Активность каталазы в черноземе обыкновенном и влияние на нее антропогенных факторов
Автор: Наими О.И.
Журнал: Международный журнал гуманитарных и естественных наук @intjournal
Рубрика: Биологические науки
Статья в выпуске: 11-1 (26), 2018 года.
Бесплатный доступ
В полевых и лабораторных опытах изучали влияние гербицидов, удобрений и гуминового препарата на активность каталазы в черноземе обыкновенном карбонатном. Показано, что обработка гербицидом Гранстар Про в дозах 10-25 г/га и гуминовым препаратом BIO-Дон в дозе 2 л/га способствовала увеличению активности каталазы в почве. Внесение азотного удобрения также вызвало повышение каталазной активности, а внесение суперфосфата снизило ее почти в три раза.
Ферментативная активность, каталаза, чернозем обыкновенный, удобрения, гербициды
Короткий адрес: https://sciup.org/170184804
IDR: 170184804 | DOI: 10.24411/2500-1000-2018-10142
Текст научной статьи Активность каталазы в черноземе обыкновенном и влияние на нее антропогенных факторов
Каждому типу почв характерен свой относительно устойчивый ферментный уровень. Почвенные ферменты представляют собой высокомолекулярные белковые вещества – продукты метаболизма почвенного биоценоза. Они образуются в результате жизнедеятельности высших растений и почвенной мезо- и микрофауны, а также поступают в почву после их отмирания. Почвенные ферменты являются природными биокатализаторами, которые участвуют в трансформации веществ и энергии, находящихся в биогеоценозе или поступающих в него. Значительная роль отводится ферментам в процессах разложения органических остатков и синтеза гумуса [1, 2].
На ферментативную активность оказывает влияние ряд естественных факторов – химический и физический состав почвы, влажность, кислотность (рН), температурный режим и т.д. Однако, в последнее время в связи с ростом антропогенной нагрузки на почвы, все более интенсивное воздействие на ферментативную активность оказывают антропогенные факторы (внесение удобрений, гербицидов и других средств химизации) [2, 3].
В настоящее время в почву поступает извне множество различных химических соединений – минеральные удобрения, химические средства защиты растений, стимуляторы роста и др., которые физио- логически и химически более активны, чем естественные компоненты почвы, и в небольших концентрациях могут изменять ферментативную активность. При этом их влияние на ферментный потенциал почвы может быть прямым – через действие на накопленные в почве ферменты (активация, ингибирование или разрушение) и косвенным – путем изменения ферментного пула почвы в результате ингибирования или стимуляции роста растений и почвенных организмов и продуцирования ими ферментов в почву [3]. Почва, обладая активной поверхностью и сложной химической, физической и биологической средой, определяющими ее буферность и емкость поглощения, значительно регулирует интенсивность воздействия экзогенных химических компонентов на ферментный пул почвы и динамику его активности. Предметом наших исследований в этом аспекте являлось изучение влияния удобрений, гербицидов и гуминовых препаратов на активность каталазы в почве.
Объекты и методы исследования. В полевых и модельных лабораторных опытах изучали влияние гербицида Гранстар Про класса сульфонилмочевины, азотных (калийная селитра) и фосфорных (суперфосфат) удобрений и гуминового препарата BIO-Дон, полученного из вермикомпо-ста, на активность каталазы в черноземе обыкновенном карбонатном. В полевом опыте обработку озимой пшеницы проводили различными дозами гербицида – от пониженной (10 г/га) до повышенной (25 г/га), которая используется при высокой засоренности посевов. В это же время проводили обработку посевов гуминовым препаратом BIO-Дон в дозе 2 л/га. Активность каталазы определяли газоволюметрическим методом [4]. Результаты обработаны методами статистического анализа (Excel).
Результаты и обсуждение. Каталаза относится к классу окислительновосстановительных ферментов или оксидоредуктаз. Она разрушает токсичную для растений перекись водорода, которая образуется в процессе их дыхания, в результате биохимических реакций окисления органических соединений и в процессе метаболизма аэробных микроорганизмов. В зоне степных и сухостепных почв сезонная активность каталазы имеет летний минимум при повышенной активности весной и осенью [3].
При изучении влияния гербицида на каталазную активность в полевом опыте образцы на анализ отбирались через 1 месяц и через 2,5 месяца после обработки посевов. Результаты анализов представлены в таблице 1.
Таблица 1. Активность каталазы в полевом опыте при обработке озимой пшеницы гер- бицидом Гранстар Про и гуминовым препаратом BIO-Дон.
