Our journals
Submit manuscript Sign in / Sign up
Advanced search
Article sections

CATALASE ACTIVITY OF ORDINARY CHERNOZEM WITH MINIMIZATION OF TILLAGE AND DIRECT SOWING IN THE CONDITIONS OF THE SOUTH-EAST OF THE CENTRAL ASIAN REPUBLIC

Research article
Garmashov V.M.
Garmashova L.V.
DOI:
https://doi.org/10.23670/IRJ.2022.119.5.006
Issue: № 5 (119), 2022
Published:
2022/05/17
PDF

DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2022.119.5.006

КАТАЛАЗНАЯ АКТИВНОСТЬ ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО ПРИ МИНИМАЛИЗАЦИИ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ И ПРЯМОМ ПОСЕВЕ В УСЛОВИЯХ ЮГО-ВОСТОКА ЦЧР

Научная статья

Гармашов В.М.1, *, Гармашова Л.В.2

1, 2 Воронежский федеральный аграрный научный центр им. В.В. Докучаева, Каменная Степь, Россия

* Корреспондирующий автор (niish1c[at]mail.ru)

Аннотация

В результате исследований, проведенных с целью изучения динамики изменения каталазной активности чернозема обыкновенного при минимализации обработки почвы в почвенно-климатических условиях юго-востока ЦЧР, установлено, что минимализация обработки почвы вплоть до прямого сева не приводит к значительному снижению каталазной активности чернозема обыкновенного, что обусловлено хорошими физическими свойствами черноземных почв. При этом активность каталазы в большей степени зависит от погодных условий вегетационного периода, коэффициент вариации этого показателя увеличивается до V = 16,4-24,3%, что влияет на стабильность процессов формирования плодородия почвы. Наименьшая вариация каталазной активности по годам исследований V=11,8% отмечается при вспашке.

Ключевые слова: минимализация обработки почвы, прямой посев, ферментативная активность, чернозем обыкновенный, каталаза.

CATALASE ACTIVITY OF ORDINARY CHERNOZEM WITH MINIMIZATION OF TILLAGE AND DIRECT SOWING IN THE CONDITIONS OF THE SOUTH-EAST OF THE CENTRAL ASIAN REPUBLIC

Research article

Garmashov V.M.1, *, Garmashova L.V.2

1, 2 Voronezh Federal Research Center named after V.V. Dokuchaev, Kamennaya Steppe, Russia

* Corresponding author (niish1c[at]mail.ru)

Abstract

As a result of research carried out in order to study the dynamics of changes in the catalase activity of the chernozem of the ordinary, with minimalization of the soil processing in the soil-climatic conditions of the South-East Central Committee, it was found that the minimization of the soil processing up to direct seva does not lead to a significant reduction in the catalase activity of the ordinary catalysis, which is due Good physical properties of chernozem soils. In this case, the activity of catalase is more dependent on weather conditions of the growing season, the coefficient of variation of this indicator increases to V = 16.4-24.3%, which affects the stability of the soil fertility processes. The smallest variation of catalase activity by years of studies V = 11.8% is marked with plowing.

Keywords: minimization of tillage, direct sowing, enzymatic activity, ordinary chernozem, catalase.

В настоящее время, при дефиците производственных ресурсов и постоянном росте цен на энергоносители, все больше внимания уделяется менее энергозатратным технологиям выращивания сельскохозяйственных культур, что приводит к расширению применения минимализации в обработке почвы, вплоть до полного отказа от нее, и к технологиям, основанным на No-till с многолетним применением прямого посева [1], [2], о чем наглядно свидетельствует растущее число публикаций в специальной научной литературе.

Ферментативная активность почв – один из важнейших показателей, который достаточно адекватно отражает изменение плодородия почвы и экологические условия ее функционирования [3], [4], [5]. Комплексы ферментов активно реагируют на внешние воздействия, что позволяет использовать параметры ферментативной активности для характеристики почвенного плодородия и оценки их экологического состояния. По мнению многих ученых, первоочередное внимание в этом плане уделяется оценке активности ферментов, относящихся к классу оксидоредуктаз [3], [6], [8], которые играют ведущую роль в регуляции скорости протекания в почвах окислительно-восстановительных реакций, лежащих в основе синтеза гумусовых веществ, а также в катализе биохимических процессов, протекающих в клетках живых организмов. Поэтому наиболее часто при изучении изменения почвенного плодородия под воздействием антропогенных факторов из группы оксидоредуктаз используют активность фермента каталазы [9], [10].

Цель исследований – изучить динамику изменения каталазной активности чернозема обыкновенного при минимализации обработки почвы и прямом посеве.

