Влияние распашки на биохимические свойства черноземов Юга России. Монография

5.7. ФЕРМЕНТАТИВНАЯ АКТИВНОСТЬ ПОСТАГРОГЕННЫХ ЧЕРНОЗЕМОВ

Внастоящее время происходит выведение сельскохозяйственных земель из севооборота из-за интенсивного ведения хозяйственной деятельности, нарушения агротехники, влияния экономических факторов и целого ряда других причин. При выводе черноземов из сельскохозяйственного оборота прекращения антропогенного воздействия приводит к восстановлению естественного плодородия почв, их экологических функций, улучшению состояния экосистем, повышению устойчивости к техногенным воздействиям, восстановлению биоразнообразия. В целом необрабатываемые почвы по ряду показателей начинают приближаться к аналогичным целинным почвам, хотя ущерб, нанесенный им, не устраняется в течение обозримого периода времени (Русанов, Тесля, 2012; Мясникова и др., 2013; Прудникова и др., 2013; Приходько, Манахов, 2014).

Исследованиями различных авторов установлено, что активность почвенных ферментов может служить дополнительным диагностическим показателем почвенного плодородия и его изменения в результате антропоген-

ного воздействия (Badiane и др., 2001; Acosta-Martineza и др., 2007; Хазиев, 1976; Звягинцев 1978; Галстян,1974,1978,1982; Абрамян, 1992; Казеев и др., 2002, 2005, 2008; Даденко и др., 2013, 2014; Прудникова и др., 2013; Мяс-

никова и др., 2014,).

Врамках нашего исследования изучена активность ферментов класса оксидоредуктаз (каталаза, дегидрогеназа, пероксидаза, полифенолоксидаза)

игидролаз (инвертаза, фосфатаза).

Согласно шкалам Д.Г. Звягинцева (1978) (расчет на весовые единицы почвы) по активности инвертазы 83- и 27-летнии залежи отнесены к богатым, а 17-летняя залежь и пашня к среднеобогащенным. По активности дегидрогеназы все залежные участки отнесены к богатым, а пашня к среднеобогащенным. По активности фосфатазы все изученные варианты почв относятся к очень бедным.

82

Активность инвертазы и дегидрогеназы уменьшается в ряду от 83летней залежи к пашне. По сравнению с пашней активность инвертазы на 83- и 27-летних залежах увеличивается в 1,7-2,5 раза, на 17-летней залежи в

1,5-1,7 раз (рис. 38).

Активность дегидрогеназы на 83-летней залежи по сравнению с пашней увеличивается меньше, чем активность инвертазы, всего в 1,6-1,5 раза (рис. 39). Отличия между пашней и другими залежами незначительны. Для инвертазы и дегидрогеназы установлена достоверная прямолинейная зависимость с содержанием гумуса (r=0,81 и r=0,96 соответственно). Содержание органического вещества почв является определяющим для активности большинства почвенных ферментов (Гончарова и др., 1990; Даденко и др., 2013, 2014).

Рис. 40. Профильное распределение активности полифенолоксидазы в постагрогенных черноземах, 1-4 парабензохинона на 1 г почвы за 30 мин

В отличие от активности инвертазы и дегидрогеназы активность пероксидазы и полифенолокидазы уменьшается в ряду от 83-летней залежи к пашне (рис. 40, 41). Активность пероксидазы на залежах 83 года и 27 лет меньше на 18-21%, чем на пахотном участке, а активность полифенолокси-

84

дазы уменьшается на 10-11%. Отличия между 17-летней залежью и пашней незначительны. Активность полифенолоксидазы по профилю увеличивается, исключение составляет 27-летняя залежь, где с глубины 50 см происходит ее уменьшение. Активность пероксидазы также увеличивается по профилю, исключение составляет 27- и 17-летнии залежи, где с глубины 20 см она снижается. Поскольку полифенолоксидаза и пероксидаза играют важную роль в минерализации и образовании гумуса (Петерсон, Курыляк, 1982; Щербакова, 1983; Русанов, Анилова, 2009; Якушев и др., 2014), можно сделать вывод, что процессы его новообразования и разложения в почвах пашни протекают намного интенсивнее, чем на залежных участках и степи, что может быть связано с изменением воздушно-теплового режима пахотных почв.

Рис. 41. Профильное распределение активности пероксидазы в постагрогенных черноземах, 1-4 парабензохинона на 1 г почвы за 30 мин

Для активности пероксидазы и полифенолоксидазы установлена достоверная обратная связь с содержанием гумуса (r= -0,82 и -0,79 соответственно).

85

Значения активности фосфатазы, также как и активность пероксидазы и полифенолоксидазы максимальна в пахотном варианте (рис. 42). Следом идут значения на 83- и 27-летней залежи. На 17-летней залежи активность фосфатазы наименьшая.

Рис. 42. Профильное распределение активности фосфатазы в постагрогенных черноземах, мг Р2О5/100 г почвы/24 ч

Отмечены незначительные отличия каталазной активности между исследуемыми участками (рис. 43). Наблюдается небольшое её увеличение на глубине 20 см на 27-летней залежи. Активность каталазы оказалась малоинформативной при изучении процессов восстановления почв после выведения их из сельскохозяйственного использования. Связано это, в первую очередь, с тем, что изменения этого показателя минимальны при сельскохозяйственном освоении черноземов.

