Параметры оценки биологической активности почвы.
advertisement
УДК 631.46 ПАРАМЕТРЫ ОЦЕНКИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ПОЧВЫ Нечаева Елена Хамидулловна, к. с.-х. н., доцент, зав. кафедры «Садоводство, ботаника и физиология растений» EXNechaeva@yandex.ru Марковская Галина Кусаиновна к. б. н, профессор кафедры «Садоводство, ботаника и физиология растений», galina-markovskaya@yandex.ru Мельникова Наталья Александровна к. с.-х. н., доцент кафедры «Садоводство, ботаника и физиология растений» melnikova-agro@mail.ru ФГБОУ ВО Самарская ГСХА Россия, город Кинель 446442, Самарская область, г. Кинель, п.г.т. Усть-Кинельский, ул. Учебная, 2 Тел.: 8(84663) 46-5-67 ФГБОУ ВО Самарская ГСХА Россия, город Кинель Аннотация: Проанализированы показатели биологической активности почвы, используемые для оценки агротехнических приемов при возделывании сельскохозяйственных культур. В наших исследованиях наиболее информативными оказались параметры оценки ферментативной активности: каталаза, полифенолоксидаза, пероксидаза и разложения расти- тельных остатков. Ключевые слова: ферментативная активность, структура микробного сообщества, биологическая активность. ASSESMENT PARAMETERS OF BIOLOGICAL ACTIVITY OF SOIL Nechayeva Elena Khamidullovna cand. of Ag.Sc., assistant professor, Head of the Chair "Gardening, botany and plant physiology" EXNechaeva@yandex.ru Markovskaya Galina Kusainovna cand. biol. sc., professor of the Chair "Gardening, botany and plant physiology" galina-markovskaya@yandex.ru Melnikova Natalia Aleksandrovna cand. of Ag.Sc., assistant professor of the Chair "Gardening, botany and plant physiology" melnikova-agro@mail.ru FSBEI HE "Samara State Agricultural Academy" Russia, the city of Kinel 446442, Samara Region, the city of Kinel, settl. Ust-Kinelsky, Uchebnaya St., 2. Phone: 8(84663) 46-5-67 Abstract: We analyzed the indicators of biological activity of the soil used for the assessment of agrotechnical receptions in the cultivation of crops. In our researches we proved that the most informative were the assessment parameters of enzymatic activity such as catalase, polyphenoloxidase, peroxidase and the decomposition of plant residues. Keywords: enzymatic activity, microbial community structure, biological activity. В настоящее время в рамках контроля за состоянием окружающей среды и оценки воздействия на неё, особое место занимает биологический мониторинг - контроль состояния окружающей природной среды с помощью живых организмов. Главный метод биологического мониторинга биоиндикация, которая заключается в регистрации любых изменений в биоте, вызванных антропогенными факторами. При проведении биомониторинга и биодиагностики почв ведущими являются показатели биологической активности, под которой подразумевают интенсивность протекающих в ней биологических процессов. Биологическая активность почвы обусловлена суммарным содержанием в почве определенного запаса ферментов, как выделенных в процессе жизнедеятельности растений и микроорганизмов, так и аккумулированных почвой после разрушения отмерших клеток. Биологическая активность почв характеризует размеры и направление процессов превращения веществ и энергии в экосистемах суши, интенсивность переработки органических веществ и разрушения минералов[1,2,3]. Анализ литературы по данной проблематике показал отсутствие четких рекомендаций по выбору оптимальных критериев оценки. К.Ш. Казеев, С.И. Колесников и В.Ф. Вальков в работе «Биологическая диагностика и индикация почв: методология и методы исследований» отмечают, что основными составляющими предлагаемой ими методологии изучения и оценки биологической активности почв являются следующие: комплексный подход совместного и одновременного изучения биологических объектов, их почвенных производных и абиотической среды; определение ряда наиболее информативных экологических и биологических показателей и последующее нахождение интегрального показателя эколого- биологического состояния почвы; профильно-генетический и сравнительно-географический подходы к оценке состояния почвы; учет пространственной и временной вариабельности свойств почвы; единообразие методик и методов исследования. Выбор показателей для мониторинга и диагностики эколого-биологического состояния почв должен проводится в зависимости от целей и задач исследования, вида антропогенного воздействия на почву, имеющейся лабораторно-аналитической базы, подготовки персонала и других критериев[2]. Цель исследований: выявить наиболее информативные и доступные показатели биологической активности почвы для оценки агротехнических приемов при возделывании сельскохозяйственных культур. Результаты исследований: В годы исследований 1997-2013г.г. нами определялись следующие параметры биологической активности почвы: структура микробного сообщества, целлюлозоразлагающая активность почвы, скорость разложения растительных остатков, дыхание почвы, активность фермента каталазы, полифенлоксидазы, пероксидазы. В наших исследованиях при оценке влияния различных агротехнических приемов на биологическую активность почвы в условиях Среднего Поволжья в составе микробного ценоза в1997-2005 г.г. самой многочисленной группой микроорганизмов были бактерии, их численность составляла 98% от общего количества микроорганизмов, на долю актиномицетов приходилось 1,4%, а грибов - 0,6%. Напротив, в исследованиях 2008-2013 г.