Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

ВЛИЯНИЕ ФЕРМЕНТАТИВНОЙ АКТИВНОСТИ ФОСФАТАЗ НА ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ СЕРОЗЕМНЫХ ПОЧВ ПРЕДГОРИЙ ФЕРГАНЫ

Сакбаева З.И. 1
1 Жалал-Абадский государственный университет
В статье изложены результаты изучение влияние ферментативной активности фосфатаз на экологическое состояние сероземных почв. Фосфатазная активность почвы определяется ее генетическими особенностями, физико-химическими свойствами и уровнем культуры земледелия. Пахотный горизонт орошаемого типичного серозема содержит 166,4 мг р-нитрофенол кг-1 почвы час-1 щелочной фосфатазы, 107,5 6мг р-нитрофенол кг-1 почвы час-1 фосфодиэстеразы и 63,4 мг р-нитрофенол кг-1 почвы час-1 кислой фосфатазы. Причем их количество резко снижаются в подпахотном горизонте почвы, что прямо коррелирует с содержанием гумуса почвы. При сравнении фосфогидролазной активности орошаемой пашни сероземов и предгорных пастбищ темных сероземов можно констатировать минимальную фосфогидролазную активность почв орошаемой пашни сероземов. Это видно тем, что в темно-сероземных почвах содержится от 1,3 до 176,2 мг р-нитрофенол кг-1 почвы час-1 кислой фосфатазы, от 9,6 до 594,3мг нитрофенол кг-1 почвы час-1 щелочной фосфатазы, от 5,3 до 303,6мг р-нитрофенол кг-1 почвы час-1 фосфодиэстеразы. Наблюдается повышенные содержания ферментов на верхних горизонтах темных сероземных почв. Это связано с высоким обилием почвенных микроорганизмов и органических веществ на поверхностных горизонтах темных сероземов. Резкое снижение активности ферментов фосфатазы орошаемой пашни, по сравнению с целинными темным сероземами, показывает деградацию почвенного плодородия обрабатываемых почв.
экологическое состояние
сероземная почва
гумус
изменение климата
ферментативная активность
фосфатаза
1. Абрамян С.А. Изменение ферментативной активности почвы под влиянием естественных и антропогенных факторов // Почвоведение. – 1992. - №7. – С. 70-82.
2. Карабаев Н.А. Изменение гумусового потенциала при воздействии антропогенного фактора и потеплении климата /Н.А. Карабаев, Ж.Б. Бекболотов, С.А. Мамытканов, Р.Т. Апасов // Вестник КНАУ. – 2012. - №1. – С. 6-10.
3. Кононова М. М. Органическое вещество почвы. – М.: Изд-во АН СССР, 1963. – 314 с.
4. Мамытов, А. М. Групповой состав гумуса основных типов почв Киргизской ССР / А.М. Мамытов, Г.И.Ройченко, Э.Г. Вухрер. – Фрунзе: Изд-во Илим, 1971. – 95 с.
5. Acosta-Marti’nez, V. Microbial communities and enzymatic activities under different management in semiarid soils./ V. Acosta- Marti’nez, D. Acosta Marcado, D. Sotomayor, L. Cruz// Appl. Soil Ecol. – 2007. - №38.– P. 249-260.
6. Eivazi, F. Phosphatases in soils / F. Eivazi, M.A. Tabatabai// Soil Biological & Biochemistry. – 1977. – vol. 9. –P. 167-172.
7. Kandeler, E. Long term monitoring of microbial biomass, N mineralization and enzyme activities of a Chernozem under different tillage management / E. Kandeler, D. Tscherko, H. Spiegel // Biology and Fertility of Soils. – 1999. – vol. 28. – P. 343–351.
8. Matinizadeh, M. Enzyme Activities in Undisturbed and Disturbed Forest Soils Under Oak (Quercusbrantiivar.persica) as Affected by Soil Depth and Seasonal variation./ M. Matinizadeh, S.A. Korori, M. Teimouri, W. Praznik//Asian Joun. Of Plant Scien. – 2008. - №7. – P. 368-374.
9. Tabatabai M.A. Soil Enzymes. Soil Science Society of America, USA, 1994, 801-814.
10.Trasar-Cepeda, C. Biochemical properties of acid soils under climax vegetation (Atlantic oakwood) in an area of the European temperate-humid zone (Galicia, NW Spain): specific parameters / C. Trasar-Cepeda C, M.C. Leiros, F.Gil-Sotres//Soil Biological & Biochemistry. – 2000. – vol. 32. – pp. 747– 755.
Биохимические свойства почв, таких как активность ферментов и динамика органических веществ, дают ценную информацию о землепользовании, о круговороте питательных веществ, разложении и образовании органических веществ в почве, преобразовании ксенобиотиков и потенциале продуктивности. Ферментативная активность почв зависит от механического состава, рН, органического вещества, типа почвы и типа землепользования. Различные ферменты, присутствующие в почве и участвующие в круговороте углерода, азота, фосфора и серы, могут предоставить информацию о плодородии почв [6, 7], а также метаболическом потенциале почвы [5, 10].

