Ферментативная активность и стабилизация органического углерода в агродерново-подзолистой почве

Ферментативная активность и стабилизация органического углерода в агродерново-подзолистой почве

Автор: Бойцова Л.В., Непримерова С.В., Зинчук Е.Г.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Факторы почвенного плодородия

Статья в выпуске: 5 т.58, 2023 года.

Бесплатный доступ

Полифенолоксидазы (ПФО) и пероксидазы (ПО) представляют собой почвенные внеклеточные ферменты, которые присутствуют в почве в свободном состоянии, а также могут быть связаны в органо-минерально-ферментные комплексы. ПФО участвуют в катализе синтеза гумусовых веществ, ПО - в катализе их распада. Накопление почвенного гумуса связано с активностью ПФО и ПО. В настоящей работе впервые установлено влияние активности ПФО, ПО на аккумуляцию органического углерода в агродерново-подзолистой почве и ее илистой фракции. Цель работы - изучение сезонной динамики ферментативной активности полифенолоксидаз и пероксидаз и ее влияния на стабилизацию органического углерода в агродерново-подзолистой почве. Полевые исследования проводили в вегетационные периоды 2020-2021 годов на территории экспериментальной опытной станции ФГБНУ АФИ (п. Меньково, Ленинградская обл., Гатчинский р-н) на участке агродерново-подзолистой почвы без внесения минеральных удобрений. Делянка 2×2 м в 2020-2021 годах была занята чистым паром, в 2019 году на ней выращивали вико-овсяную смесь ( Vicia sativa L., Avena sativa L.). Отбор почвенных образцов при помощи почвенного бура Эндельмана из слоя гумусового горизонта 0-10 см проводили методом конверта каждый месяц с мая по август. Содержание общего органического углерода (Сорг.) и углерода, ассоциированного с илистой фракцией (Сил.), определяли методом Тюрина. Влажность почвы оценивали термостатно-весовым методом, температуру - с использованием электронных датчиков iButton DS 1921 («Dallas Semiconductor», США), установленных на глубине 10 см. Процесс накопления углерода в почве оценивали с использованием коэффициента обогащения углеродом илистой фракции почвы (Esoc). Активность пероксидаз и полифенолоксидаз изучали фотоколориметрическим методом по Галстяну при λ = 440 и λ = 590 нм. Активность оксидаз в 2021 году была выше, чем в 2020 году: ПФО в среднем в 5 раз, ПО - в среднем в 3 раза. Активность ПФО была в среднем в 1,7 раза выше в 2020 году и в 2,6 раза выше в 2021 году, чем активность ПО, что отразилось на величине коэффициента гумификации (Кгум.), который рассчитывается по отношению ПФО к ПО. В 2021 году, когда в почве сформировались благоприятные гидротермические условия для процессов образования гумуса (средняя температура почвы - 20 °С, влажность - 16,4 %), Кгум. был выше на 47 %. С уменьшением температуры почвы наблюдалось статистически значимое (р ил. за аналогичный период увеличились на 4,78 % (p орг. и Сил. была сильнее (соответственно r = 0,66 и r = 0,90, р орг. и Сил. ( r = -0,43 и r = -0,73, р function show_abstract() { $('#abstract1').hide(); $('#abstract2').show(); $('#abstract_expand').hide(); }

Еще

Агродерново-подзолистая почва, полифенолоксидаза, пероксидаза, общий органический углерод, углерод илистой фракции

Короткий адрес: https://sciup.org/142239862

IDR: 142239862   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2023.5.937rus

Список литературы Ферментативная активность и стабилизация органического углерода в агродерново-подзолистой почве