Различия в содержании гумуса на исследованных участках памятника природы «Степь Приазовская» наблюдаются по всему профилю (рис. 44). Содержание гумуса, так же как и его запасы (А+АВ) уменьшается в ряду от 83-летней залежи к пашне. По сравнению с пахотным вариантом содержание гумуса на залежи 83 года возрастает в 2-2,7 раза, а на 27-летней залежи

86

-1,7-1,8, на 17-летней залежи увеличивается в 1,2-1,4 раза. По профилю наблюдается более резкое снижение на 83-летней залежи каждые 20-30 см в 1,5-2 раза. На пашне ввиду регулярной обработки с оборотом пласта профильное распределение не дифференцировано.

Рис. 43. Профильное распределение активности каталазы в постагрогенных черноземах, мл О2 /г почвы/ мин

Рис. 44. Профильное распределение содержания гумуса в постагрогенных черноземах, %

87

Так же был проведен корреляционный анализ между возрастом залежи и исследованными показателями (табл. 7). В результате анализа выявлена высокая прямолинейная зависимость между возрастом залежи и содержанием гумуса (r=0,95), а также активностью инвертазы и дегидрогеназы (r=0,85). Для активности полифенолоксидазы и пероксидазы характерна средняя корреляция с возрастом залежи, причем она имеет обратную зависимость (соответственно r= -0,63 и -0,67).

Важной особенностью показателей биологической активности почв является их значительное пространственное и временное варьирование, что требует при их определении большого числа повторных наблюдений и тщательной вариационно–статистической обработки (Звягинцев и др., 1978; Казеев и др. 2004). Варьирование почвенных свойств проявляется даже на очень близких расстояниях. Эти флуктуации дает сам процесс почвообразования, даже в абсолютно выровненных условиях. Пространственная неоднородность усиливается малыми колебаниями факторов, особенно изменчивостью гранулометрического состава и растительности. При этом факторы почвообразования начинают выступать на более низком уровне иерархической организации, например не растительность – а растение, не гранулометрический состав – а наличие отдельных камней или наносов возле растений при дефляции (Михеева, 2001).

Полевые исследования пространственного варьирования биологической активности почвы в зависимости от возраста залежи были исследованы методом трансекты. Длина трансекты, проходящей с севера на юг через все участки, составляет 360 м с шагом (расстояние между точками) 10 м.

88

Исследования, проведенные на черноземах обыкновенных разновозрастных залежах памятника природы «Степь Приазовская» с меняющейся растительностью, в процессе их восстановления, показали значительное варьирование их биологических параметров поверхностных горизонтов.

Ниже приведены основные статистические параметры биологических показателей чернозема на разновозрастных залежах (табл. 8).

Таблица 8

Вариационно-статистические показатели эколого-биологических свойств залежных почв, трансекта с шагом определения 10 м

89

Данные статистической обработки отражают степень изменчивости биологических свойств на изучаемых участках. Наличие асимметрии и эксцесса свидетельствуют о распределении отличном от нормального распределения Гаусса, т.е. симметричное куполообразное, при котором при «трехсигмовом» интервале вокруг среднего находится 99,6% всех значений (Дмитриев, 1995). Реальное соотношение факторов почвообразования и сочетания почвенных процессов на конкретной территории может, в принципе, дать любое статистическое распределение почвенного свойства (Михеева, 2001). О форме статистического распределения, в самом общем виде, можно судить по таким выборочным статистическим параметрам, как среднее, дисперсия, асимметрия и эксцесс. С другой стороны небольшая величина коэффициента вариации для активности каталазы - < 33 %, говорит о том, что распределение может быть аппроксимировано нормальным законом. Асимметрию распределения активности каталазы и инвертазы на молодой залежи, активности инвертазы и дегидрогеназы на пашне можно считать сильной, а для остальных параметров слабой и умеренной.

Для всех изученных показателей, кроме активности инвертазы на молодой залежи, отмечено отрицательное значение эксцесса, что свидетельствует о равномерном распределении, т.е. все значения практически равновероятны. Статистическое распределение содержания гумуса характеризуется левой асимметрией, т.е. медиана распределения превышает его среднее значение.

Варьирование активности дегидрогеназы на всех участках среднее, активность инвертазы - небольшое, содержание гумуса на залежах небольшое, а на пашне - среднее, активность каталазы на залежах незначительное, а на пашне небольшое. Причем максимально варьирование инвертазы и дегидрогеназы наблюдается на молодой залежи, а гумуса на пашне.

Вариационно-статистические особенности варьирования биологической активности чернозема на разновозрастных залежах отражены на рис. 45. Из рисунка видно, что содержание гумуса имеет тенденцию к снижению от старой залежи к пашне. Такая же тенденция и у активности инвертазы, но здесь наблюдаются не такие четкие отличия между залежными участками. Также на рисунке видно, что наибольший размах варьирования биологических показателей на молодой залежи, что может быть связано с

90