VLIYaNIE RAZLIChNYKh SPOSOBOV OSNOVNOY OBRABOTKI POChVY NA FERMENTATIVNUYu AKTIVNOST' PRI VOZDELYVANII YaROVOGO YaChMENYa V USLOVIYaKh LESOSTEPI SREDNEGO ZAVOLZh'Ya

Full Text

Повышение устойчивости земледелия неизбежно связано с решением трёх кардинальных проблем. Во-первых - это поддержание почвенного плодородия; во-вторых - нарастание результативности питания растений и; в-третьих - защита окружающей среды. В почвообразовательном процессе микроорганизмы, участвующие в круговороте биогенных веществ и самоочищения почвы, имеют важнейшее значение. Взаимодействие растения с микроорганизмами приводит к питанию растений и продуктивности агрофитоценоза. Таким образом, для поддержания и воспроизводства плодородия необходим динамический контроль за состоянием почвенной микрофлоры [1, 2]. Ферменты, которые выделяются микроорганизмами, принимают участие в разрушении различного вида остатков (растительных, животных, микробных), а также в повышении почвенного плодородия. В результате всех преобразований, с участием ферментов трудно усвояемые соединения переходят в легко растворимые формы для растений и микроорганизмов. Ферменты по своей природе очень активны, обладают строгим характером действия, они сильно зависимы от различных условий внешней среды. Именно условия внешней среды влияют на их активность в почве. Активность ферментов все чаще используют для определения такого показателя как плодородие на различных видах почв, вследствие этого активность ферментов отображает биологические свойства, а также изменения, которые происходят под влиянием агроэкологических причин [2, 3, 5]. В данной работе описываются способы минимизации обработки почвы под ячмень в условиях недостаточного увлажнения лесостепи Среднего Заволжья Самарской области. Цель исследований - повышение продуктивности ярового ячменя путём применения различных способов обработки почвы, влияющих на её ферментативную активность, в условиях недостаточного увлажнения Среднего Заволжья. Задачи исследований - определить ферментативную активность чернозёма обыкновенного в зависимости от систем возделывания; изучить динамику численности основных групп почвенных микроорганизмов в зависимости от условий увлажнения; изучить влияние минимализации основной обработки почвы на динамику активности различных почвенных ферментов: каталаза, уреаза, инвертаза. Материалы и методы исследований. Опытное поле расположено на территории Самарской области. Рельеф поля выровненный, насаждения окружающей территории лесом составляют 8-10%. Почва, относится к типичным тяжелосуглинистым черноземам. Данный подтип почвы является преобладающим в лесостепи Среднего Поволжья. Почва имеет реакцию среды близкую к нейтральной (рН равен 6-7), среднее содержание гумуса 6-7%. Исследования проводились на опытных полях кафедры «Земледелие, почвоведение, агрохимия и земельный кадастр» Самарской ГСХА в 2005-2008 гг. в двух зернопаровых севооборотах, различающихся только видом пара. В первом севообороте чистый пар, во втором - сидеральный (горчица) пар. Исследования проводились над культурой, завершающей севообороты - ячмень. Севооборот: пар (чистый и сидеральный) - озимая пшеница - соя - яровая пшеница - ячмень. На опытном поле высевали ячмень сорта Поволжский 65 (1 репродукция). Повторность опыта трехкратная, размер одной опытной делянки 780 м2. В опыте изучались следующие варианты основной обработки почвы: 1) Вспашка на глубину обработки 20-22 см. 2) Минимальная обработка, включающая лущение на 6-8 см и рыхление на 10-12 см. 3) Нулевая обработка: осенняя обработка почвы не проводилась. Для изучения почвенной микрофлоры с опытного поля брались средние образцы почвы во всех вариантах обработки почвы в трехкратной повторности в два срока: в фазу всходов и после уборки культуры. Образцы отбирались с различной глубины: 0-5 см, 5-10 см, 10-20 см и 20-30 см, измельчались и просеивались через металлическое сито, размер отверстий составлял 2 мм. Определение общей численности микроорганизмов в почве и соотношение основных групп проводилось методом микробиологического посева почвенной болтушки на твердые питательные среды. Среды перед посевом стерилизовали в автоклаве. Посев бактерий производился на мясо-пептонный агар (МПА), актиномицеты - на