№ |
Вариант |
До обработки |
После обработки |
|
4.04.2018 |
25.05.18 |
12.07.2018 |
||
1 |
Фон (N 34 ) |
10.8 ± 1.1 |
11,8 ± 1.1 |
7,2 ± 0,1 |
2 |
Фон + гербицид (10 г/га) |
9.6 ± 0.5 |
10,0 ± 1,1 |
9,2 ± 0,4 |
3 |
Фон + гербицид (15 г/га) |
10.0 ± 0.5 |
12,5 ± 1,8 |
9,9 ± 0,2 |
4 |
Фон + гербицид (20 г/га) |
10,5 ± 1.3 |
11,2 ± 1,5 |
10,8 ±0,3 |
5 |
Фон + гербицид (25 г/га) |
10,8 ± 1,4 |
12,0 ± 1,4 |
12,5 ± 0,6 |
6 |
Фон + BIO-Дон (2 л/га) |
10,6 ± 0,6 |
11,0 ± 1,3 |
14,7 ± 0,5 |
Как видно из таблицы 1, при обработке как гербицидом, так и гуминовым препаратом, происходит некоторая стимуляция окислительно-восстановительных процессов в почве, что выразилось в повышении активности каталазы. В условиях полевых испытаний изучаемые биологические процессы находятся под влиянием большого количества факторов – метеорологических условий, состояния культурных и сорных растений после обработки гербицидами и т.д., поэтому мы не можем сказать, что повлияло больше на данное повышение – обработка препаратами или весеннее повышение температуры. Так, например, снижение активности каталазы, наблюдаемое в июле, явно обязано очень низкой влажности почвы.
Для того, чтобы исключить влияние переменных факторов и выявить непосред- ственное воздействие гербицидов на почвенные микробиологические и биохимические процессы, был поставлены кратковременные молельные лабораторные опыты без растений. Инкубация проводилась при комнатной температуре и оптимальной влажности (60% ППВ). Отбор образцов на анализы проводился на 5-й, 15-й и 35-й день после внесения гербицидов.
Результаты анализов (табл. 2) показали, что изучаемый гербицид оказал стимулирующее влияние на окислительновосстановительные процессы в почве, которое в наибольшей мере проявилось через 15 дней после обработки. Положительное влияние на активность каталазы оказало также внесение гуминового препарата BIO-Дон.
Таблица 2. Активность каталазы в лабораторном опыте при внесении в почву гербици- да Гранстар Про, гуминового препарата BIO-Дон и удобрений.
№ |
Вариант |
До обработки |
После обработки |
||
Через 5 дней |
Через 15 дней |
Через 35 дней |
|||
1 |
Контроль |
9,6 ± 0,6 |
9,5 ± 0,8 |
10,8 ± 0,3 |
10,7 ± 0,5 |
2 |
Почва + гербицид (20 г/га) |
9,5 ± 0,4 |
10,1 ± 0,4 |
11,8 ± 0,2 |
11,7 ± 0,5 |
3 |
Почва + BIO-Дон (2 л/га) |
9,6 ± 0,6 |
10,6 ± 0,5 |
12,6 ± 0,6 |
11,6 ± 0,4 |
4 |
Почва + калийная селитра |
9,4 ± 0,3 |
12,0 ± 0,5 |
11,4 ± 0,2 |
10,4 ± 0,4 |
5 |
Почва + суперфосфат |
9,5 ± 0,5 |
3,3 ± 0,2 |
3,6 ± 0,2 |
3,5 ± 0,3 |
Удобрения оказывают большое влияние на ферментативные процессы в почве: по- вышая плодородие почвы в целом, они вместе с тем положительно действуют и на ее ферментный уровень. Однако, действие отдельных видов и доз удобрений на активность различных ферментов не одинаково. Внесение азотного и фосфорного удобрения вызвало диаметрально противоположное воздействие на активность каталазы в черноземе (табл. 2). Азотные удобрения как химически, так и биологически – наиболее активные формы минеральных удобрений. Для почвенных микроорганизмов и растений, не способных фиксировать азот атмосферы в процессе жизнедеятельности, азотное питание всегда находится в минимуме, и они реагируют бурным развитием на внесение минерального азота в почву. При этом происходит не только активизация жизнедеятельности почвенной микрофлоры, но и рост ферментативной активности почвы, в частности каталазы, что мы и наблюдали в нашем эксперименте.
При внесении фосфорного удобрения активность каталазы снизилась почти в три раза сразу после его внесения и оставалась такой же низкой до конца эксперимента. По мнению А.Ш. Галстяна, такая реакция каталазы на удобрение обусловлена блокированием простетической группы фермента каталазы анионами фосфорной кислоты [5]. Кроме того, фосфор не является лимитирующим фактором для развития почвенной микрофлоры.
Таким образом, обработка гербицидом Гранстар Про и гуминовым препаратом BIO-Дон, а также внесение азотного удобрения способствовали увеличению активности каталазы в черноземе обыкновенном карбонатном. Внесение в почву суперфосфата снизило активность каталазы почти в три раза.
Список литературы Активность каталазы в черноземе обыкновенном и влияние на нее антропогенных факторов
- Купревич В.Ф., Щербакова Т.А. Почвенная энзимология. - Минск: «Наука и техника», 1966. - 274 с.
- Наими О.И. Гумусное состояние и биологическая активность чернозёмов обыкновенных (североприазовских) при длительном сельскохозяйственном использовании // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. - 2015. - № 3 (53). - С. 161-164.
- Хазиев Ф.Х. Системно-экологический анализ ферментативной активности почв. - М.: Наука, 1982. - 204 с.
- Хазиев Ф.Х. Ферментативная активность почв. - М.: Наука, 1976. - 180 с.
- Галстян А.Ш. Ферментативная активность почв Армении. - Ереван: Айастан, 1974. - 275 с.