Влияние физических свойств черноземных почв на активность почвенных ферментов

Вопросы влияния микроорганизмов на различные сферы почвенного плодородия и процессы, происходящие в почве, занимают важное место в литературных источниках. Роль биологических факторов в сохранении и воспроизводстве плодородия почвы постепенно возрастает. В современных условиях это обусловлено значительным сокращением запасов гумуса в почвах и накоплением в них физиологически активных веществ, обладающих токсическими свойствами и снижающими интенсивность обмена веществ в системе «почва – растение» [1]. Вопросы плодородия агрочерноземов и целинных черноземов, важным компонентом которого является состав почвенной микрофлоры, вызывают интерес многих исследователей. В этой связи, целью наших исследований было выявление взаимосвязи почвенного плодородия, показателем которого является активность почвенных ферментов, с физическими свойствами почвы.

Методика исследования . Объектами исследования были почвы Каменной Степи – залежи косимой 1882 г. (естественно сохранившегося биоценоза) и почвы пашни 1952 г. (агроценоза). Почвы залежи

1882 г. представлены черноземами обыкновенными (автоморфными). По классификации 2004 года они относятся к черноземам сегрегационным. Почвы пахотного участка представлены черноземами обыкновенными (автоморфными). По классификации 2004 года – агрочерноземами сегрегационными [2; 3; 1]. В 2019 г. в почве залежи косимой и пашни в слое 0-20 см изучалась активность почвенных ферментов во фракциях различного размера (12 мм; 2-3 мм; 3-5 мм; 5-10 мм; больше 10 мм). Химические анализы проводили по следующим методикам: определение активности почвенных ферментов (инвертазы, каталазы и фосфатазы) – по унифицированным методикам А.Ш. Галстяна (1978) [4]; структурный состав – по Н.И. Саввинову [5].

Результаты и их обсуждение. В наших исследованиях определялась активность почвенных ферментов во фракциях различного размера почв естественного биоценоза и агроценоза. Важную роль в обеспечении растений элементами минерального питания играет фосфатаза. Этот фермент отвечает за минерализацию органического фосфора. Фосфатазы гидролизуют разнообразные фосфомоноэфиры, осуществляют мобилизацию закрепленного в органическом веществе фосфора [6]. Интенсивное сельскохозяйственное использование почвенных ресурсов привело к существенному снижению фосфатазной активности, она варьировала в интервале от 44,0 до 92,5 мг фенолфталеина на 100 г почвы (табл.). В залежной почве отмечалось существенное увеличение – до 137,5-160 мг фенолфталеина. Как в почве залежи, так и в агрогенноизмененной почве, минимальная активность фермента отмечалась в агрегатах мелкого размера.

С увеличением размера почвенных агрегатов происходил рост фосфатазной активности. Причем, в почве естественного биоценоза рост активности происходил более медленными темпами. Различие между минимальным показателем активности в агрегатах размером 1-2 мм и максимальным в глыбистой части почвенных частиц (>10 мм) составило примерно 30%. Для почв естественных ценозов была характерна более выравненная фосфатазная активность между структурными отдельностями, и изменения происходили более плавно. В пахотных же почвах отмечен скачкообразный характер изменения по мере увеличения размера агрегатов.

Таблица 1. Активность почвенных ферментов во фракциях различного размера почвы залежи 1882 г. и пашни 1952 г. Каменной Степи (5.04.2019 г.).

Инвертаза катализирует реакции гидролитического расщепления сахарозы на эквимолярные количества глюкозы и фруктозы. Исследования многих авторов показали, что активность инвертазы лучше других ферментов отражает уровень плодородия и биологической активности почв [6]. Оценка инвертазной активности чернозема различной направленности использования показала разнонаправленный характер ее изменения в зависимости от размера почвенных агрегатов. В почве залежного участка, при более высоких фоновых значениях, увеличение размера почвенных структур приводило к снижению активности инвертазы. Максимальные показатели отмечены в агрегатах 1-2 мм. Минимальные – в глыбистой фракции (>10 мм)

(табл.). Распашка приводила к заметному снижению инвертазной активности – до 4600-4910 мг. По мере увеличение размера почвенных частиц с 1-2 до 2-3 активность инвертазы достигала максимального значения – 4910 мг. Минимальные значения отмечены во фракциях размером 3-5 и 510 мм. Таким образом, агрогенное воздействие способствовало снижению инвертазной активности чернозема.

Уреаза относится к ферментам, участвующим в превращении белковых веществ. Аммиак, образовавшийся в результате уреазной реакции, служит источником питания растений [6]. Анализ уреазной активности выявил общую закономерность для исследованных почв. По мере увеличения размера структурных отдель- ностей, отмечалось повышение активности данного фермента, достигающего максимальных величин в агрегатах 5-10 мм. Затем, в глыбистой части отмечалось заметное снижение. Агрогенное воздействие при этом снижало темпы биохимических процессов практически в два раза (табл.).

Каталаза разлагает ядовитую для клеток перекись водорода, образующуюся в процессе дыхания живых организмов, и в результате различных биохимических реакций окисления органических веществ, на воду и молекулярный кислород [6]. Анализ активности каталазы, в зависимости от характера использования угодий, показал определенные различия. Более высокие значения отмечались в пахотной почве. Что касается влияния размера почвенных частиц, то необходимо отметить следующие особенности. В естественной почве, по мере увеличения размера структурных отдельностей, активность каталазы снижалась. В агрогенном горизонте черноземной почвы увеличение размера частиц вначале способствовало снижению активности

(частицы 2-3 и 3-5 мм). Затем происходил существенный рост, достигающий максимальных значений в агрегатах размером 510 мм (табл).

Заключение. Интенсивное агрогенное воздействие на почву приводит к существенным изменениям структурного состояния и связанных с этим биохимических почвенных процессов. Активность таких почвенных ферментов, как фосфатаза, инвертаза, уреаза, выше в почве естественного биоценоза, а каталазы, напротив, ниже по сравнению с почвой агроценоза. Наибольшую активность почвенные ферменты показали во фракциях меньшего размера. Из всего вышесказанного можно сделать следующий вывод: регулируя физические свойства почвы, одним из которых является структурное состояние, можно влиять, как на количество микроорганизмов, так и на количество почвенных ферментов, свойственных ей, определяющих интенсивность почвенно-биологических процес- сов, происходящих в почве, и, как следствие этого, на плодородие почвы.