ВЛИЯНИЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ - РАСПАШКИ НА ФЕРМЕНТАТИВНУЮ АКТИВНОСТЬ ЧЕРНОЗЕМОВ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

5.1. АКТИВНОСТЬ ПЕРОКСИДАЗЫ И ПОЛИФЕНОЛОКСИДАЗЫ В ПАХОТНЫХ ЦЕЛИННЫХ И ЗАЛЕЖНЫХ ЧЕРНОЗЕМАХ

Содержание гумуса - ключевой показатель плодородия и состояния почв, определяющий выполнение ею экологических функций. Это важнейший признак определяющий устойчивость почв и их нормальное функционирование (Деградация и охрана..., 2002). В черноземах гумусообразо-вание и гумусонакопление достигают максимальной интенсивности и совершенства. Однако в связи с интенсивным сельскохозяйственным использованием в этих почвах заметно ухудшаются качественно-количественные показатели гумуса (Русанов, 1999).

Определение активности окислительных ферментов полифенолокси-дазы и пероксидазы, участвующих в процессах гумусообразования, является дополнительной характеристикой процессов синтеза и распада гумусовых веществ. Полифенолоксидаза катализирует окисление полифенолов в хиноны в присутствии свободного кислорода воздуха. Полифенолоксидаза играет ключевую роль в круговороте ароматических соединений. Пероксидаза же катализирует окисление полифенолов в присутствии перекиси водорода или органических перекисей. При этом ее роль состоит в активировании перекисей, поскольку они обладают слабым окисляющим действием на фенолы (Кононова, 1963).

Как демонстрируют рисунки 1 и 2, активность пероксидазы и полифе-нолоксидазы на пашне выше, чем на нераспахиваемых участках на 21-40% и 34-37% соответственно. При этом содержание органического вещества наоборот выше на почвах под степной растительностью на 43-58% (рис. 3). Следовательно, процессы новообразования гумуса и его разложения в почвах пашни протекают намного интенсивнее, чем в почвах под естественными сообществами. Если сравнивать между собой степной и залежный участок, то можно сказать, что целинный чернозем по изученным показателям опережает чернозем залежи (рис. 1-3).

Активность пероксидазы в пахотном целинном и залежном черноземе учхоза «Донское» ДонГАУ и У ОХ ЮФУ, 1-4 парабензохинона на 1 г почвы за 30 мин

Рис. 1. Активность пероксидазы в пахотном целинном и залежном черноземе учхоза «Донское» ДонГАУ и У ОХ ЮФУ, 1-4 парабензохинона на 1 г почвы за 30 мин

Активность полифенолоксидазы в пахотном целинном и залежном черноземе учхоза «Донское» ДонГАУ и У ОХ ЮФУ, 1-4 парабензохинона на 1 г почвы за 30 мин

Рис. 2. Активность полифенолоксидазы в пахотном целинном и залежном черноземе учхоза «Донское» ДонГАУ и У ОХ ЮФУ, 1-4 парабензохинона на 1 г почвы за 30 мин

Активность фенолоксидазы и пероксидазы в почве зависит от типа землепользования и интенсивности воздействия (Sinsabaugh, 2010). Распашка почв приводит к потере органического вещества почвы, особенно лабильного органического вещества. Эти изменения сопровождаются повышением полифенолоксидазы (Waldrop et al., 2000). Хотя есть и противоположные результаты - интенсивное сельскохозяйственное использование снижает активность полифенолоксидазы (Monkiedje et al., 2006). Для активности пероксидазы данные также противоречивы (Sinsabaugh, 2010).

Содержание гумуса в пахотном целинном и залежном черноземе учхоза «Донское» ДонГАУ и У ОХ ЮФУ, %

Рис. 3. Содержание гумуса в пахотном целинном и залежном черноземе учхоза «Донское» ДонГАУ и У ОХ ЮФУ, %.

Длительная распашка чернозема обыкновенного приводит к снижению содержания органического вещества более чем на 40% (рис.З). По литературным данным (Laiho, 2006; Sinsabaugh, 2010) потеря органического вещества при распашке, приводит к повышению интенсивности окислительных процессов в почве. Причем в аридных экосистемах высокая температура и низкая влажность приводят к окислительному стрессу, который интенсифицирует выработку фенолоксидаз.