Большинство исследований, в которых изучалась активность ферментов в районах с умеренным климатом, были проведены в контролируемых условиях поля, в то время как исследования, проведенные в бассейнах рек, оказались редкими. В Кыргызстане имеются исследования об органических веществах [3], об активности мочевины и фосфатазы в почве и классификации микробов с использованием методов культуры [4], однако исследований, связанных с активностью почв бассейна реки Кок-Арт, нет.

Разные типы почв вертикальной поясности бассейна реки Кок-Арт существенно отличаются по характеру растительности, которая обогащает почву отмирающими корневыми остатками, различающимися по химическому составу. Это существенно отражается на групповом и видовом составе микроорганизмов почв, деятельность которых влияет на процессы образования перегноя.

В связи с этим изучение микробиологической характеристики изучаемых почв бассейна реки Кок-Арт поможет лучшему пониманию вопроса почвообразования и накопления гумуса.

Методы исследования

Почвенные разрезы были изучены и описаны по морфологическим характеристикам, разделены на генетические горизонты. Пробы почв отбирались из генетических горизонтов. Анализы на ферментативную активность изучаемых почв проводились в научно-исследовательском институте Земледелия Техасского Технологического Университета США в 2012 году. Активность фосфатных ферментов определялись по методике Табатабай М.А. [9].

Объект исследования

В бассейне реки Кок-Арт проводилось исследование на девяти почвенных разрезах взятых из трех контрастных землепользования бассейна реки Кок-Арт Джалал-Абадской области. В данной работе приведем данные по ферментативной активности сероземных почв (табл. 1). Климат бассейна реки Кок-Арт характеризуется континентальным субтропическим климатом. В предгорьях, среднесуточная температура в июле составляет 28°С. В январе среднесуточная температура ниже 14°C (Джалал-Абадская метеорологическая станция). Годовое количество осадков в этой зоне колеблется от 200 до 300мм. Количество их возрастает не только с увеличением абсолютной высоты местности, но и при движении с запада на восток, что связано с расположением горных хребтов к направлению воздушных течений. Максимум осадков бывает в марте - начале апреля.

Таблица 1

Расположение и хозяйственное использование сероземных почв бассейна реки Кок-Арт

Землепользование

Местность

Типы почв

Высота над у.м., м

Ширина

Долгота

Сенокос

Кызыл-Сенир

Темный серозем

930

41°02´41.35"N

73°01´05.86"E

Пашня (кукуруза)

Тайгара

Орошаемый серозем

833

40°59´04.65"N

73°00´10.50"E

Результаты и обсуждение

При глобальном изменении климата сероземные почвы попадают под влияния процесса потепления. Так, осредненная для каждой страны Центральной Азии среднегодовая температура повышалась на:

- 0,080С каждые 10 лет в Кыргызстане (1883-2005 гг.),

- 0,290С каждые 10 лет в Узбекистане (1950-2005 гг.),

- 0,260С каждые 10 лет в Казахстане (1936-2005 гг.),

- 0,180С каждые 10 лет в Туркменистане (1961-2005 гг.),

- 0,100С каждые 10 лет в Таджикистане (1940-2005 гг.).

