Закономерности профильного распределения уреазы в черноземе обыкновенном в агроценозе

Бесплатный доступ

В статье изучается профильное распределение активности уреазы в пределах гумусового горизонта чернозема обыкновенного. Отмечается низкая активность уреазы в пахотном слое по сравнению с остальной частью гумусового горизонта. Выявлена обратная корреляционная зависимость между активностью уреазы и содержанием аммонийного и нитратного азота, а также тесная положительная связь уреазной активности с влажностью почвы.

Чернозем обыкновенный, ферментативная активность, уреаза, азот, агрохимические свойства

Короткий адрес: https://sciup.org/170186566

IDR: 170186566   |   DOI: 10.24411/2500-1000-2019-11446

Текст научной статьи Закономерности профильного распределения уреазы в черноземе обыкновенном в агроценозе

В последнее время антропогенный фактор оказывает огромное воздействие на почвообразовательные процессы, максимальное проявление которого обнаруживается в агроценозах [1, 2]. Наиболее сильным изменениям при этом подвергаются биотические компоненты почвы, а, следовательно, изменяется и механизмы формирования ее ферментативного уровня. Ферментативная активность является важным диагностическим показателем воздействия антропогенного фактора на почвенные системы, что особенно актуально для агроценозов с ежегодным агротехническим воздействием на почву [3]. При обязательном участии ферментов в почвах протекают процессы обмена веществ и энергии, сопровождающие минерализацию и синтез органических соединений, происходит превращение труднодоступных форм питательных веществ в легко усвояемые для растений и микроорганизмов формы. Важнейшая роль ферментов заключается не только в значительном ускорении биохимических реакций в почве, но и в обеспечении самой возможности протекания таких реакций при обычной температуре [4].

Ферментам принадлежит важная роль в азотном режиме почвы. Содержание различных форм минерального азота в почве является довольно изменчивой величиной и зависит от многих факторов. Ферментативная активность определяет скорость процессов сложного цикла трансформации азота в почве, включая аммонификацию, нитрификацию и фиксацию свободного азота. Так, уреаза участвует в гидролитическом расщеплении связей межу азотом и углеродом (СО – NН) в молекулах азотсодержащих органических соединений. Наибольшая активность уреазы характерна для гумусового горизонта, снижаясь вниз по профилю.

Объекты и методы исследования. Исследования проводились в Ростовской области на опытных полях ФГБНУ ФРАНЦ. Объект исследования – чернозем обыкновенный карбонатный в агроценозе под посевами нута, предшественник – озимая пшеница. Образцы из гумусового горизонта отбирали послойно каждые 20 см до максимальной мощности – 80 см. В почвенных образцах определяли: гумус по методу И.В. Тюрина в модификации Б.А. Никитина [5], аммонийный азот по методу ЦИНАО (ГОСТ 26489-85), нитратный азот ионометрическим методом (ГОСТ 26951-86), полевую влажность почвы и рН. Активность уреазы определяли по методу А.Ш. Галстяна [6], измерение активности фермента для каждого образца почвы проводили в 3 повторностях. Статистическую обработку данных проводили с помощью программы Excel.

Результаты исследования

Уровень ферментативной активности почв во многом определяется агрохимиче- скими и физико-химическими свойствами почвы, ее химическим и гранулометрическим составом, а также гидротермическим режимом. В почвах агроценозов ферментативная активность зависит от возделываемых культур, системы механической обработки почвы, внесения удобрений, мелиорации и других антропогенных факторов [3].

В зональном ряду почв типичные и карбонатные черноземы имеют наибольшую активность уреазы, чему способствуют оптимальные для действия уреазы значения рН в этих почвах. В исследованном черноземе обыкновенном карбонатном мощность гумусового слоя колеблется в пределах 70-90 см, содержание гумуса в пахотном горизонте составляет 3,8-4,1%, посте- пенно уменьшаясь до 2,2-3,2% в нижней части гумусового горизонта. Реакция среды изменяется вниз по профилю от нейтральной до слабощелочной.

Профильное распределение активности уреазы в пределах гумусового горизонта чернозема отличается неоднозначностью, наблюдается ее существенное варьирование в различных частях профиля. Максимальные значения характерны для слоев 20-40 и 40-60 см. В пахотном слое, подверженном наибольшему воздействию антропогенных факторов, наблюдается значительное снижение уреазной активности. В слое 60-80 см активность уреазы колебалась в пределах 10,0-12,8 мг NH 3 на 10 г почвы за 24 часа, что в 1,5-2 раза выше, чем в пахотном слое (табл. 1).