На активность пероксидазы и полифенолоксидазы, помимо содержания органического вещества, оказывает значительное влияние pH почвы, температура и влажность. То в какую сторону произойдет изменение активности этих ферментов при распашке, зависит от сочетания этих факторов. Множественная модель линейной регрессии, которая включает pH почвы, среднегодовую температуру и среднегодовое количество осадков и активность ферментов показала зависимость от содержания гумуса активности полифенолоксидазы только на 36%, а для пероксидазной активности 32% (Sinsabaugh, 2010). Множественная корреляция с тремя другими переменными имеет коэффициент 0,52. Эта модель предполагает, что актив ность фенолоксидаз и пероксидазы может иметь положительные или отрицательные связи при различных сочетаниях экологических переменных.

В некоторых отклики активности ферментов могут быть объяснены зависимостью от pH почвы, температуры или влажности. Но в более широком масштабе, величина и направление ответов варьирует в зависимости от микробного и растительного состава сообществ (Sinsabaugh, 2010).

В наших исследованиях корреляционный анализ показал, достоверную отрицательную зависимость активности пероксидазы и полифенолоксида-зы от влажности (коэффициенты корреляции соответственно равны - 0,64 и - 0,62). Зависимость от содержания гумуса составила - 0,55 и - 0,60 (табл.7).

Таблица 7

Корреляционная матрица свойств чернозема обыкновенного Персианов-ской степи, п = 130

гумус

темп

влаж

pH

ПО

ПФО

каталаза

инвертаза

гумус

температура

-0,02

влажность

0,37

-0,62

pH

-0,01

-0,17

0,02

ПО

-0,55

0,19

-0,64

0,00

ПФО

-0,60

0,18

-0,62

-0,19

0,66

каталаза

0,19

-0,21

0,38

0,29

-0,33

0,08

инвертаза

0,89

-0,03

0,26

0,05

-0,65

-0,57

0,25

ДГ

0,33

0,38

-0,13

-0.04

0,06

0,32

0,21

0,33

Принимая во внимание неоднозначный характер изменений активности пероксидазы и полифенолоксидазы при распашке, и их зависимость от климатических факторов, мы провели исследование сезонной динамики. Как демонстрируют рисунки 4 и 5, активность пероксидазы и полифенолоксидазы в различные месяцы выше в пахотном черноземе, хотя степень превышения меняется в зависимости от сезона года (т.е. от сочетания температуры и влажности в первую очередь).

  • 3,5
  • 3,0
  • 2,5
  • 2,0
  • 1,5
  • 1,0
  • 0,5
  • 0,0

min

  • ? пашня
  • ? степь

март

апрель

май

июнь

июль

август

Рис. 4. Динамика активности пероксидазы в пахотном и целинном черноземе учхоза «Донское» ДонГАУ, 1-4 парабензохинона на 1 г почвы за 30 мин

Динамика активности полифенолоксидазы в пахотном и целинном черноземе учхоза «Донское» ДонГАУ, 1-4 парабензохинона на 1 г почвы за 30 мин

Рис. 5. Динамика активности полифенолоксидазы в пахотном и целинном черноземе учхоза «Донское» ДонГАУ, 1-4 парабензохинона на 1 г почвы за 30 мин

В отдельные месяцы мы видим, что различия в активности этих ферментов на пашне и нераспахиваемых участках не являются значимыми (р>0,05), особенно для активности пероксидазы. Можно сделать вывод о нецелесообразности использовании активности пероксидазы и полифенолоксидазы в целях диагностики изменений почв при их сельскохозяйственном освоении.

Активность пероксидазы и полифенолоксидазы выше в почвах пашни, но только в верхних горизонтах, подвергающихся непосредственному воздействию (рис. 6-7; 9-10). На глубине 40-50 см активность этих ферментов в черноземе пахотного и целинного участка (рис. 6-7) и пахотного и залежного участка практически не отличается. Хотя различия в содержании гумуса на этой глубине еще значительны (рис. 8, 11).

