ЭРОЗИЯ ПОЧВ И ФЕРМЕНТАТИВНАЯ АКТИВНОСТЬ

ЭРОЗИЯ ПОЧВ И ФЕРМЕНТАТИВНАЯ АКТИВНОСТЬ

Научная статья

Хабиров И.К.¹, Сайфуллин Р.Р.^2, *

¹ Башкирский Государственный аграрный университет, Уфа, Россия;

² НИЦ-1 Научно-исследовательский институт ФСИН России, Москва, Россия

* Корреспондирующий автор (nii.nauka[at]mail.ru)

Аннотация

Одним из показателей биологических свойств почвы и уровня ее плодородия является ее ферментативная активность. В статье рассматриваются вопросы влияния эрозии на ферментативную активность почв. В соответствии с величиной эрозионных процессов в почве отрицательно изменяются количественные показатели гумуса и взаимозависимо с этим, меняется и ферментативная активность почв. В результате проведенных исследований авторам удалось установить прямую зависимость между величиной эродированности почв и степенью уменьшения активности ферментов. Применение противоэрозионной обработки почв совместно с внесением минеральных удобрений позволяет повысить ферментативную активность эродированных почв. Вместе с этим оценка эродированных почв в зависимости от степени ферментативной активности не может являться устойчивым маркером при их оценке, ввиду высокой динамичности последних. В системе показателей устойчивости почв целесообразно оперировать величинами запасов ферментов, выраженных в каталах на гектар или единиц массы почвы.

Ключевые слова: органическое вещество, гумусообразование, гумус, минерализация, катал, единица массы почвы, эрозия.

SOIL EROSION AND ENZYMATIC ACTIVITY

Research article

Khabirov I.K.¹, Sayfullin R.R.^2, *

¹ Bashkir State Agrarian University, Ufa, Russia;

² Research Institute of the Federal Penitentiary Service of Russia, Moscow, Russia

* Corresponding author (nii.nauka[at]mail.ru)

Abstract

One of the indicators of the biological properties of the soil and the level of its fertility is its enzymatic activity. The article discusses the impact of erosion on the enzymatic activity of soils. In accordance with the magnitude of erosion processes in the soil, the quantitative indicators of humus negatively change and, interdependently with this process, the enzymatic activity of soils also changes. As a result of the conducted research, the authors were able to establish a direct relationship between the amount of soil erosion and the degree of decrease in enzyme activity. The use of anti-erosion soil treatment along with the introduction of mineral fertilizers allows to increase the enzymatic activity of eroded soils. At the same time, the assessment of eroded soils, depending on the degree of enzymatic activity, cannot be a stable marker in their assessment due to the high dynamism of the latter. In the system of soil stability indicators, it is advisable to operate with the values of enzyme reserves expressed in kat per hectare or units of soil mass.

Keywords: organic matter, humus formation, humus, mineralization, katal, unit of soil mass, erosion.

Введение

Сельскохозяйственное использование почв не только нарушает соотношение процессов гумусообразования и минерализации, но также является решающим фактором в деградации почв, в частности эрозии [1].

Для разработки рациональных приемов повышения устойчивости почв и их охраны от эрозионного разрушения необходимо детально изучить свойства этих почв, процессы, протекающие в них, и факторы, вызывающие эрозию.

В результате эрозии почв в органическом веществе происходят количественные и качественные изменения. Прослеживается прямая зависимость ферментативной активности от эродированности почв. Степень эродированности можно диагностировать с помощью данных о ферментативной активности, на основании диагностических моделей для оценки почв по ферментативной активности степени их смытости. Экспериментальные материалы подтверждают возможность использования ферментативных тестов наряду с другими показателями для диагностики подверженности почв к эрозии, особенно в периоды восстановления их плодородия [2], [3]. Различные генетические типы и подтипы почв характеризуются устойчивыми показателями ферментативной активности. Например, ферментативная активность почв Республики Башкортостан возрастает от серых лесных почв к черноземам. В группе серых лесных почв она возрастает от светло-серых к темно-серым. В черноземах выщелоченных, типичных и обыкновенных наблюдается высокая активность ферментов, в южных и карбонатных черноземах активность ферментов значительно ниже.

Цель настоящего исследования – изучение влияния эрозионных процессов на активность почвенных ферментов и выявление взаимосвязи ферментативной активности от степени эрозионных процессов в почве.

Основная часть

На основании данных о ферментативной активности и мощности гумусового горизонта мы подсчитали запасы ферментов в различных почвах Республики Башкортостан в каталах на 1 га. Катал – это условная единица измерения количества фермента, т. е. 1 катал соответствует тому количеству фермента, которое способно превращать 1 моль субстрата в продукт за одну секунду [8]. Запасы ферментов неодинаковы в разных типах и подтипах почв, что соответствует общей ферментативной активности, содержанию гумуса и генетическим особенностям почв.

В эродированных почвах по сравнению с полнопрофильными уменьшается мощность гумусового горизонта. Вследствие смыва верхнего слоя почвы и перемешивания пахотного горизонта с нижележащим иллювиальным горизонтом в них уменьшается общее содержание гумуса. В эродированных нечерноземных почвах содержание гумуса при сильной эрозии ниже, чем в неэродированных на 0,91-1,33 %, в черноземах, кроме южных, – на 2,9-3,3 %, а в южных – на 0,65-0,90%. Потери почвы вследствие эрозии достигают значительных размеров. В слабоэродированных почвах теряется до 20 % почвенной массы, в среднеэродированных – до 50%, в сильноэродированных – до 80%. С этой массой выносится (до 60-70 %) гумуса и большое количество питательных веществ.

Конъюгированно изменяется и ферментативная активность почв. В сильноэродированных почвах по сравнению с неэродированными ферментативная активность снижается до 60 %, в среднеэродированных – до 30 %, в слабоэродированных – менее 20 %.

Статистические характеристики связи ферментативной активности со свойствами почв при изменении их в процессе эрозии показывают, что активность ферментов в значительной степени зависит от мощности гумусового горизонта, от содержания гумуса, общего и легкогидролизуемого азота, углеводов и запасов воды в метровом слое почвы. Связь ферментативной активности с подвижными формами питательных веществ выражена слабее. Хорошо выражена связь активности ферментов азотного обмена (протеазы, уреазы) с нитратным и аммиачным азотом, активности инвертазы и фосфатазы с содержанием нитратного азота. Коэффициенты корреляции колеблются от 0,36 до 0,78. Достоверные связи описываются уравнением линейной регрессии, а в некоторых случаях связь близка параболической. Эрозия обусловливает и безвозвратные потери ферментов из почвы.

Потери ферментов возрастают в ряду почв от слабоэродированных к сильноэродированным. Очень большие потери ферментов наблюдаются в черноземах, меньшие – в серых лесных почвах. Однако потери ферментов по отношению к неэродированной почве примерно одинаковы как в серых лесных почвах, так и в черноземах. В слабоэродированных почвах унесено около 20-30 % ферментов, в среднеэродированных – 40-60%, в сильноэродированных – более 80%. Высокие потери ферментов, вызванные эрозионными процессами, связаны также со снижением ферментативной активности вследствие разрушения защитных механизмов ферментов в почве. Это приводит к тому, что ферментативная активность по сравнению с другими показателями более чутко реагирует на эродированность почв. Следовательно, показатели потери более адекватно характеризуют изменение ферментного потенциала почв при эрозии. Так, очень часто по ферментативной активности слабоэродированные черноземы, где смыв не носит интенсивного характера, не отличаются от неэродированных. Однако при расчете потери ферментов с учетом массы унесенной почвы эти различия четко обнаруживаются.

На основании проведенных полевых опытов, можно сделать вывод, что в результате внесения органических веществ, применения противоэрозионной системы обработки почвы на фоне минеральных удобрений можно повысить ферментативную активность эродированных почв. На серых лесных среднеэродированных почвах повышению их ферментативной активности и плодородия способствует чередование отвальной вспашки (на 18-20 см) с безотвальной глубокой обработкой (в 28-30 см), а на слабоэродированном карбонатном черноземе – глубокая вспашка (на 28-30 см) с прерывистым бороздованием. Весной к периоду посева общие запасы влаги в метровом слое обработанных такими способами почв по сравнению с обычной вспашкой увеличились в среднем за 4 года на 54,8- 89,8 мм в карбонатном черноземе и на 40-50 мм в серых лесных почвах. Предотвращение смыва, улучшение гидротермического режима и создание мощного биологически активного пахотного слоя обусловили повышение ферментативной активности в этих почвах до уровня зональных полнопрофильных почв.