г. доминирующее положение занимали актиномицеты, их численность составляла в среднем 70-80% от общего количества изучаемых микроорганизмов, на долю бактерий приходилось – 20%, а на долю грибной микрофлоры - 0,2%. Отмечена корреляция между содержанием актиномицетов в почве и количеством органического вещества. Грибы и бактерии являются теми микроорганизмами, которые разлагают органическое вещество на первых этапах его трансформации и чис- ленность бактериальной популяции возрастает при использовании сидерального пара и при внесении органических удобрений. Для грибной микрофлоры в наших исследованиях лучшие условия складывались при совместном внесении органических и минеральных удобрений и при глубоком рыхлении на 28-30 см. Засушливые погодные условия вегетационного периода в разные годы приводят к увеличению количества спорообразующих бактерий с середины вегетации они составляют около 50-60%,а к концу вегетации могут достигать достигли 80-90%. Роль спорообразующих бактерий наиболее значительна при более глубоко идущих процессах трансформации органических соединений при минерализации стойких органических веществ и гумуса. Для этого они располагают широким составом ферментов. При более интенсивных мобилизационных процессах преобладают спорообразующие бактерии, использующие не только органический, но и минеральный азот (Bac. megaterium, Bac. mesentericus, Bac. subtilis), а при слабых мобилизационных процессах – нуждающиеся в органическом азоте (Bac. cereus, Bac. mycoides и др.)[4]. Наиболее распространенным показателем биологической активности почвы является ее целлюлозоразлагающая активность. Отмечалось снижение интенсивности разложения целлюлозы при поверхностной обработке, по сравнению с более глубокой основной обработкой почвы. Снижение целлюлозоразлагающей способности почвы при поверхностной обработке можно объяснить уменьшением степени аэробности почвы, а микрофлора осуществляющая разложение целлюлозы представлена в основном аэробными формами - это плесневые грибы и целлюлозоразлагающие бактерии. Более интенсивному разложению растительных остатков в слое почвы 0-40 см способствовали органическая система удобрения и более глубокая обработка почвы Показатели разложения органического вещества и целлюлозоразлагающей активности почвы не коррелируют между собой потому, что растительные остатки представляют собой комплекс органических веществ (лигнин, пектиновые вещества, гемицеллюлоза и т.д.). А показатель разложения льняного полотна характеризует лишь трансформацию чистой целлюлозы. В связи с этим использовать для характеристики биологической активности почвы один показатель разложения целлюлозы, что встречается довольно часто, не достаточно, так как он не отражает в полной мере интенсивность микробиологических процессов. Определение почвенного дыхания позволяет судить о напряженности окислительных процессов, протекающих прежде всего с участием микроорганизмов, и определяющих режим органического вещества почвы. В наших исследованиях в среднем за вегетацию интенсивность почвенного дыхания выше в вариантах с отсутствием механической обработки почвы и неглубокой заделке растительных остатков. Микроорганизмы почвы являются активными продуцентами ферментов - катализаторов белковой природы. При оценке биологической активности почв определяется ее ферментативная активность. Наиболее интересны в почве ферменты класса оксидоредуктаз. К оксидоредуктазам относят ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции - каталазы, дегидрогеназы, пероксидазы, полифенолоксидазы и др. Одним из наиболее чувствительных к изменению условий почвенной среды является фермент каталаза - широко распространенный фермент, за редким исключением, присущий всем живым организмам. В наших исследованиях на активность фермента каталаза, положительное влияние оказала органическая система удобрения, что коррелирует с общей численностью микроорганизмов (г = 0,77), а минимализация основной обработки почвы приводит к снижению уровня активности. Полифенолоксидазы осуществляют процессы окисления с помощью кислорода воздуха, пероксидазы – за счет кислорода перекиси водорода, образующейся в почве за счет жизнедеятельности микроорганизмов, а также действия оксидаз. Несмотря на то, что лигнины отличаются устойчивостью к разложению по сравнению с другими компонентами растительных остатков, они быстро гумифицируются в почве под действием микробных оксидаз – полифенолоксидаз и пероксидаз. Так как лигнины представляют один из наиболее важных источников углеродсодержащих соединений, то полифенолоксидазная и пероксидазная активности могут служить одним из биохимических индикаторов круговорота углерода в почве [5]. В наших опытах изучение активности полифенолоксидазы, связанной с новообразованием гумусовых молекул, и пероксидазы, ответственной за минерализацию органического вещества почвы, указывает на увеличение активности полифенолоксидазы в вариантах вспашки. Соотношение активности полифенолоксидазы и пероксидазы, участвующих в процессах гумусообразования, свидетельствует об усилении интенсивности процессов гумусообразования в варианте со вспашкой. Заключение. Таким образом, определение показателей биологической активности почвы при оценке агротехнических приемов весьма перспективно с точки зрения сохранения и воспроизводства почвенного плодородия. Наши исследования показали, что биологическую активность почвы нельзя оценивать по одному-двум параметрам, должен отслеживаться комплекс показателей. Наиболее информативными оказались параметры оценки ферментативной активности: каталаза, полифенолоксидаза, пероксидаза и разложение растительных остатков. Список литературы 1. Звягинцев Д.Г. Биология почв / Д.Г. Звягинцев, И.П. Бабьева, Г.М. Зенова. - М.: МГУ, 2005.- 445 с. 2. Казеев К.Ш.. Биологическая диагностика и индикация почв: методология и методы исследований / К.Ш. Козеев, С.И. Колесников, В.Ф. Вальков.- Ростов н/Д: Изд-во РГУ, 2003.- 216 с. 3. Коваленко М.В. Биологические показатели и плодородие почвы // Актуальные вопросы агрономической науки в XXI веке. – Самара, 2004. – С.424-430. 4. Миненко А.К. Регулирование биологической активности дерновоподзолистых почв (на примере Центральных районов Нечерноземной зоны) // Автореф. дисс. докт. биол. наук. М., ТСХА. - 1991. - 41 с. 5. Михайловская Н.А., Взаимосвязь активности оксидаз с содержанием различных фракций органического вещества в дерново-подзолистой супесчаной почве. - Минск: Вести Национальной Академии Наук Беларуси.№1. -2011. -С.37-43.
