Активность гидролитических ферментов почвы в фитогенном поле Acer negundo L. в условиях нарушенных пойменных сообществ

Главенствующую роль в растительных группировках играют наиболее сильные и влиятельные древесные растения, которые определяют состав верхних и, в наибольшей степени, подчиненных ярусов, сообществ, расположенных под верхним пологом. Acer negundo L. (клён ясенелистный), произрастающий в условиях естественных фитоценозов, оказывает существенное влияние на растительность нижних ярусов, изменяя водный, тепловой, световой режим биогеоценоза.

Важной предпосылкой для диагностики процесса биодеструкции органического вещества и выявления специфики почвообразования в фитогенном поле клена ясенелистного является оценка почвенных ферментов. Ферменты отличаются исключительно высокой

Цандекова Оксана Леонидовна, кандидат сельскохозяйственных наук, научный сотрудник лаборатории рекультивации и биомониторинга.

активностью, строгой специфичностью действия и большой зависимостью от различных условий внешней среды. Ферментативная активность обеспечивает интенсивность и направленность многих биохимических процессов, связанных как с превращением веществ и энергии в процессе аккумуляции органического вещества, так и биосферных процессов в целом [1, 2]. Основными критериями почвенной диагностики является активность гидролитических ферментов – инвертазы, протеазы и фосфатазы. Активность ферментов является более устойчивым и чувствительным показателем биогенности почв. Многие исследователи отмечают наиболее высокую ферментативную активность в верхних слоях почвы (0-10 см), в сравнении с более глубокими слоями (20-30 см) [3]. В период активного роста растений, а также при распаде корневых и растительных остатков активность почвенных ферментов повышается [4]. В настоящее время недостаточное внимание уделено особенностям изменения ферментативной активности под влиянием растительности, в частности клена ясенелистного. В связи с этим, актуален поиск оптимального решения проблемы состояния почвы и ее ферментативной активности в конкретных почвенно-климатических условиях, для выяснения роли ферментов с разной устойчивостью и локализацией в почвенном метаболизме и, в целом, в экологической стабильности биогеоценозов.

Цель нашей работы – оценить активность гидролитических ферментов почвы в фитоген-ном поле Acer negundo L. в условиях нарушенных пойменных сообществ.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводились в 2017 г. Объектом исследований служили образцы почвы, отобранные под насаждениями Acer negundo (клена ясенелистного) трансформированных растительных сообществ в пойме р. Томь между озерами Красное и Длинное в пределах г. Кемерово (55°21›50›› с. ш., 86°8›55›› в. д.). Насаждения оцениваются первой категорией жизненного состояния по шкале В.А. Алексеева I классом бонитета, возраста деревьев – 20-25 лет. Живой напочвенный покров образован разнотравно-злаковым сообществом с преобладанием Urtica dioica L ., Poa pratensis L ., Phleum pratense L ., Elytrigia repens (L.) Nevski ., Humulus lupulus L.., с общим проективным покрытием 20-90 %.

Отбор проб проводили по трем категориям сомкнутости крон клена ясенелистного на учетных площадках: 1 – одиночные деревья в несомкнутых древостоях; 2 – деревья с сомкнутостью крон 50-60%; 3 – деревья с сомкнутостью крон 100%. В качестве контроля выбрана внешняя зона одиночных деревьев (К). Сроки отбора образцов – в начале (III декада мая), в середине (III декада июля) и в конце (III декада сентября) вегетационного периода. Образцы почвы отбирали с каждого исследуемого варианта с глубины 0-10 см, поскольку основная биологическая активность и наибольшая био-генность присущи верхним слоям почвенного профиля [5]. Исследования ферментативной активности почвы проведены на свежесобранном материале в трехкратной повторности из смешанной пробы. Определение активности инвертазы проведено по методу В.Ф. Купревича и Т.А. Щербаковой; активность протеазы – по методу А.Ш. Галстяна и Э.А. Арутюнян [6]; активность фосфатазы – по методу А.Ш. Галстяна [7]. Данные представлены в виде средних арифметических значений и их среднеквадратических (стандартных) ошибок. Статистическая обработка полученных данных и построение графиков выполнены с помощью Microsoft Office Excel 2007.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Сравнительный анализ данных по активно- сти гидролитических ферментов почвы в нарушенных пойменных сообществах Acer negundo выявил некоторые различия у исследуемых образцов на учетных площадках. Наибольшая активность ферментов у контрольных и опытных образцов отмечена в период активного роста деревьев (июль), к концу вегетации – их понижение. Активность инвертазы во всех почвенных образцах выше, чем активность протеазы и фосфатазы (рис. 1).