Активность пероксидазы в пахотном и целинном черноземе учхоза «Донское» ДонГАУ, 1-4 парабензохинона на 1 г почвы за 30 мин

Рис. 6. Активность пероксидазы в пахотном и целинном черноземе учхоза «Донское» ДонГАУ, 1-4 парабензохинона на 1 г почвы за 30 мин

Активность полифенолоксидазы в пахотном и целинном черноземе учхоза «Донское» ДонГАУ, 1-4 парабензохинона на 1 г почвы за 30 мин

Рис. 7. Активность полифенолоксидазы в пахотном и целинном черноземе учхоза «Донское» ДонГАУ, 1-4 парабензохинона на 1 г почвы за 30 мин

Направленность процессов гумусообразования и разложения органических веществ и их интенсивность определяется сочетанием почвенных и климатических факторов. Действие климатических факторов с глубиной выравнивается, что возможно и объясняет схожесть в уровнях активности изучаемых ферментов на глубине 40-50 см.

Содержание гумуса в пахотном и целинном черноземе учхоза «Донское» ДонГАУ, %

Рис. 8. Содержание гумуса в пахотном и целинном черноземе учхоза «Донское» ДонГАУ, %

Активность пероксидазы в пахотном и залежном черноземе У ОХ ЮФУ, 1 -4 парабензохинона на 1 г почвы за 30 мин

Рис. 9. Активность пероксидазы в пахотном и залежном черноземе У ОХ ЮФУ, 1 -4 парабензохинона на 1 г почвы за 30 мин

Активность полифенолоксидазы в пахотном и залежном черноземе УОХ ЮФУ, 2013 г., 1-4 парабензохинона на 1 г почвы за 30 мин

Рис. 10. Активность полифенолоксидазы в пахотном и залежном черноземе УОХ ЮФУ, 2013 г., 1-4 парабензохинона на 1 г почвы за 30 мин

Содержание гумуса в различных горизонтах пахотного и залежного чернозема УОХ ЮФУ, 2013 г., %

Рис. 11. Содержание гумуса в различных горизонтах пахотного и залежного чернозема УОХ ЮФУ, 2013 г., %

Применение профильного подхода позволило произвести пересчет активности изученных ферментов на весь гумусовый профиль (рис. 12-13). Особый характер профильного распределения активности пероксидазы и полифенолоксидазы отразился на их «запасах». При учете всего гумусового профиля, отличия между пахотным и целинным, а также пахотным и залежным участками становятся незначительными. Запасы гумуса при этом в изученных черноземах разного вида землепользования отличаются значи тельно (рис. 14) Этот факт еще в большей степени затрудняет использование активности этих ферментов в диагностических целях.

Активность пероксидазы в пахотном целинном и залежном черноземе учхоза «Донское» ДонГАУ и У ОХ ЮФУ в пересчете на весь гумусовый профиль

Рис. 12. Активность пероксидазы в пахотном целинном и залежном черноземе учхоза «Донское» ДонГАУ и У ОХ ЮФУ в пересчете на весь гумусовый профиль

Активность полифенолоксидазы в пахотном целинном и залежном черноземе учхоза «Донское» ДонГАУ и У ОХ ЮФУ в пересчете на весь гумусовый профиль

Рис. 13. Активность полифенолоксидазы в пахотном целинном и залежном черноземе учхоза «Донское» ДонГАУ и У ОХ ЮФУ в пересчете на весь гумусовый профиль

Запасы гумуса в пахотном целинном и залежном черноземе учхоза «Донское» ДонГАУ и УОХ ЮФУ, т/га

Рис. 14. Запасы гумуса в пахотном целинном и залежном черноземе учхоза «Донское» ДонГАУ и УОХ ЮФУ, т/га

Применение показателей активности пероксидазы и полифенолоксида-зы в целях диагностики состояния пахотных почв затруднено ввиду их большой зависимости от комбинации климатических факторов и некоторых почвенных характеристик. Но все же изучение динамики активности пероксидазы и полифенолоксидазы в течение года подтвердило общую тенденцию: активность этих ферментов выше в пахотном черноземе, хотя степень превышения меняется в зависимости от сезона года (т.е. от сочетания температуры и влажности в первую очередь) и не всегда достоверно значима.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >