ФЕРМЕНТАТИВНАЯ АКТИВНОСТЬ ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО НА РАЗЛИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ ЛАНДШАФТА

Турусов В.И.

директор института,

доктор с.-х. наук, академик РАН

Научно-исследовательский институт сельского хозяйства

Центрально-Черноземной полосы им. В.В. Докучаева,

Россия, Каменная Степь, Воронежская область

Гармашова Л.В.

научный сотрудник

Научно-исследовательский институт сельского хозяйства

Центрально-Черноземной полосы им. В.В. Докучаева,

Россия, Каменная Степь, Воронежская область

Аннотация. В статье представлены результаты изучения ферментативной активности чернозема обыкновенного на различных элементах ландшафта: плато, склоны северной и южной экспозиций. В результате исследований установлено, что в почвенно-климатических условиях юго-востока ЦЧЗ с недостаточным увлажнением наибольшая наибольшая уреазная активность была в почве водораздельного плато, а наибольшая фосфатазная активность в почве, расположенной на склоне северной экспозиции. Почва южного склона занимала промежуточное положение по активности уреазы и фосфатазы.

Ключевые слова: элементы ландшафта, склон северной экспозиции, плато, склон южной экспозиции, ферментативная активность почвы, уреаза, фосфатаза.

Актуальность. Одним из условий эффективного внедрения адаптивно-ландшафтных систем земледелия и адаптивных агротехнологий является учет природно-климатических и ландшафтных условий территории землепользования [1, 2].

Одним из факторов, оказывающим влияние на перераспределение природных ресурсов в агроландшафте, является рельеф. Он определяет интенсивность и неоднородность режимов светового, теплового, увлажнения и, в конечном итоге, условия формирования почвенного плодородия. Плато и склоны северной и южной экспозиций по световому, тепловому режимам и режиму увлажнения существенно отличаются.

Северный и южный склоны в одной и той же местности различаются по величине радиационного баланса на 8-16%, по температуре воздуха летом - на 1-3⁰, по количеству атмосферных осадков - на 15-20% [3].

В разрезе элементов ландшафта более высокую плотность пахотного горизонта имеют почвы южного склона. Величина плотности сложения на 15,7% выше, чем на водоразделе, и на 8,6-10,2% больше, чем почвы северного склона. Соответственно и пористость почвы, в почвах водораздела общая порозность была на 6,7% выше, чем на южном склоне и на 3,2-2,9% выше, чем на северном склоне [4].

В различных агроэкологических условиях, соответственно, формируется и различный урожай выращиваемых сельскохозяйственных культур, что определяет и различное поступление растительных остатков в почву. Все эти факторы оказывают комплексное влияние на микробный пул и плодородие почвы [5].

Если изменение водно-физических условий на различных элементах ландшафта в научной литературе встречается довольно часто, то изменение биологических и, особенно, микробиологической и ферментативной активности намного реже.

Биологическая активность почвы имеет важное значение в формировании плодородия, а ее показатели являются достаточно объективными индикаторами, так как живые организмы и их метаболиты являются наиболее чуткими показателями по сравнению с данными физических и химических показателей почвы [6].

Ферментативная активность почвы является более устойчивым показателем по сравнению с численностью микроорганизмов и выделением почвой углекислого газа, и многие исследователи предлагают использовать ферментативную активность для оценки плодородия почвы [7, 8, 9].

С целью установления изменения плодородия почвы под воздействием микроклимата в рельефе, нами было изучено изменение ферментативной активности почвы на различных элементах рельефа: плато, склоны южной и северной экспозиций.

Материал и методика исследований. Объектом исследований был чернозем обыкновенный, среднемощный, суглинистый, среднегумусный. Исследования проводились в 2014-2015 годах. На территории поля со сложным рельефом площадью 30 га, был выделен участок менее 1 га на котором удачно располагались и были выделены три элемента рельефа: плакорная часть поля, часть поля с уклоном 5⁰ южной экспозиции и часть поля с уклоном 5⁰ северной экспозиции. Исследовали верхний 0-20 см пахотный слой, наиболее подверженный изменениям погодно-климатических условий и антропогенному воздействию. Особое значение в формировании плодородия почвы имеют ферменты микроорганизмов, участвующие в биохимическом цикле элементов питания. Из них наиболее важны ферменты, входящие в азотный и углеродный циклы, именно они позволяют характеризовать способность минерализовать органическое вещество, а так же устойчивость сообществ и экосистем.

Ферментативная активность исследуемой почвы оценивалась по следующим ферментам: активности гидролитического фермента уреазы колориметрическим, активности гидролитического фермента фосфатазы (Галстян, 1974).

Различный уровень влажностнотеплового режима различных элементов ландшафта вызывает изменения видового состава и метаболической активности микрофлоры.

Уреаза относится к гидролитическим ферментам, с действием этого фермента связаны процессы гидролиза и превращения в доступную форму азота мочевины. Многие исследователи считают, что активность ферментов азотного обмена является важным диагностическим показателем активности процессов мобилизации азота в почве, а уровень уреазной активности является одним из условий формирования оптимального азотного режима почвы [6, 7, 8, 9].

Исследования показали, что наибольшая уреазная активность чернозема обыкновенного была в почве, расположенной на водораздельном плато и составляла 23,6 мг /на 100 г почвы воздушно сухой почвы (рисунок).

Рисунок – Активность почвенных ферментов на различных элементах ландшафта 2014-2015 гг.

Исследованиями установлено, что склоновые смытые почвы, подверженные эрозионным процессам, имели меньшую уреазную активность.

Минимальная активность уреазы отмечалась в почве склона северной экспозиции – 11,8 мг /на 100 г почвы воздушно сухой почвы, почти в два раза меньше, чем на склоне южной экспозиции. Уреазная активность почвы на склоне южной экспозиции была несколько ниже - на 7,6%, чем почвы расположенной на плато.

Обеспеченность почвы доступным фосфором обусловлено активностью фермента фосфатазы, участвующей в биохимических процессах минерализации фосфорорганических соединений, находящихся в почве.

Проведенными исследованиями установлено, что фосфатазная активность почвы, расположенной на различных элементах ландшафта, имела зависимость обратную, чем активность уреазы. Наибольшую фосфатазную активность имела почва склона северной экспозиции – 80 мг/100 г воздушно-сухой почвы. На водоразделе фосфатазная активность почвы была минимальной и составляла 55 мг/100 г почвы. Почва склона южной экспозиции занимала промежуточное положение по активности фосфаты, между почвой плато и склона северной экспозиции.

Таким образом, различные экологические условия, складывающиеся на различных элементах ландшафта, определяют условия развития биологических – ферментативных процессов, участвующих в формировании плодородия почвы. Наибольшая уреазная активность была в почве водораздельного плато, а наибольшая фосфатазная активность в почве, расположенной на склоне северной экспозиции.

Список литературы:

1. Агроэкологическая оценка земель, проектирование адаптивно-ландшафтных систем земледелия и агротехнологий. Методическое руководство / Под редакцией академиков РАСХН В.И. Кирюшина и А.Л. Иванова. – М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2005. 784 с.

2. Зволинский В.П., Хомяков Д.М. Земледелие и динамика агроландшафтов. М.: Изд-во МГУ, 1999. – 160 с.

3. Лопырев М.И. Основы агроландшафтоведения. – Воронеж: ВГАУ, 1995. – С. 40.

4. Медведев И.Ф., Верин А.Ю., Молчанов И.О. Показатели некоторых агрофизических свойств чернозема южного в агроландшафте. / И.Ф. Медведев, А.Ю. Верин, И.О. Молчанов // Адаптивно-ландшафтные системы земледелия – основа оптимизации агроландшафтов. Сборник докладов Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, 14-16 сентября 2016 года. Курск 2016. – С. 186-190.

