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

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

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.