  • Поляк Ю.М., Сухаревич В.И. Почвенные ферменты и загрязнение почв: биодеградация, биоремедитация, биоиндикация. Агрохимия, 2020, 3: 83-93 (doi: 10.31857/S0002188120010123).
  • Bragazza L., Robroek B.J.M., Jassey V.E.J., Arif M.S., Marchesini R., Guglielmin M., Can-none N. Soil microbial community structure and enzymatic activity along a plant cover gradient in Victoria Land (continental Antarctica). Geoderma, 2019, 353: 144-151 (doi: 10.1016/j.ge-oderma.2019.06.033).
  • Raiesi F., Beheshti A. Soil specific enzyme activity shows more clearly soil responses to paddy rice cultivation than absolute enzyme activity in primary forests of northwest Iran. Applied Soil Ecology, 2014, 75: 63-70 (doi: 10.1016/j.apsoil.2013.10.012).
  • Fairbridge R.W., Beinroth F.H., Eswaran H., Reich P.F., Campbell G.S., Groenevelt P.H., Qui-quampoix Н. Enzymes and proteins, interactions with soil-constituent surfaces. In: Encyclopedia of Soil Science. Encyclopedia of Earth Sciences Series. Springer, Dordrecht, 2016, 210-216 (doi: 10.1007/978-1-4020-3995-9_189).
  • Hemingway J.D., Rothman D.H., Grant K.E., Rosengard S.Z., Eglinton T.I., Derry L.A., Galy V.V. Mineral protection regulates long-term global preservation of natural organic carbon. Nature, 2019, 570: 228-231 (doi: 10.1038/s41586-019-1280-6).
  • Min K., Freeman C., Kang H., Choi S.-U. The regulation by phenolic compounds of soil organic matter dynamics under a changing environment. BioMed Research International, 2015, 2015: 825098 (doi: 10.1155/2015/825098).
  • Wu G., Chen Z., Jiang D., Jiang N., Jiang H., Chen L. Oxidases and hydrolases mediate soil organic matter accumulation in chernozem of northeastern China. Geoderma, 2021, 403(1): 115206 (doi: 10.1016/j.geoderma.2021.115206).
  • Trubitsina L.I., Lisov A.V., Belova O.V., Trubitsin I.V., Demin V.V., Konstantinov A.I., Zavar-zina A.G., Leontievsky A.A. Transformation of low molecular compounds and soil humic acid by two domain laccase of Streptomyces puniceus in the presence of ferulic and caffeic acids. PLoS ONE, 2020, 15(9): e0239005 (doi: 10.1371/journal.pone.0239005).
  • Bach C.E., Warnock D.D., Horn D.J.V., Weintraub M.N., Sinsabaugh R.L., Allison S.D., Ger-man D.P. Measuring phenol oxidase and peroxidase activities with pyrogallol, L-DOPA, and ABTS: Effect of assay conditions and soil type. Soil Biology & Biochemistry, 2013, 67: 183-191 (doi: 10.1016/j.soilbio.2013.08.022).
  • Kawana H., Miwa T., Honda Y., Furuya T. Sustainable approach for peroxygenase-catalyzed oxidation reactions using hydrogen peroxide generated from spent coffee grounds and tea leaf residues. ACS Omega, 2022, 7(23): 20259-20266 (doi: 10.1021/acsomega.2c02186).
  • Burns R.G., DeForest J.L, Marxsen J., Sinsabaugh R.L, Stromberger M.E., Wallenstein M.D., Weintraub M.N., Zoppini A. Soil enzymes in a changing environment: current knowledge and future directions. Soil Biology and Biochemistry, 2013, 58: 216-234 (doi: 10.1016/j.soilbio.2012.11.009).
  • Kivlin S.N., Treseder K.K. Soil extracellular enzyme activities correspond with abiotic factors more than fungal community composition. Biogeochemistry, 2014, 117: 23-37 (doi: 10.1007/s10533-013-9852-2).
  • Yang Y., Fang H., Cheng S., Xu L., Lu M., Guo Y., Li Y., Zhou Y. Soil enzyme activity regulates the response of soil C fluxes to N fertilization in a temperate cultivated grassland. Atmosphere, 2022, 13(5): 777 (doi: 10.3390/atmos13050777).
  • Cenini V.L., Fornara D.A., McMullan G., Ternan N., Carolan R., Crawley M.J., Clément J.C., Lavorel S. Linkages between extracellular enzyme activities and the carbon and nitrogen content of grassland soils. Soil Biology and Biochemistry, 2016, 96: 198-206 (doi: 10.1016/j.soilbio.2016.02.015).
  • Sinsabaugh R.I. Phenol oxidase, peroxidase and organic matter dynamics of soil. Soil Biology & Biochemistry, 2010, 42(3): 391-404 (doi: 10.1016/j.soilbio.2009.10.014).