Как видно, на равнинных странах Центральной Азии (Узбекистан, Казахстан) среднегодовая температура за каждые 10 лет повышалась на 0,29 и 0,26 градусов и это относится к регионам распространения сероземов Ферганской долины. Изменение климата, безусловно, влияет на почвенное плодородие сероземов и на урожайность сельскохозяйственных культур.

Ниже приводятся материалы по изменению содержания гумуса за последние 25-30 лет на орошаемых сероземах Джалал-Абадской области (данные Республиканской почвенно-агрохимической лаборатории). На основе балла бонитета почв произведен перерасчет урожайности зерновых единиц согласно Постановлению Правительства Кыргызской Республики: «О порядке определения ставок единого сельскохозяйственного налога за пользования сельскохозяйственных угодий» от 18.04.2000 года за №213. Поэтому привязка урожайности сельскохозяйственных культур на показатели балла бонитета почв для подсчета урожайности зерна является приемлемой.

Как видно из таблицы 2, за прошедшие 32 года количество гумуса орошаемых типичных сероземов с 1,54% снизился до 1,05%, баллы бонитета соответственно с 55 до 37 и урожайность зерновых колосовых культур с 32,4 ц/га до 22,5 ц/га.

Это объясняется тем, что при потеплении климата увеличивается скорость минерализации органического вещества почвы, т.е. поступающих в почву растительных остатков и гумусовых веществ почв. Такая тенденция сильно проявляется на орошаемых почвах, когда повышенная температура, обеспеченная влажность (регулярный полив) и механическая обработка пашни, а также удобрения ускоряют процесса минерализации органического вещества [2]. Вследствие этих процессов снижается запасы органического вещества, особенно гумуса, которое влияет на почвенные процессы.

Таблица 2

Динамика изменения содержания гумуса орошаемых сероземов Джалал-Абадской области

 

Название типов почв

Содержание гумуса, %

1975-76 г.

1980 год

2007 год

Сероземы типичные туранские

1,54

1,19

1,05

Баллы бонитета

55

42

37

Урожайность, ц/га зерновых единиц

30,2

23,1

20,3

Сероземы темные

3,01

4,11

2,07

Баллы бонитета

59

81

41

Урожайность, ц/га зерновых единиц

32,4

44,5

22,5

Уровни деградации гумусового потенциала исследуемых почв можно характеризовать изучением ферментативной активности, в т.ч. активности фермента фосфатазы.

Важную роль в обеспечении растений элементами минерального питания играет фосфатаза - фермент, отвечающий за минерализацию органического фосфора. Фосфатазы гидролизуют разнообразные фосфомоноэфиры, осуществляют мобилизацию закрепленного в органическом веществе фосфора.

В почвах фосфатазы не только минерализуют органический фосфор, но и способствуют поступлению минерального фосфора в корни растений. Фосфорорганические соединения составляют преимущественную часть фосфора почвы (от 20 до 80%) и представлены нуклеиновыми соединениями, производными аденозинфосфорной кислоты, фосфогуминовыми комплексами и незначительно подвижными сахарофосфатами, глицерофосфатами. Фосфорорганические соединения почвы переходят в доступное для растений состояние при ферментативном гидролизе с отщеплением остатков фосфорной кислоты.

Активность ферментов фосфатазы сероземов приводиться в таблице 3. Фосфатазная активность почвы определяется ее генетическими особенностями, физико-химическими свойствами и уровнем культуры земледелия. Почвы, имеющие кислую реакцию, преимущественно содержат кислые фосфатазы, в почвах со слабо щелочной реакцией преобладают щелочные фосфатазы.

Таблица 3

Активность ферментов фосфатаз сероземных почв бассейна реки Кок-Арт (мг р-нитрофенол кг -1 почвы час -1)

Землепользование

Типы почв

Гори-

зонты

Глубина

Кислая

фосфа-

таза

Щелочная

фосфатаза

Фосфодиэс-тераза

Пастбища,

Кызыл-Сенир

Предгорный темный- серозем

А0

А1

В1

Вк

С

0-2

2-13

13-44

44-86

86-170

176,2

81,8

21,0

2,4

1,3

594,3

285,5

72,7

20,5

9,5

303,6

177,7

53,4

11,5

5,3

Пашня,

Кукуруза

Тайгара

Орошаемый серозем

А

В

С

0-34

34-59

59-98

63,5

37,5

12,0

166,4

83,8

68,6

107,5

55,2

32,7

рН сероземных почв бассейна реки Кок-Арт колеблется в пределах 7.9-8.3. Это способствует увеличению содержания щелочных фосфатаз.

Как видно из таблицы 3, пахотный горизонт орошаемого типичного серозема содержит 166,4 мг р-нитрофенол кг-1 почвы час-1 щелочной фосфатазы, 107,5 мг р-нитрофенол кг-1 почвы час-1 фосфодиэстеразы и 63,4 мг р-нитрофенол кг-1 почвы час-1 кислой фосфатазы. Причем их количество резко снижаются в подпахотном горизонте почвы, что прямо коррелирует с содержанием гумуса почвы.

При сравнении фосфогидролазной активности орошаемой пашни сероземов и предгорных пастбищ темных сероземов можно констатировать минимальную фосфогидролазную активность почв орошаемой пашни сероземов. Это видно тем, что в темно-сероземных почвах содержится от 1,3 до 176,2 мг р-нитрофенол кг-1 почвы час-1 кислой фосфатазы, от 9,6 до 594,3мг р-нитрофенол кг-1 почвы час-1 щелочной фосфатазы, от 5,3 до 303,6мг р-нитрофенол кг-1 почвы час-1 фосфодиэстеразы.

Наблюдается повышенные содержания ферментов на верхних горизонтах темных сероземных почв. Это связано с высоким обилием почвенных микроорганизмов и органических веществ на поверхностных горизонтах темных сероземов [1, 5, 8]. Низкая активность фосфатазы на орошаемых пашнях сероземов может быть обусловлена как невысоким содержанием в почве фосфорорганических соединений, в т.ч. в составе перегноя, низким содержанием иммобилизаторов ферментов гумусовых веществ, слабой интенсивностью поступления ферментов с органикой и выделениями растений и микрофлоры.

Заключение

1. Проводимые исследования позволяют заключить, что орошаемые пашни типичных сероземов характеризуются низкой активностью ферментов фосфатазы. Это связано с низким содержанием органического вещества почвы - источника, субстрата и иммобилизатора почвенных ферментов.

2. Резкое снижение активности ферментов фосфатазы орошаемой пашни по сравнению с целинными темным сероземами показывает деградацию почвенного плодородия обрабатываемых почв. При существующем уровне агротехники возделывания сельскохозяйственных культур (игнорирование систем обработки, севооборотов, удобрений, орошения, защиты растений) это может привести к потере почвенного плодородия и усиленной деградации почв.

3. Тенденция уменьшения гумусового потенциала орошаемой пашни типичных сероземов усиливается при глобальном потеплении климата, когда повышенная температура, обеспеченная влажность (регулярный полив) и механическая обработка (пахота, культивация, боронования и т.д.) пашни, а также внесение удобрений под сельскохозяйственные культуры ускоряют процесса минерализации органического вещества и тем самым снижается содержание гумуса. Снижение содержания гумуса под антропогенным прессингом и глобальным изменением климата создают неблагоприятные условия почвенного питания растений, обеспечивает низкую устойчивость почв к негативным влиянием процесса потепления климата.

4. Первоочередная задача для преодоления вышеназванных негативных процессов заключается в повышении содержания органического вещества почвы и биологической активности пашни. Для этого можно порекомендовать внесение органических, бактериальных, зеленых удобрений, использование в севообороте сидеральных, промежуточных культур.

Рецензенты:

Содомбеков И.С., д.б.н., профессор, заведующий кафедрой лесоводства и плодоводства Кыргызского Национального университета им. К.И. Скрябина, г. Бишкек;

Ашимов К.С., д.б.н., профессор кафедры географии Жалал-Абадского государственного университета, г. Жалал-Абад.


Библиографическая ссылка

Сакбаева З.И. ВЛИЯНИЕ ФЕРМЕНТАТИВНОЙ АКТИВНОСТИ ФОСФАТАЗ НА ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ СЕРОЗЕМНЫХ ПОЧВ ПРЕДГОРИЙ ФЕРГАНЫ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 5.;
URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=15111 (дата обращения: 19.09.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252