Закономерности профильного распределения уреазы в черноземе обыкновенном в агроценозе
Автор: Наими О.И.
Журнал: Международный журнал гуманитарных и естественных наук @intjournal
Рубрика: Биологические науки
Статья в выпуске: 8-1 (35), 2019 года.
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.