Таблица 1. Активность уреазы и некоторые агрохимические и физические свойства чернозема обыкновенного

№ разреза

Глубина, см

Уреаза

Гумус, %

NH4

NO3

рН

Влажность, %

мг NH 4 / 10г/24 ч

Стандартное отклонение

1

0-20

7,7

0,55

4,05

12,7

9,3

6,75

10,9

20-40

12,7

1,66

3,91

8,1

5,8

7,01

11,7

40-60

17,4

0,93

3,96

7,4

1,9

7,51

15,3

60-80

12,8

0,25

3,17

7,0

2,3

7,94

15,0

2

0-20

4,8

0,06

3,93

8,4

6,5

6,73

9,6

20-40

8,1

1,12

3,65

8,3

7,4

6,89

10,6

40-60

17,5

0,15

3,15

5,8

2,4

7,14

14,9

60-80

10,0

0,23

2,45

7,2

3,7

7,95

14,4

3

0-20

5,8

0,61

3,88

7,7

4,0

7,05

10,6

20-40

16,5

1,35

3,71

7,3

3,2

7,78

15,1

40-60

15,9

1,38

3,05

6,5

3,1

7,98

15,4

60-80

10,9

1,04

2,24

9,9

3,5

8,24

15,5

По шкале Д.Г. Звягинцева [7] для оценки степени обогащенности ферментами уреазы пахотный горизонт исследованного чернозема попадает в разряд бедных, а нижняя часть гумусового профиля 2080 см, за некоторым исключением, – в разряд среднеобогащенных.

Анализ корреляции между активностью уреазы и устойчивыми агрохимическими показателями чернозема позволяет оценить ее роль в трансформации азота и превращениях органического вещества почвы. Некоторые авторы указывают на прямую зависимость активности уреазы от содержания гумуса в почве [4], однако нами такая зависимость в пределах гумусового слоя чернозема не выявлена (табл. 2).

Таблица 2. Коэффициенты корреляции между активностью уреазы и некоторыми агро- химическими показателями чернозема обыкновенного

№ разреза

Уреаза –Гумус

Уреаза – NH 4

Уреаза – NO 3

Уреаза – рН

Уреаза – Влажность

1

-0,12

-0,84

-0,88

0,60

0,81

2

-0,48

-0,97

-0,84

0,30

0,76

3

-0,13

-0,68

-0,98

0,63

0,83

Как видно из таблицы 2, существует довольно тесная положительная взаимосвязь активности уреазы с влажностью почвы. Обратная связь с высокими коэффициентами корреляции (r) выявлена между активностью уреазы и содержанием различных форм азота: нитратного (r = -0,84 – -0.97) и аммонийного (r = -0,68 – -0.97). По некоторым данным связь активности уреазы с содержанием в почве азота носит переменный характер: небольшие концен- трации азота повышают активность, очень высокие – снижают [8].

Тесная корреляционная связь между устойчивыми агрохимическими показателями черноземов и активностью уреазы доказывает возможность использования последней для оценки изменения плодородия почвы в агроценозах и позволяет сделать вывод об исключительно важной роли этого фермента в образовании подвижных, доступных для растений соединений азота в почвах.

Список литературы Закономерности профильного распределения уреазы в черноземе обыкновенном в агроценозе

  • Косолапова А.В. Изменение плодородия чернозёма выщелоченного в условиях его длительного сельскохозяйственного использования // Модели и технологии природообустройства (региональный аспект). - 2016. - № 1 (2). - С. 80-86.
  • 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.
  • Наими О.И., Куцерубова О.Ю. Влияние антропогенных факторов на ферментативную активность чернозема обыкновенного // Пути повышения эффективности орошаемого земледелия. - 2015. - №2 (58). - С. 58-62.
  • Хазиев Ф.Х. Системно-экологический анализ ферментативной активности почв. - М.: Наука, 1982. - 203 с.
  • Орлов Д.С., Гришина Л.А. Практикум по химии гумуса. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1981. - 272 с.
  • Хазиев Ф.Х. Ферментативная активность почв. - М.: Наука, 1976. - 180 с.
  • Звягинцев Д.Г. Биологическая активность почв и шкалы для оценки некоторых ее показателей // Почвоведение. - 1978. - №6. - С. 48-54.
  • Моисеева В.К. Микробиологические и биохимические процессы превращения азота в дерновоподзолистых почвах: Автореф. дисс. … к. б. н. - Таллин, 1975. - 19 с.
Еще
Статья научная