Заключение

Таким образом, уровень ферментативной активности тесно связана с эродированностью почв и отзывчива на различные приемы повышения их плодородия. Вместе с тем высокая динамичность показателей активности ферментов может привести к ошибочной оценке степени эродированности, поэтому в системе показателей устойчивости почв целесообразно оперировать величинами запасов ферментов, выраженных в каталах на гектар или единиц массы почвы.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Сайфуллин Р.Р. Зависимость уровня плодородия черноземов от систематического применения органических и органоминеральных удобрений / Р.Р. Сайфуллин. – М.: ОнтоПринт, 2018. – 68 с.
2. Хазиев Ф.Х. Экологические связи ферментативной активности почв / Ф.Х. Хазиев // Экобиотех. 2018. T.1. № 2. С.80-92.
3. Хабиров И.К. Физические свойства и ферментативная активность почв / И.К. Хабиров // Экологические условия и ферментативная активность почв. Уфа: БФАН СССР. 1979. С. 99-111.
4. Галстян А.Ш. Унификация методов исследования активности ферментов почв / А.Ш. Галстян // Почвоведение. 1978. № 2. С. 107-114.
5. Казеев К.Ш. Биодиагностика почв: методология и методы исследований / К.Ш. Казеев, С.И. Колесников. Ростов-на-Дону: ЮФУ, 2012. 260 с.
6. Казеев К.Ш. Методы биодиагностики наземных экосистем / К.Ш. Казеев, С.И. Колесников, Ю.В. Акименко и др. Ростов-на-Дону: ЮФУ, 2016. 356 с.
7. Хазиев Ф.Х. Ферментативная активность почв агроценозов и перспективы ее изучения / Ф.Х. Хазиев, А.Е. Гулько // Почвоведение. 1991. № 8. С. 88-103.
8. Номенклатура ферментов [Текст]: Рекомендации Международного биохимического союза по номенклатуре и классификации ферментов, а также по единицам ферментов и символам кинетики ферментативных реакций (с дополнениями по 1975 г.) / Перевод с английского под ред. А.Е. Браунштейна. – М: б. и., 1979. – 321 с.
9. Галстян А.Ш. Изучение ферментативной активности эродированных почв / А.Ш. Галстян, Б.Н. Симонян // Биологический журнал Армении. 1980. Т. 33. № 10. С. 1105.
10. Хазиев Ф.Х. Почвы Башкортостана. Т.1. Эколого-генетическая и агропроизводственная характеристика / Ф.Х. Хазиев, А.Х. Мукатанов, И.К. Хабиров и др. – Уфа: Гилем, 1995. – 384 с.
11. Хазиев Ф.Х. Почвы Башкортостана. Т. 2. Воспроизводство плодородия: зонально-экологические аспекты / Ф.Х. Хазиев, Г.А. Кольцова, Р.Я. Рамазанов и др. – Уфа: Гилем, 1997. – 328 с.
12. Хабиров И. К. Устойчивость почвенных процессов / И. К. Хабиров, И. М. Габбасова, Ф. Х. Хазиев – Уфа: БГАУ, 2001. – 327 с.
13. Габбасова И.М. Деградация и рекультивация почв Башкортостана / И.М. Габбасова. – Уфа: Гилем, 2004. – 284 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Sayfullin R.R. Zavisimost' urovnja plodorodija chernozemov ot sistematicheskogo primenenija organicheskih i organomineral'nyh udobrenij [Dependence of the level of fertility of chernozems on the systematic use of organic and organomineral fertilizers] / R.R. Sayfullin. - M.: OntoPrint, 2018. - 68 p. [in Russian]
2. Khaziev F.H. Jekologicheskie svjazi fermentativnoj aktivnosti pochv [Ecological connections of enzymatic activity of soils] / F.H. Khaziev // Jekobioteh [Ecobiotech]. 2018. Vol.1. No. 2. pp. 80-92. [in Russian]
3. Khabirov I.K. Fizicheskie svojstva i fermentativnaja aktivnost' pochv [Physical properties and enzymatic activity of soils] / I.K. Khabirov // Jekologicheskie uslovija i fermentativnaja aktivnost' pochv [Ecological conditions and enzymatic activity of soils]. Ufa: BFAN USSR. 1979. pp. 99-111. [in Russian]
4. Galstyan A.Sh. Unifikacija metodov issledovanija aktivnosti fermentov pochv [Unification of methods for studying the activity of soil enzymes] / A.Sh. Galstyan // Pochvovedenie [Soil science]. 1978. No. 2. pp. 107-114. [in Russian]
5. Kazeev K.Sh. Biodiagnostika pochv: metodologija i metody issledovanij [Biodiagnostics of soils: methodology and research methods] / K.Sh. Kazeev, S.I. Kolesnikov. Rostov-on-Don: SFU, 2012. 260 p. [in Russian]
6. Kazeev K.Sh. Metody biodiagnostiki nazemnyh jekosistem [Methods of biodiagnostics of terrestrial ecosystems] / K.Sh. Kazeev, S.I. Kolesnikov, Yu.V. Akimenko et al. Rostov-on-Don: SFU, 2016. 356 p. [in Russian]
7. Khaziev F.H. Fermentativnaja aktivnost' pochv agrocenozov i perspektivy ee izuchenija [Enzymatic activity of soils of agrocenoses and prospects for its study] / F.H. Khaziev, A.E. Gulko // Soil science. 1991. No. 8. pp. 88-103. [in Russian]
8. Nomenklatura fermentov [Tekst]: Rekomendacii Mezhdunarodnogo biohimicheskogo sojuza po nomenklature i klassifikacii fermentov, a takzhe po edinicam fermentov i simvolam kinetiki fermentativnyh reakcij (s dopolnenijami po 1975 g.) [Nomenclature of enzymes [Text]: Recommendations of the International Biochemical Union on the nomenclature and classification of enzymes, as well as on enzyme units and symbols of the kinetics of enzymatic reactions (with additions to 1975)] / Translated from English by A.E. Braunstein. - M: B. I., 1979– - 321 p. [in Russian]
9. Galstyan A.S. Izuchenie fermentativnoj aktivnosti jerodirovannyh pochv [The study of enzymatic activity of eroded soils] / A.S. Galstyan, B.N. Simonyan // Biologicheskij zhurnal Armenii [Biological Journal of Armenia]. 1980. Vol. 33. No. 10. p. 1105. [in Russian]
10. Khaziev F.H. Pochvy Bashkortostana. Jekologo-geneticheskaja i agroproizvodstvennaja harakteristika [Soils of Bashkortostan. Vol. 1. Ecological-genetic and agricultural characteristics] / F.H. Khaziev, A.H. Mukatanov, I.K. Khabirov et al. - Ufa: Gilem, 1995. - 384 p. [in Russian]
11. Khaziev F.H. Pochvy Bashkortostana. Vosproizvodstvo plodorodija: zonal'no-jekologicheskie aspekty [Soils of Bashkortostan. Vol. 2. Reproduction of fertility: zonal and ecological aspects] / F.H. Khaziev, G.A. Koltsova, R.Ya. Ramazanov et al. - Ufa: Gilem, 1997. - 328 p. [in Russian]
12. Khabirov I. K. Ustojchivost' pochvennyh processov [Stability of soil processes] / I. K. Khabirov, I. M. Gabbasova, F. H. Khaziev - Ufa: BGAU, 2001. - 327 p. [in Russian]
13. Gabbasova I.M. Degradacija i rekul'tivacija pochv Bashkortostana [Degradation and recultivation of soils of Bashkortostan] / I.M. Gabbasova. - Ufa: Gilem, 2004. - 284 p. [in Russian]