Активность фермента уреазы при минимализации обработки почвы в условиях юго-востока ЦЧР
Активность фермента уреазы при минимализации обработки почвы в условиях юго-востока ЦЧР
Аннотация
В исследованиях, выполненных с целью изучения динамики уреазной активности чернозема обыкновенного при освоении ресурсосберегающих приемов обработки почвы в почвенно-климатических условиях юго-востока ЦЧР установлено, что минимализация обработки почвы, в том числе и нулевая обработка в агроценозе зернопропашного севооборота, не приводят к снижению уреазной активности чернозема обыкновенного, но при этом возрастает зависимость активности фермента от погодных условий вегетационного периода, что связано с дифференциацией почвенного профиля – сосредоточением органического вещества растительных остатков в поверхностном слое. Коэффициент вариации этого показателя возрастает до V=32%, при значении его в условиях вспашки V=27%, на залежи V=21%, что влияет на стабильность процессов формирования плодородия почвы.
1. Введение
В условиях тотального роста стоимости энергоносителей, в земледелии страны все большее распространение получают энергосберегающие агротехнологии, основанные на уменьшении механического воздействия на почву, вплоть до полного отказа от обработки, что видно по научным публикациям , , . При этом прослеживается значительная разноречивость информации, касающейся эффективности использования этих обработок, и особенно прямого посева, что подтверждает высокую актуальность вопроса для современного земледелия , , .
В исследованиях ряда ученых отмечено, что при минимизации и особенно при no-till создается дефицит минерального азота, и усиливается дифференциация корнеобитаемого слоя по содержанию питательных веществ , , . Как известно, в процессах формирования азотного режима в почве значительное значение отводится уреазе ферменту, катализирующему гидролитическое расщепление связи между азотом и углеродом в молекулах органических веществ.
В связи с этим целью наших опытов было изучить уреазную активность чернозема при минимизации и нулевой обработке.
2. Методы и принципы исследования
Многолетние наблюдения проводили в условиях юго-востока ЦЧР (Центрально-Черноземный район), в стационаре отдела адаптивно-ландшафтного земледелия ФГБНУ «Воронежский ФАНЦ им. В.В. Докучаева» в течение ротации восьмипольного зернопропашного севооборота на черноземе обыкновенном тяжелосуглинистом с показателями слоя 0-30 см: гумус – 6,48%, валовой азот – 0,36%, валовой фосфор – 0,35%, валовой калий – 1,85, рНKCl – 6,99.
Наблюдения за уреазной активностью почвы проводились с пролонгирующим действием применения изучаемых обработок: традиционной в регионе – систематической отвальной на 20-22 см (контроль), систематической поверхностной на глубину 6-8 см, нулевой и залежи.
Изучение обработок проводили в севообороте: бобовые – озимая пшеница – кукуруза на зерно – яровые зерновые – горохо-осяная смесь – озимая пшеница – подсолнечник – яровые зерновые.
Каждый год, в течение восьми лет, в начале и конце вегетации проводили отбор и подготовку почвенных образцов согласно требованиям , . Активность уреазы определяли методом, основанном на учете количества аммиака, образующегося при гидролизе карбамида, в двукратной повторности , .
Математическую обработку полученных данных проводили с помощью пакета прикладных программ Excel на персональном компьютере.
Годы исследований характеризовались разнообразными метеоусловиями, с гидротермическим коэффициентом (ГТК) за май-сентябрь в пределах 0,46-1,09 охватывая весь спектр возможной погоды, в полном объеме представляя климат ЦЧЗ.
3. Основные результаты
Исследования показали, что в агроценозе изучаемого севооборота приемы обработки почвы оказывают незначительное влияние на активность уреазы. Среднегодовое ее количество в слое 0-20 см. колебалось по изучаемым вариантам от 218,9 мг. на 100 г. почвы при систематической вспашке на глубину 20-22 см до 244,1 мг. на 100 г почвы на варианте с no-till, при количестве уреазы 214,4 мг. на 100 г. почвы на залежи (рис. 1).
Рисунок 1 - Среднегодовое количество уреазы при различных приемах обработки почвы и на залежи:
1 – вспашка на глубину 20-22 см; 2 – обработка КПЭ-3,8 на глубину 6-8 см; 3 – no-till; 4 – залежь
Примечание: мг/100 г почвы за 24 часа
Анализ результатов многолетних мониторинговых наблюдений динамики изменения уреазной активности чернозема свидетельствует, что активность ураезы зависит как от метеорологических условий в годы проведения исследований, агроценозов севооборота, так и от механического воздействия на почву (рис. 2).
Рисунок 2 - Уреазная активность при минимизации обработки и на залежи
Примечание: мг/100 г почвы за 24 часа
Ресурсосберегающие обработки, обусловливающие сосредоточение органических остатков в верхнем слое почвы, способствуют росту зависимости уреазной активности чернозема от метеорологических условий. Здесь отмечается возрастание коэффициента корреляции до r = – 0,45 при обработке на глубину 6-8 см. и до r = – 0,50 на варианте без обработки, об этом также свидетельствует вариация этого показателя V = 32%, при значении ее в условиях вспашки V = 27%, на залежи V = 21%.
При обработке почвы с оборотом пласта уреазная активность в меньшей мере зависела от содержания влаги в агроземной зоне почвы r = – 0,29, так как при вспашке создается более мощный горизонт равномерно насыщенный органическим веществом. В пахотный слой дополнительно к корневым остаткам поступают еще и послеуборочные остатки, которые равномерно распределяются во всем 0-22 см. слое почвы, обладающим более надежной влагообеспеченностью в летний период, что обеспечивает более стабильное течение процессов гидролиза мочевины и обеспеченности почвы доступными формами азота.
При снижении глубины и интенсивности механического воздействия на почву ферментативная активность имела более сильную зависимость от погодных условий и влажности почвы, уровень корреляционной связи возрастал до сильной (r = – 0,68 …– 0,76), что обусловлено созданием почвенного профиля обогащенного органическим веществом в поверхностной части, часто пересыхающей в условиях недостаточного увлажнения при неравномерно выпадающих осадков.
Анализ показателей многолетнего мониторинга уреазной активности чернозема показал, что в агрогенной почве наблюдается тенденция ее возрастания, что связано с увеличением объемов поступления пожнивно-корневых остатков, выращиваемых культур и росте культуры земледелия.
В современных условиях, при актуализации вопроса биологизации земледелия и снижения экологической напряженности в агроландшафтах, является важным сравнить ферментативную активность чернозема используемого в пашне и на залежи. Как свидетельствует регрессионный анализ и тренды (рис. 2), уреазная активность почвы, используемой в сельскохозяйственном производстве, отличается от таковой почв естественной экосистемы. Даже при отказе от обработки почвы земель, используемых в сельскохозяйственном производстве под агроценозами, формирование уреазной активности не приближается к таковой, как в почве залежи. Здесь оказывает влияние однородный тип растительности полевых культур. При этом закономерность изменения уреазной активности агрогенной почвы пашни и при нулевой обработке аналогичны, только при меньших значениях при вспашке, о чем свидетельствуют уравнения регрессии: у= 11,32 х – 22634 при вспашке и у=12,29 х – 24554 при нулевой обработке.
4. Заключение
В почвенно-климатических условиях юго-востока ЦЧР минимизация обработки почвы не приводит к снижению уреазной активности чернозема обыкновенного, но при этом ферментативная активность в большей мере зависит от погодных условий вегетационного периода (r = – 0,68 …– 0,76), что негативно сказывается на плодородии.