Инвертазу обнаруживают во всех образцах, она является одним из важных ферментов, характеризующих биологическую активность почвы. Этот фермент участвует в биохимических превращениях углеводов, которые содержатся в почвенном органическом веществе, микроорганизмах и растениях в значительном количестве. Анализ полученных данных показал, что в течение вегетации активность инвертазы отличалась значительным варьированием по отношению к контролю. Согласно шкале сравнительной оценки биологической активности почвы, предложенной Э.И. Гапонюк и С.Г. Малаховым [8], в мае и сентябре степень активности фермента характеризовалась как средняя, в июле – относительно высокая на всех исследуемых площадках. Вначале вегетационного периода значения данного фермента варьировали в пределах от 30,37 до 41,39 мг глюкозы /1г почвы /24 ч, в середине вегетации – его повышение (до 58,07 мг глюкозы /1г почвы /24 ч), к концу вегетации – снижение фермента до 33,03 мг глюкозы /1г почвы /24 ч.

Сравнивая изучаемые площадки выявлено, что инвертазная активность почвы выше возле одиночных деревьев Acer negundo в несомкнутых древостоях, по сравнению с другими группами деревьев и с контролем. В первой группе у исследуемых образцов ферментативная активность превысила контроль в мае на 3%, в июле – на 10%, в сентябре – на 6%. Образцы второй и третьей группы в течение вегетации уступали контрольным значениям на 3-25%.

Биохимическую активность разложения азотсодержащего органического вещества в почве оценивают по ее протеолитической активности. С повышением плодородия почв наиболее тесно связана активность ферментов азотного режима и, в частности, ферментов протеаз. Протеазы участвуют в начальных этапах минерализации белковых соединений и обусловливают динамику усвояемых форм азота. Результаты наших исследований по активности протеазы показали, что почва относится к средней степени активности. В течение вегетации на учетных площадках активность фермента варьировала в пределах от 2,93 до 4,95 мг глицина /1 г почвы /24 ч

0  10203040506070

Активность инвертазы, мг глюкозы/ 1г почвы /24 ч

Активность протеазы, мг глицина/ 1г почвы / 24ч

0        0,5        1        1,5        2        2,5        3        3,5        4

Активность фосфатазы, мг Р2О5/ 10 г почвы/ ч

□ сентябрь         Пиюль         Пмай

Приложение: К — контроль, 1 — одиночные деревья в несомкнутых древостоях, 2 — деревья с сомкнутостью крон 50-60%, 3 — деревья с сомкнутостью крон 100%о

Рис. 1. Динамика ферментативной активности почвы на исследуемых площадках у контрольных и опытных почвенных образцов. Сравнительная характеристика исследуемых площадок выявила некоторые различия данного показателя в течение вегетации относительно контроля. Наибольшие значения протеазы отмечены у опытных образцов в первой группе в мае и сентябре. В этот период исследуемые показатели варьировали в пределах 3,7 и 3,9 мг глицина /1 г почвы /24 ч соответственно и превысили контроль на 2,5%. Опытные образцы второй и третьей группы характеризовались более низкими значениями активности фермента и уступили контролю на 8-19%.

Фосфатазы имеют широкий спектр деятельности и достаточно распространены в почве. Они гидролизуют разнообразные фосфомоноэфиры. Активность фосфатаз характеризует интенсивность биохимических процессов мобилизации органического фосфора почвы. Анализ данных по активности фосфатазы показал, что в течение вегетации на учетных площадках у исследуемых образцов она варьировала в пределах от 2,2 до 3,5 мг глицина /1 г почвы /24 ч, относящиеся к средней степени активности почв. Сравнение фосфатазной активности почвы на учетных площадках выявили тенденцию к повышению в середине вегетации. Активность фермента у исследуемых образцов в этот период варьировал в пределах от 2,95 до 3,52 мг P2O5 /10г почвы/ч. Наибольшие отличия от контроля (19-25%) по данному показателю выявлены у опытных образцов на площадках во второй и в третьей группе в сентябре. Образцы первой группы превысили контроль в мае и сентябре на 5 и 8% соответственно.

ВЫВОДЫ

• 1.    Наибольший уровень активности гидролитических ферментов почвы на исследуемых площадках в нарушенных пойменных сообществах выявлен возле одиночных деревьев Acer negundo в несомкнутых древостоях, по сравнению с другими группами деревьев и с контролем.

• 2.    Наибольшая активность ферментов выявлена в середине вегетационного периода, причем инвертазная активность во всех почвенных образцах выше, чем протеазы и фосфатазы.

• 3.    В течение вегетации на исследуемых площадках установлен средний уровень биохимической активности почвы. Данные показатели можно использовать в качестве диагностических признаков состояния почвы и ее ферментативной активности в конкретных почвенноклиматических условиях.