Материалы, условия и методы исследования

Исследования по изучению изменения ферментативной активности черноземных почв при освоении приемов минимализации проводили в течение ротации восьмипольного зернопропашного севооборота в многолетнем стационарном опыте по разработке наиболее рациональных приемов и систем обработки почвы, обеспечивающих сохранение почвенного плодородия и высокую урожайность сельскохозяйственных культур, в отделе адаптивно-ландшафтного земледелия ФГБНУ «Воронежский ФАНЦ им. В.В. Докучаева».

Почва стационарного опыта – чернозем обыкновенный тяжелосуглинистый, с благоприятными физико-химическими характеристиками 0-30 см слоя: гумус – 6,48%, общий азот – 0,36%, общий фосфор – 0,35%, общий калий – 1,85%, реакция почвенной среды близка к нейтральной (рНКСL – 6,99), гидролитическая кислотность – 0,57 мг-экв. / 100 г.

Мониторинговые наблюдения за изменением каталазной активности чернозема обыкновенного при внедрении минимализации обработки были проведены в течение восьми лет с 2014 по 2021 год, с нарастающим сроком использования приемов минимализации обработки почвы, на первом поле стационарного опыта, на вариантах с рекомендованной для зоны обработкой почвы – ежегодной вспашке на глубину 20-22 см (контроль), ежегодной минимальной на глубину 6-8 см, нулевой обработке и в почве естественной экосистемы – залежь косимая (абсолютный контроль). Приемы обработки почвы изучались в севообороте: горох – озимая пшеница – кукуруза на зерно – ячмень – однолетние травы – озимая пшеница – подсолнечник – ячмень.

Пробы почв отбирали ежегодно в начале и в конце вегетации культур севооборота, смешанные образцы готовили из 5-6 проб взятых на делянке. Образцы почвы доводили до воздушно-сухого состояния и готовили к исследованиям в соответствии с требованиями к подготовке для проведения биохимических анализов [6], [7].

Активность каталазы определяли в смешанных образцах газометрическим методом в двукратной повторности [3], [7]. Статистическую обработку полученных результатов проводили с использованием пакета программ STATISTICA 10.

Результаты исследований и обсуждение

Анализ результатов исследований свидетельствует, что на фоне широкоамплитудных колебаний каталазной активности почвы по годам, связанных с изменением погодных условий лет проведения опытов и сменой типов агроценозов в севообороте [11], в многолетнем ряду наблюдений также прослеживается влияние обработок на каталазную активность чернозема обыкновенного (рис. 1).

Проведением статистического анализа выявлены корреляционные зависимости между активностью каталазы и гидротермическими условиями вегетационного периода (по ГТК Селянинова). В наименьшей мере погодные условия вегетационного периода сказываются на активности каталазы при нулевой обработке почвы и на залежи (r = – 0,023 и r = 0,22), когда почва в меньшей степени изменяет плотность сложения в течение вегетационного периода, хотя при этом на нулевой обработке отмечается высокий коэффициент вариации V = 24,2% этого показателя по годам. В несколько большей степени каталазная активность почвы при обратной связи r = – 0,43 зависит от гидротермических условий вегетационного периода при отвальной обработке на глубину 20-22 см, когда плотность сложения и степень аэрации хорошо взрыхленного обрабатываемого слоя значительно изменяются в течение вегетации, за счет самоуплотнения.

Многолетние наблюдения за каталазной активностью в черноземе обыкновенном при различной интенсивности его обработки (рис. 1) позволяют сделать вывод, что активность фермента каталазы мало изменяется в зависимости от приемов обработки почвы и минимализация обработки почвы, вплоть до прямого сева, не приводит к значительному снижению активности этого фермента, что обусловлено хорошими физическими свойствами черноземных почв, так как активность каталазы в значительной мере определяется воздушным режимом [12].

1

Рис. 1 – Каталазная активность чернозема при минимализации обработки почвы и прямом посеве

Активность фермента незначительно отличается даже в агрогенной почве и в почве естественной экосистемы – залежи. Среднегодовые значения активности каталазы находятся в интервале от 15,6 мг на 1 г почвы за 3 мин при вспашке на глубину 20-22 см и поверхностной обработке на глубину 6-8 см до 15,4 мг на 1 г почвы за 3 мин при нулевой обработке и 15,2 мг на 1 г почвы за 3 мин в почве залежи. При этом в агрогенной почве и почве залежи различия были минимальными – 2,6-1,3%.

Снижение интенсивности воздействия на почву при минимализации обработки хотя и приводит к уменьшению поступления в почву растительных остатков, а также режима их трансформации, но при этом в хорошо оструктуренной почве, какой является чернозем обыкновенный, сохраняются условия, обеспечивающие подержание хорошей активности фермента каталазы, даже без регулярной обработки – рыхления.

Необходимо отметить, что в многолетнем ряду показателей каталазной активности чернозема прослеживается общий тренд на ее снижение, связанное с усилением засушливости вегетационных периодов. При этом более стабильная каталазная активность почвы зернопропашного севооборота отмечается при вспашке на глубину 20-22 см у = – 0,369 + 760,1.

В последние годы, при всевозрастающем интересе к минимализации обработки почвы с ориентацией вплоть до полного отказа от нее (прямой сев) обусловленном как экономией затрат, так и стремлением повышения экологичности использования агрогенных почв и приближения их содержания к природным аналогам – почвам залежи, поэтому нам было интересно сравнить каталазную активность чернозема при различных обработках и на залежи. Проведенная статистическая обработка полученных результатов показала, что наиболее тесная корреляционная связь по каталазной активности с почвой залежи выявлена при поверхностной и нулевой обработках r= 0,76 и 0,53. При установлении аналогичной зависимости обрабатываемого чернозема обыкновенного с нулевой обработкой, наиболее однообразно процессы каталазной активности развиваются при поверхностной обработке с коэффициентом корреляции значений этого показателя r = 0,66. При вспашке на глубину 20-22 см он составлял 0,57 и при вспашке отмечается наименьшая вариация каталазной активности по годам исследований V=11,8%, тогда как при минимализации обработки почвы она увеличивается до 16,4% при поверхностной обработке, и имеет практически одинаковые значения 24,3% и 24,2% при нулевой обработке почвы и в почве залежи, что свидетельствует о большей зависимости каталазной активности почвы от внешних условий.

При установлении зависимости каталазной активности чернозема обыкновенного в слое 0-20 см от влагообеспеченности этого слоя, выявлено, что наиболее тесная корреляционная связь в агрогенной почве была при поверхностной и нулевой обработках r = 0,40 и 0,30, при концентрации органического вещества растительных остатков и корневых систем растений в поверхностных слоях почвы 0-10 и 0-5 см, как правило, часто подвергающихся пересыханию в течение вегетационного периода.

При вспашке каталазная активность в меньшей степени зависела от влагообеспеченности почвы r = 0,10, так как органическое вещество запаханных растительных остатков равномерно распределялось по всему 0-22 см слою, и ежегодное рыхление пахотного слоя способствовало, хорошей аэрации почвы и более стабильному течению процессов биологического окисления перекиси водорода, обусловленных активностью фермента каталазы.

Заключение

В почвенно-климатических условиях юго-востока ЦЧР минимализация обработки почвы вплоть до прямого сева не приводит к значительному снижению каталазной активности чернозема обыкновенного, что обусловлено хорошими физическими свойствами черноземных почв, но при этом активность каталазы в большей степени зависит от погодных условий вегетационного периода (V = 16,4-24,3%), что влияет на стабильность процессов формирования плодородия почвы.

Конфликт интересов Не указан. Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

  1. Кирюшин В.И. Актуальные проблемы и противоречия развития земледелия / В.И. Кирюшин // Земледелие. – 2019. – № 3. – С. 3-7.
  2. Поляков Д.Г. Обработка почвы и прямой посев: агрофизические свойства черноземов и урожайность полевых культур / Д.Г. Поляков // Земледелие. – 2021. – № 2. – С. 37-43.
  3. Звягинцев Д.Г. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Д.Г. Звягинцев. – М.: Изд-во МГУ, 1991. – 304 с.
  4. Хазиев Ф.Х. Системно-экологический анализ ферментативной активности почв / Ф.Х. Хазиев. – М.: Наука, 1982. – 204 с.
  5. Казеев К.Ш. Биология почв Юга России / К.Ш. Казеев, С.И. Колесников, В.Ф. Вальков. – Ростов-на-Дону: 2004. – 350 с
  6. Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии / Ф.Х. Хазиев. – М.: Наука, 2005. – 252 с.
  1. Изменение ферментативной активности при хранении почвенных образцов / Е.В. Даденко, К.Ш. Казеев, С.И. Колесников и др. // Почвоведение. – 2009. – № 2. – С. 1481-1486.
  2. Тульская Е.М. Сравнительное изучение каталазной и каталитической активности верхних горизонтов почв / Е.М. Тульская, Д.Г. Звягинцев // Почвоведение. – 1979. – № 10. – С. 92-97.
  3. Наплекова Н.Н. Ферментативная активность почв, загрязненных соединениями свинца / Н.Н. Наплекова, Г.И. Булавко // Почвоведение. – 1983. – № 7. – С. 35-40.
  4. Диагностирование степени загрязнения почв нефтью по показателям ферментативной активности / Т.Н. Щемилина, Е.И. Новоселова и др. // Вестник ОГУ. – 2007. – № 75. – С. 432-434.
  5. Хазиев Ф.Х. Экологические условия и ферментативная активность почв. Экологические связи ферментативной активности почв / Ф.Х. Хазиев // Экобиотех, 2018. – Т. 1. – № 2. – С. 80-92.
  6. Тульская Е.М. Иммобилизация каталазы почвами / Е.М. Тульская, Д.Г. Звягинцева // Почвоведение. – 1981. – № 12. – С. 91-96.