  • Zavarzina A.G. Heterophase synthesis of humic acids in soils by immobilized phenol oxidases. In: Soil enzymology. Soil biology, vol. 22 /G. Shukla, A. Varma (eds.). Springer, Berlin, Heidelberg, 2011: 187-205 (doi: 10.1007/978-3-642-14225-3_10).
  • Hong H., Chen Sh., Fang Q., Algeo T. J., Zhao L. Adsorption of organic matter on clay minerals in the Dajiuhu peat soil chronosequence, South China. Applied Clay Science, 2019, 178: 105125 (doi: 10.1016/j.clay.2019.105125).
  • Бойцова Л.В., Зинчук Е.Г., Непримерова С.В. Влияние разных видов землепользования на накопление органического вещества в дерново-подзолистых почвах. Проблемы агрохи-мии и экологии, 2018, 3: 45-50.
  • Zhou W., Han G., Li M., Zeng J., Liang B., Liu J., Qu R. Determining the distribution and interaction of soil organic carbon, nitrogen, pH and texture in soil profiles: a case study in the Lancangjiang River Basin, Southwest China. Forests, 2020, 11(5): 532 (doi: 10.3390/f11050532).
  • Chang R., Jin T., Lü Y., Liu G., Fu B. Soil carbon and nitrogen changes following afforestation of marginal cropland across a precipitation gradient in loess plateau of China. PLoS ONE, 2014, 9(1): e85426 (doi: 10.1371/journal.pone.0085426).
  • Khormali F., Kehl M. Micromorphology and development of loess-derived surface and buried soils along a precipitation gradient in Northern Iran. Quaternary International, 2011, 234(1-2): 109-123 (doi: 10.1016/j.quaint.2010.10.022).
  • Klopfenstein S.T., Hirmas D.R., Johnson W.C. Relationships between soil organic carbon and precipitation along a climosequence in loess-derived soils of the Central Great Plains, USA. Catena, 2015, 133: 25-34 (doi: 10.1016/j.catena.2015.04.015).
  • Saiz G., Bird M.I., Domingues T., Schrodt F., Schwarz M., Feldpausch T.R., Veenendaal E., Djagbletey G., Hien F., Compaore H., Diallo A., Lloyd J., Variation in soil carbon stocks and their determinants across a precipitation gradient in West Africa. Global Change Biology, 2012, 18(5): 1670-1683 (doi: 10.1111/j.1365-2486.2012.02657.x).
  • Zhou T., Lv Y., Xie B., Xu L., Zhou Y., Mei T., Li Y., Yuan N., Shi Y. Topography and soil organic carbon in subtropical forests of China. Forests, 2023, 14(5): 1023 (doi: 10.3390/f14051023).
  • Li G., Kim S., Han S. H., Chang H., Dub D., Son Y. Precipitation affects soil microbial and extracellular enzymatic responses to warming. Soil Biology and Biochemistry, 2018, 120: 212-221 (doi: 10.1016/j.soilbio.2018.02.014).
  • Mazzon M., Cavani L., Margon A., Sorrenti G., Ciavatta C., Marzadori C. Changes in soil phenol oxidase activities due to long-term application of compost and mineral N in a walnut orchard. Geoderma, 2018, 316: 70-77 (doi: 10.1016/j.geoderma.2017.12.009).
  • Nannipieri P., Trasar-Cepeda C., Dick R.P. Soil enzyme activity: a brief history and biochemistry as a basis for appropriate interpretations and meta-analysis. Biology and Fertility of Soils, 2018, 54(1): 11-19 (doi: 10.1007/s00374-017-1245-6).
  • Jia X.Y., Zhong Y.Q.W., Liu J., Zhu G.Y., Shangguan Z.P., Yan W.M. Effects of nitrogen en-richment on soil microbial characteristics: from biomass to enzyme activities. Geoderma, 2020, 366: 114256 (doi: 10.1016/j.geoderma.2020.114256).
  • Liu S., Hu R., Zhao J., Brüggemann N., Bol R., Cai G., Shaaban M. Flooding effects on soil phenol oxidase activity and phenol release during rice straw decomposition. Journal of Plant Nu-trition and Soil Science, 2014, 177(4): 541-547 (doi: 10.1002/jpln.201300356).
  • Esiana B., Coates C.J., Adderley W.P., Berns A.E., Bol R. Phenoloxidase activity and organic carbon dynamics in historic Anthrosols in Scotland, UK. PLoS ONE, 2021, 16(10): e0259205 (doi: 10.1371/journal.pone.0259205).
  • Растворова О.Г., Андреев Д.П., Гагарина Э.И., Касаткина Г.А., Федорова Н.Н. Химический анализ почв. СПб, 1995.
  • Бойцова Л.В., Непримерова С.В., Зинчук Е.Г. Влияние минералогического состава почв на стабилизацию в них органического углерода. Агрофизика, 2019, 4: 1-8 (doi: 10.25695/AGRPH.2019.04.01).