крахмало-аммиачный агар (КАА), микромицеты - на среду Чапека. Активность фермента каталаза определяли титриметрическим способом Р. С. Канцельсона и В. В. Ершова. Активность фермента уреаза определяли методом И. Н. Ромейко и С. М. Малинской. Активность фермента инвертаза определяли методом А. Ш. Галстяна. Результаты исследований. Для хорошего знания экологического земледелия требуется высокая биологической активности почвы. После попадания органики в почву происходит ее разложение с помощью почвенных микроорганизмов. Микробиологическая активность почвы зависима от влияния различных факторов. К этим факторам относятся содержание органических веществ, показатель кислотности, физические свойства почвы, течение вегетации культуры. В процессе проведения обработки почвы можно повлиять на многие факторы, кроме погодных условий. В связи с этим, освоение новых агротехнических приемов тесно связанно с биологизацией земледелия [4, 6]. Ферментативная активность почвы является наиболее стабильным, но в то же время восприимчивым, показателем при оценке плодородия почв. Выявлена зависимость общей биогенности почвы от гидротермического коэффициента (ГТК). Так, в 2005 г. ГТК был равен 0,55 (при среднем многолетнем значении 0,8). В 2007 г. ГТК составил 1,0, в 2008 - 0,9 (рис. 1). Рис. 1. Общая биогенность почвы (микромицеты, бактерии, актиномицеты) в севообороте с чистым и сидеральным паром, млн КОЕ / 1 г а.с. почвы Установлено, что в год с низким ГТК микробиота была активней по фону чистого пара, а также в год с более высоким ГТК по фону сидерального пара. Как в севообороте с чистым, так и с сидеральным паром, наиболее благоприятные условия для микроорганизмов сложились в варианте со вспашкой и «нулевой» обработкой. Основная численность микроорганизмов находится в верхнем слое почвы (0-20 см) за счет растительных остатков в виде появления большого количества отмерших придаточных корней, опавших листьев, служащих питанием для них. Ферментативная активность почвы является очень важным и ощутимым биологическим показателем. С помощью ферментов происходит ускорение реакций, которые легко изменяют свою деятельность под действием внешних физических и химических процессов. На экологическое состояние почвы влияет изменение ферментативной активности. Ферменты служат индикатором. В результате их деятельности даже минимальные изменения приводят к переменам численности почвенных микроорганизмов, которые являются основными поставщиками ферментов в почву. При воздействии антропогенного влияния на почву следует учесть, что ферменты - это не стабильный показатель от естественных природных факторов. Одним из наиболее восприимчивым ферментов к изменению условий в почве является фермент каталаза, который относится к классу оксидоредуктаз. Каталаза - фермент, который наиболее распространен. Он принадлежит, за редким исключением, всем живым организмам. У некоторых бактерий количество каталазы составляет около 1% сухого вещества клетки. Под действием фермента каталазы происходит разложение перекиси водорода, которая является высотоксичной для всех живых организмов. Перекись, в свою очередь, разлагается на воду и свободный кислород. Большое влияние на активность каталазы оказывают растения, которые произрастают в почве. Растения, которые имеют глубокую и мощную корневую систему, обладают высокой каталазной активностью. Исследованиями установлено (табл. 1, 2), что активность каталазы вниз по профилю мало изменяется и находится в пределах 34,48-43,62 мкМоль Н2О2 /мин на 1 г а.с. почвы. В севообороте с сидеральным паром максимальная активность была отмечена в варианте с «нулевой» обработкой и составила 40,37 мкМоль Н2О2 /мин на 1 г а.с. почвы. При сравнительном анализе двух видов пара активность каталазы была несколько выше в севообороте с сидеральным паром (на 3,3%). Существенного влияния способов основной обработки на активность этого фермента не выявлено. Таблица 1 Активность ферментов в посевах ячменя по фону чистого пара Обработка почвы Глубина, см Каталаза, мкМоль Н2О2 /мин на 1 г а.с. почвы Уреаза, мкМоль NH4+ /мин на 1 г а.с. почвы Инвертаза, мкМоль глюкозы/мин на 1 г а.с. почвы Вспашка на 20-22 см 0-5 38,74 0,154 5,11 5-10 38,85 0,164 4,80 10-20 39,98 0089 4,39 20-30 35,36 0,087 5,15 0-30 38,23 0,123 4,86 Рыхление на 10-12 см 0-5 35,98 0,103 4,98 5-10 36,66 0,078 4,91 10-20 40,14 0,064 4,33 20-30 35,15 0,072 5,26 0-30 36,98 0,079 4,87 «Нулевая» обработка 0-5 36,90 0,144 5,20 5-10 39,94 0,058 4,97 10-20 37,90 0,052 4,43 20-30 35,69 0,044 4,46 0-30 37,61 0,074 4,77 Таблица 2 Активность ферментов в посевах ячменя по фону сидерального пара Обработка почвы Глубина, см Каталаза, мкМоль Н2О2 /мин на 1 г а.с. почвы Уреаза, мкМоль NH4+ /мин на 1 г а.с. почвы Инвертаза, мкМоль глюкозы/мин на 1 г а.с. почвы Вспашка на 20-22 см 0-5 35,93 0,145 4,77 5-10 39,52 0,102 4,85 10-20 37,30 0,082 4,64 20-30 39,18 0,060 4,59 0-30 37,98 0,097 4,71 Рыхление на 10-12 см 0-5 39,23 0,131 5,27 5-10 40,76 0,041 4,64 10-20 34,48 0,029 5,85 20-30 38,58 0,098 4,47 0-30 38,26 0,074 5,06 «Нулевая» обработка 0-5 42,49 0,211 5,60 5-10 43,62 0,137 4,54 10-20 39,64 0,076 5,22 20-30 35,75 0,068 4,97 0-30 40,37 0,123 5,09 Инвертаза - фермент, который принимает участие в расщеплении сахарозы. Полученные в результате данной реакции фруктоза и глюкоза называется инвертным сахаром [8]. Инвертаза относится к группе гидролаз. В органическом веществе почвы достаточно большое количество углеводов - более 60% биомассы всех растительных остатков. Углеводы входят в состав микробной клетки, в состав растительных остатков. Гидролиз происходит только при наличии свободного аммиачного азота. Фермент способен к преобразованию углеводов растительных остатков, также обладает иммобилизирующей способностью микробиоценоза почвы [7]. Исследования ряда авторов указывают на то, что активность инвертазы лучше других ферментов показывает уровень почвенного плодородия и биологической активности почв. В севообороте с чистым паром (табл. 1) отмечается несколько более высокая активность инвертазы в варианте со вспашкой и рыхлением, а в севообороте с сидеральным паром (табл. 2.) - в варианте с рыхлением и «нулевой» обработкой. При сравнительном анализе двух видов пара активность инвертазы в севообороте с сидеральным паром была незначительно выше. Уреаза - гидролитический фермент, в присутствии которого происходит расщепление мочевины на аммиак и диоксид углерода. Уреаза относится к классу амидаз. Так как мочевина очень часто используется в агрономии в качестве удобрения, то это следует учитывать. Активность уреазы выше у наиболее плодородных почв [1]. При размещении уреазы по слоям (табл. 1, 2) отмечается, что наибольшая активность сосредоточена в верхних слоях почвы (0-10 см). Наибольшая активность в севообороте с чистым паром отмечена в варианте со вспашкой, в севообороте с сидеральным паром - в варианте с «нулевой» обработкой, составила 0,123 мкМоль NH4+ /мин на 1 г а.с. почвы. В севообороте с сидеральнм паром сложились наиболее благоприятные условия, чем по чистому пару на 6,5 %. Заключение. Экологическое наблюдение в почве ориентировано на отслеживание изменений, которые происходят в почвах под воздействием различных антропогенных нагрузок. Выявлена зависимость общей биогенности почвы от гидротермического коэффициента (ГТК). Установлено, что в год с низким ГТК микробиота была активней по фону чистого пара, в год с более высоким ГТК по фону сидерального пара. Наиболее благоприятные условия для микроорганизмов сложились в варианте со вспашкой и «нулевой» обработкой по фону чистого и сидерального паров. Способность почвы к выполнению защитных свойств продиктована содержанием большого количества и разнообразия микроорганизмов благодаря ферментам, с помощью которых происходит биотрансформация вещества. Для характеристики общей ферментативной активности почвы изучались наиболее известные ферменты - инвертаза, каталаза, уреаза. Существенного влияния способов основной обработки на активность ферментов каталаза и инвертаза не было выявлено, но повлияло на размещение уреазы послойно. После снижения механической нагрузки наблюдалось увеличение активности фермента в верхнем аэрированном слое почвы 0-10 см и снижение его активности в более глубоких слоях. Использование сидерального пара в севообороте способствовало увеличению численности почвенных микроорганизмов и активности почвенных ферментов.

About the authors

Galina Kusainovna Markovskaya

Ol'ga Aleksandrovna Chugunova

References

Supplementary files