Список литературы на английском языке / References in English

  1. Kiryushin V. I. Aktualnyye problemy i protivorechiya razvitiya zemledeliya [Actual problems and contradictions of the development of agriculture] / V.I. Kiryushin // Zemledeliye [Agriculture]. – 2019. – № 3. – pp. 3-7. [in Russian]
  2. Polyakov D.G. Obrabotka pochvy i pryamoy posev: agrofizicheskiye svoystva chernozemov i urozhaynost polevykh kultur [Tillage and direct sowing: agrophysical properties of chernozems and yield of field crops] / D.G. Polyakov // Zemledeliye [Agriculture]. – 2021. – № 2. – pp. 37-43. [in Russian]
  3. Zvyagintsev D.G. Metody pochvennoy mikrobiologii i biokhimii [Methods of soil microbiology and biochemistry] / D.G. Zvyagintsev. – M.: Publishing House of Moscow State University, 1991. – 304 p. [in Russian]
  4. Khaziev F.H. Sistemno-ekologicheskiy analiz fermentativnoy aktivnosti pochv [System-ecological analysis of the enzymatic activity of soils] / F.H. Khaziev. – M.: Nauka, 1982. – 204 p. [in Russian]
  5. Kazeev K.Sh. Biologiya pochv Yuga Rossii [Soil biology of the South of Russia] / K.Sh. Kazeev, S.I. Kolesnikov, V.F. Valkov. – Rostov-on-Don, 2004. – 350 p. [in Russian]
  6. Khaziev F.H. Metody pochvennoy enzimologii [Methods of soil enzymology] / F.H. Khaziev. – M.: Nauka, 2005. – 252 p. [in Russian]
  7. Izmeneniye fermentativnoy aktivnosti pri khranenii pochvennykh obraztsov [Changes in enzymatic activity during storage of soil samples] / E.V. Dadenko, K.Sh. Kazeev, S.I. Kolesnikov et al. // Pochvovedeniye [Soil science]. – 2009. – № 2 – pp. 1481-1486. [in Russian]
  8. Tulskaya E.M. Sravnitelnoye izucheniye katalaznoy i kataliticheskoy aktivnosti verkhnikh gorizontov pochv [Comparative study of catalase and catalytic activity of upper soil horizons] / E.M. Tulskaya, D.G. Zvyagintsev // Pochvovedeniye [Soil science]. – 1979. –№ 10 – pp. 92-97. [in Russian]
  9. Naplekova N.N. Fermentativnaya aktivnost pochv. zagryaznennykh soyedineniyami svintsa [Enzymatic activity of soils contaminated with lead compounds] / N.N. Naplekova, G.I. Bulavko // Pochvovedeniye [Soil science]. – 1983. – № 7. – pp. 35-40. [in Russian]
  10. Diagnostirovaniye stepeni zagryazneniya pochv neftyu po pokazatelyam fermentativnoy aktivnosti [Diagnosing the degree of soil contamination with oil by indicators of enzymatic activity] / T.N. Shchemilina, E.I. Novoselova, N.A. Kireeva et al. // Vestnik OGU [Bulletin of OSU]. – 2007. – № 75. – pp. 432-434. [in Russian]
  11. Khaziev F.H. Ekologicheskiye usloviya i fermentativnaya aktivnost pochv. Ekologicheskiye svyazi fermentativnoy aktivnosti pochv [Ecological conditions and enzymatic activity of soils. Ecological connections of the enzymatic activity of soils] / F.H. Khaziev // Ecobiotech, 2018. – Vol. 1. – № 2. – pp. 80-92. [in Russian]
  12. Tulskaya E.M., Zvyagintseva D.G. Immobilizatsiya katalazy pochvami [Immobilization of catalase by soils] / E.M. Tulskaya, D.G. Zvyagintseva // Pochvovedeniye [Soil science]. – 1981. – № 12. – pp. 91-96. [in Russian]