  • Christensen B.T. Physical fractionation of soil and organic matter in primary particle size and density separates. In: Advances in Soil Science. Advances in Soil Science, vol. 20 /B.A. Stewart (ed.). Springer, New York, NY, 1992, 20(1): 90 (doi: 10.1007/978-1-4612-2930-8_1).
  • Методические указания по проведению исследований в длительных опытах с удобрениями. ч. 2 /Под общ. ред. В.Д. Панникова. М., 1983.
  • Ковриго В.П., Кауричев И.С., Бурлакова Л.М. Почвоведение с основами геологии. М., 2000.
  • Чундерова А.И. Активность полифенолоксидазы и пероксидазы в дерново-подзолистых почвах. Почвоведение, 1970, 7: 22-26.
  • Горбунов Н.И. Минералогия и коллоидная химия почв. М., 1974.
  • Fomina M., Skorochod I. Microbial interaction with clay minerals and its environmental and biotechnological implications. Minerals, 2020, 10(10): 861 (doi: 10.3390/min10100861).
  • Бойцова Л.В., Непримерова С.В., Зинчук Е.Г. Депонирование органического углерода в дерново-подзолистой супесчаной почве. Российская сельскохозяйственная наука, 2023, 1: 23-27.
  • Рижия Е.Я., Бойцова Л.В., Вертебный В.Е., Horak J., Москвин М.А., Дубовицкая В.И., Хомяков Ю.В. Изменчивость полифенолоксидазной и пероксидазной активности агро-дерново-подзолистой почвы разной окультуренности с биоуглем. Сельскохозяйственная биология, 2022, 57(3): 476-485 (doi: 10.15389/agrobiology.2022.3.476rus).
  • Петрова З.М., Зуев В.С., Бойцова Л.В., Рижия Е.Я., Бодров В.А. Исследование динамики физического состояния серых лесных почв Владимирского Ополья в процессе окультуривания В сб.: Физические, химические и климатические факторы продуктивности полей. АФИ — 75 лет /Под ред. А.М. Глобуса. СПб, 2007: 198-203.
  • Jezierska-Tys S., Wesołowska S., Gałązka A., Joniec J., Bednarz J., Cierpiała R. Biological activity and functional diversity in soil in diferent cultivation systems International Journal of Environ-mental Science and Technology, 2020, 17: 4189-4204 (doi: 10.1007/s13762-020-02762-5).
  • Золкина Е.И. Агроэкологическая оценка влияния длительного применения систем удобрений на урожайность однолетнего люпина в условиях Мещерской низменности. Владимирский земледелец, 2020, 4: 7-13 (doi: 10.24411/2225-2584-2020-10138).
  • Семенов М.В., Никитин Д.А., Степанов А.Л., Семенов В.М. Структура бактериальных и грибных сообществ ризосферного и внекорневого локусов серой лесной почвы. Почвоведение, 2019, 3: 355-369 (doi: 10.1134/S0032180X19010131).
  • Dehtiarova Z. The effect of short-term crop rotation with different proportions of sunfl ower on cellulolytic activity of the soil. Soil Science Annual, 2022, 73(4): 156097 (doi: 10.37501/soilsa/156097).
  • Гордеева Т.К., Новоселов С.И. Микробиологическая активность почвы паровых полей. Сельскохозяйственные науки и АПК на рубеже веков, 2014, 5: 81-84.
  • Kurganova I.N., Telesnina V.M., Lopes de Gerenyu V.O., Lichko V. I., Ovsepyan L.A. Changes in the carbon stocks, microbial and enzyme activities of Retic Albic Podzol in southern taiga during postagrogenic evolution. Eurasian Soil Science, 2022, 55: 895-910 (doi: 10.1134/S1064229322070079).
  • Марчик Т.П. Ефремов А.Л. Почвоведение с основами растениеводства: уч. пос. Гродно, 2006.
  • Тулина А.С., Семенов В.М. Оценка чувствительности минерализуемого пула почвенного органического вещества к изменению температуры и влажности. Почвоведение, 2015, 8: 952-962 (doi: 10.7868/S0032180X15080109).
  • Чимитдоржиева Э.О., Чимитдоржиева Г.Д. Динамика углерода микробной биомассы целинных степных и сухостепных почв Забайкалья. Вестник КГУ, 2012, 18(3): 16-20.
  • Семенов В.М., Когут Б.М. Почвенное органическое вещество. М., 2015.
  • Kerr D.D., Ochsner T.E. Soil organic carbon more strongly related to soil moisture than soil temper-ature in temperate grasslands. Soil Sci. Soc. Am. J., 2020, 84(2): 587-596 (doi: 10.1002/saj2.20018).
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp