Urease Enzyme Activity during Minimal Tillage in the South-East of the Central Black Earth Region

Research article
DOI:
https://doi.org/10.23670/IRJ.2023.127.77
Issue: № 1 (127), 2023
Suggested:
01.12.2022
Accepted:
21.12.2022
Published:
24.01.2023
187
0
XML PDF

Abstract

In the research carried out to study the dynamics of urease activity of ordinary chernozem during the development of resource-saving methods of tillage in the soil and climatic conditions of the south-east of the Central Black Earth Region, it was found that the minimum tillage, including zero tillage in the agrocenosis of a grain-tilled crop rotation, do not lead to a decrease in urease activity of ordinary chernozem, but it increases the dependence of enzyme activity on weather conditions of the vegetation period, which is associated with differentiation of the soil profile. The coefficient of variation of this parameter increases to V=32%, with its value in the conditions of plowing V=27%, in the fallow V=21%, which affects the stability of soil fertility formation processes.

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).

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

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

Однако необходимо отметить, что применение ресурсосберегающих и нулевой обработок ведет к некоторому повышению активности уреазы, что обусловлено повышением плотности сложения почвы и возрастанием содержания недоокисленных форм азота (аммиачного азота).

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).

Уреазная активность при минимизации обработки и на залежи

Рисунок 2 - Уреазная активность при минимизации обработки и на залежи

Примечание: мг/100 г почвы за 24 часа

Статистической обработкой данных выявлено, что в почвенно-климатических условиях места проведения опытов активность уреазы имеет обратную зависимость от гидротермических условий, складывающихся в летний сезон. В меньшей мере эта зависимость проявляется при обработке с оборотом пласта (r = – 0,42) и на залежи (r = – 0,30), когда профиль почвы хорошо насыщен пожнивными и корневыми остатками с равномерным их распределением. Это прослеживается и по меньшей вариации уреазной активности по годам проведения исследований V = 27% и V = 21% соответственно.

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.

Article metrics

Views:187
Downloads:0
Views
Total:
Views:187