining invertase activity in soil]. In Mikrobiologicheskie i biohimicheskie issledovanija pochv (pp. 128-130). Kiev: Urozhaj (in Russian)
[Чундерова, А. И. (1971, Октябрь 28-31). К методике определения активности инвертазы в почве. В Микробиологические и биохимические исследования почв (с. 128-130). Киев: Урожай].
13. Dezhspozhyvstandart Ukrainy. (2016). Yakistgruntu. Vyznachennia aktyvnostigruntovoho
fermentu degidrogenazy fotoelektrokolorometrychnym metodom [Soil quality. Determination of soil enzyme degidrogenazy by fotoelektrokolorometrychnym method] (DSTU 7929:2015). Retrieved from https://goo.gl/8Nx96K (in Ukrainian)
[Держспоживстандарт Украши. (2016). Яюсть Грунту. Визначення активност Грунтового ферменту дегщрогенази фотоелектроколорометричним методом (ДСТУ 7929:2015). URL: https://goo.gl/8Nx96K].
14. Dezhspozhyvstandart Ukrainy. (2016). Yakist gruntu. Vyznachennia aktyvnosti gruntovoho
fermentu polifenoloksydazy fotoelektrokolorometrychnym metodom [Soil quality. Determination of soil enzyme polifenoloksydazy by fotoelektrokolorometrychnym method] (DSTU 7928:2015). Retrieved from https://goo.gl/0Io0Gu (in Ukrainian)
[Держспоживстандарт Украши. (2016). Яюсть Грунту. Визначення активност Грунтового ферменту полiфенолоксидази фотоелектроколорометричним методом (ДСТУ 7928:2015). URL: https://goo.gl/0Io0Gu].
15. Zvjagincev, A. G., Bab'eva, I. P., & Zenova, G. M. (2005). Biologija pochv (3rd ed.). Moscow: Izd-vo
MGU (in Russian)
[Звягинцев, А. Г., Бабьева, И. П., & Зенова, Г. М. Биология почв (3 изд.). Москва: Изд-во МГУ].
16. Peterson, N. V., & Kuriljak, E. K. (1969, October 28-31). Izuchenie nachal'nyh jetapov
prevrashhenija organicheskih veshhestv v pochvah s pomoshh'ju opredelenija degidrogenaznoj aktivnosti mikroflory pochvennyh prob [The study of the initial stages of the transformation of organic substances in soils by determining the dehydrogenase activity of the microflora of soil samples]. In Mikrobiologicheskie i biohimicheskie issledovanija pochv (pp. 128-130). Kiev: Urozhaj (in Russian)
[Петерсон, Н. В., & Куриляк, Е. К. (1971, Октябрь 28-31). Изучение начальных этапов превращения органических веществ в почвах с помощью определения дегидрогеназной активности микрофлоры почвенных проб. В Микробиологические и биохимические исследования почв (с. 121-124). Киев: Урожай].