5. Турусов В.И., Гармашов В.М., Гармашова Л.В. Структура микробного ценоза агрогенных почв и естественных экосистем // Плодородие. – 2011. - № 1. – С. 34-35.

6. Гельцер Ю.Г. Показатели биологической активности в почвенных исследованиях // Почвоведение. - 1990. - № 9. – С. 47-60.

7. Галстян А.Ш. Унификация методов определения активности ферментов почв / А.Ш. Галстян // Почвоведение. – 1978. - № 2. – С. 107-114.

8. Хазиев Ф.Х. Ферментативная активность почв: метод. пособие /Ф.Х. Хазиев. – Москва: наука, 1976. – 180 с.

9. Щербаков А.П. Характеристика биологической активности черноземов Центрально-Черноземной зоны / А.П. Щербаков, Н.Я. Кутовая, Т.А. Девятова // Агроэкологические принципы земледелия. – Москва: Колос, 1993. – С. 197-219.

ENZYME ACTIVITY OF BLACK SOIL IN ORDINARY ON VARIOUS ELEMENTS OF LANDSCAPE

Turusov V.I., Garmashova L.V.

Scientific Research Institute of Agriculture of the Central Black Soil Str. V.V. Dokuchaeva, Russia, The Stone Steppe, Voronezh Region

Summary: The article presents the results of studying fermentative activity of ordinary chernozem on various elements of the landscape: the plateau, the slopes of the northern and southern exposures. As a result of investigations it was established that in the soil-climatic conditions of the southeast of the Central Chernozem region with insufficient moisture, the greatest biological activity of the soil is formed on the plateau and the slope of the northern exposition. The highest urease activity was in the soil of the watershed plateau, and the greatest phosphatase activity in the soil located on the slope of the northern exposure. The soil of the southern slope occupied an intermediate position in the activity of urease and phosphatase.

Key words: landscape elements, northern exposure slope, plateau, southern exposure slope, soil biological activity, enzymatic activity of soil.

References:

1. Agroecological assessment of lands, design of adaptive landscape systems of agriculture and agrotechnology. Methodical guidance / Edited by Academicians of the RAAS RA V.I. Kiryushina and A.L. Ivanova. - Moscow: FGNU "Rosinformagrotekh", 2005. 784 p.

2. Zvolinsky V.P., Khomyakov D.M. Agriculture and dynamics of agroland-shafts. Moscow: Izd-vo MGU, 1999. - 160 p.

3. Lopyrev M.I. Fundamentals of agricultural landscape art. - Voronezh: VSAU, 1995. - S. 40.

4. Medvedev I.F., Verin A.Yu., Molchanov I.O. Indicators of some agrophysical properties of southern chernozem in agrolandscape. / I.F. Medvedev, A.Yu. Verin, I.O. Molchanov // Adaptive-landscape systems of agriculture - the basis of optimization of agrolandscapes. Collection of reports. All-Russia scientific-practical conference with international participation, September 14-16, 2016. Kursk 2016. - P. 186-190.

5. Turusov V.I., Garmashov V.M., Garmashova L.V. Structure of the microbial coenosis of agrogenic soils and natural ecosystems // Fertility. - 2011. - N 1. - P. 34-35.

6. Geltser Y.G. Indicators of biological activity in soil research / / Pochvovedenie. - 1990. - № 9. - P. 47-60.

7. Galstyan A.Sh. Unification of methods for determining the activity of soil enzymes / A.Sh. Galstyan // Pochvovedenie. - 1978. - No. 2. - P. 107-114.

8. Khaziev F.H. Enzymatic activity of soils: method. A Handbook / F.H. Khaziev. - Moscow: Science, 1976. - 180 p.

9. Shcherbakov A.P. Characteristics of the biological activity of the chernozems of the Central Black Earth Zone / A.P. Shcherbakov, N.Ya. Kutovaya, Т.А. Devyatova // Agroecological principles of agriculture. - Moscow: Kolos, 1993. - P. 197-219.