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

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ГЛЮКОЗИДАЗ ДЛЯ ПЛОДОРОДИЯ ГОРНО-ЛЕСНЫХ ЧЕРНО-КОРИЧНЕВЫХ ПОЧВ БАССЕЙНА РЕКИ КОК-АРТ ЮЖНОГО КЫРГЫЗСТАНА

Сакбаева З.И. 1
1 Жалал-Абадский государственный университет
В статье рассматривается экологическая роль глюкозидаз для плодородия горно-лесных черно-коричневых почв бассейна реки Кок-Арт. Изложены результаты взаимосвязи ферментов глюкозидаз с органическим веществом горно-лесных черно-коричневых почв. Изучение фермента глюкозидазы позволяет прогнозировать микробиологической активности изучаемых почв. β-глюкозидаза является доминирующим ферментом в почве. Этот фермент играет важную роль в горно-лесных черно-коричневых почвах, потому что они участвуют в качестве катализатора для гидролизов и биодеградации различных β-глюкозидов, присутствующих в разложении растительных остатков в экосистеме. Это важно при снабжении легкоусвояемыми формами питательных элементов вегетирующих растений и дополнении запаса гумуса новыми субстратами органических веществ. Высокая ферментативная активность почвы отмечается по β-глюкозидаза и колеблется от 19,3 до 1137, 5 мг р-нитрофенол кг-1 почвы час-1в коричневой почве, от 11,1 до 1235,9 мг р-нитрофенол кг-1 почвы час-1в темно-коричневой почве. Из глюкозидазных ферментов, β-глюкозидаза доминирует над β-глюкозаминидазой. Ферменты β-глюкозидаза играет важную роль в круговороте углерода (C), участвующих в (деградации) расщеплении целлюлозы, что важно при расщеплении лесорастительных остатков. Глюкозидазная активность коричневых почв зависит от содержания гумуса, ежегодного лесорастительного опада и органического азота, которые являются исходным субстратом для фермента.
глюкозидаза
горно-лесные черно-коричневые почвы
ферментативная активность
гумус
плодородие
1. Звягинцев Д.Г. Иммоблизованные ферменты в почвах. – М.: Изд-во МГУ, 1979. – С.31-46.
2. Козлов К. А. Биологическая активность почвы // Известия АН СССР. Сер. биол. наук. – 1966. – № 5. – С.719-733.
3. Кононова М. М. Органическое вещество почвы. – М.: Изд-во АН СССР, 1963. – 314с.
4. Ройченко Г.И. Земельные ресурсы Южной Киргизии и их использование. – Фрунзе: Илим, 1970. – 78 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. Kizilkaya, R. Variation of land use and land cover effects on some soil physic-chemical characteristics and soil enzyme activity / R. Kizilkaya, O. Dengiz // Zemdirbyste-Agriculture. – 2010. – Vol. 97. – P. 15-24.
7. Sakbaeva, Z. I. Interactions of Soil Order and Land Use Management on Soil Properties in the Kukart Watershed, Kyrgyzstan / Z. I. Sakbaeva, V. Acosta-Martines, J. Moore-Kucera, W. Hudnall, N. Karabaev // Applied and Environmental Soil Science. – 2012. – Vol. 2012. – 11 p.
8. Tabatabai, M.A. “Soil enzymes”,In: Weaver, R.W., Angle, J.S., Bottomley, P.S. (Eds.), Methods of Soil Analysis: Microbiological and Biochemical Properties. – Part 2. SSSA Book Ser. 5. SSSA, Madison, WI. – 1994, pp. 775–833.
Для микробиологической активности большую роль играет водно-тепловой режим почвы. В период увлажнения почвы, когда идет активизация микробиологических процессов, по мнению М.М. Кононовой [3], происходит новообразование гумусовых веществ, а периоды последующего усыхания почвы, вызывающие депрессию деятельности микроорганизмов, предохраняют гумусовые вещества от быстрого вовлечения в новые биохимические процессы. Вступая во взаимодействие с минеральной частью почвы, гумусовые вещества закрепляются в виде органоминеральных соединений. Характер преобладающей группы почвенных микроорганизмов в основном зависит от типа растительности, покрывающей данную почву, и экологических условий. Накопленные в почве ферменты становятся стабильными катализаторами протекающих в ней биохимических процессов и приобретают большую устойчивость при неблагоприятных условиях [1, 2].

Разные типы почв вертикальной поясности бассейна реки Кок-Арт существенно отличаются по характеру растительности, которая обогащает почву отмирающими корневыми остатками, различающимися по химическому составу.

При сравнении почв бассейна реки Кок-Арт между собой можно видеть ясные различия по количественному и видовому составу микроорганизмов. В почвах Ферганской долины и урочище Кок-Арт микробиологические изменения сильно влияют на состав витаминов, ферментов, дыхание почвы и состав фосфора.

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 ферментов глюкозидаз определялась по методике Табатабай М.А.[8].

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 глюкозидаз горно-лесных черно-коричневых почв. Высотные пределы точек отбора проб 1580-1801 м над ур. м., координаты N 41º12'30.49'' - 41º12' 54.66'', E 73º20'57.12'' - 73º23'00.05''.

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). Условия намного холоднее на больших высотах, где в июле среднесуточная температура 5 °С и в январе -28 °C (Жергетальская метеорологическая станция). Большая часть осадков выпадает зимой и весной. Среднегодовое количество осадков составляет от 100 до 500 мм в предгорьях и от 500 до 1000 мм в горах (выше 1000 м).

Результаты исследования

Горно-лесные черно-коричневые почвы развиваются под пологом орехово-плодовых лесов на юго-западных склонах Ферганского хребта в пределах 1400-2100 м над уровнем моря. Грецкий орех (Juglans regia), наряду с яблоней (Malus kirghisorum Theodet.Fed), (Malus niedzwetzkyana Dick) и кленом (Acer turkestanica) является ценообразователем. Кустарниковый ярус составляет жимолость, алыча, экзохорда, абелия, миндаль и др. Этим лесам присущ довольно густой и мощный травостой.

Вышеназванные почвы под орехово-плодовыми лесами характеризуются высоким плодородием и отличаются большим содержанием гумуса, питательных веществ и емкостью поглощения [4]. Это доказывает биологическая активность и особенно ферментативная активность этих почв.

Продуктивность лесорастительной биоты определяется как географическими факторами, так и биологическими особенностями отдельных видов. Общая закономерность состоит в том, что у аналогичных жизненных форм (древесных, травянистых) запасы фитомассы тем больше, чем выше теплообеспеченность и чем ближе к оптимуму соотношение тепла и влаги, и оно в горно-лесных черно-коричневых почвах приближается к оптимуму. В этих условиях часть органических остатков при разложении переходит в почвенный гумус, где велика его доля в условиях достатка тепла и небольшого дефицита влаги, что присутствует в конце летних месяцах в регионе наших исследований.

Изучение продукта целлюлозолитической почвенной микрофлоры - фермента глюкозидазы - позволяет прогнозировать микробиологической активности изучаемых почв.

β-глюкозидаза является доминирующим ферментом в почве. Этот фермент играет важную роль в горно-лесных черно-коричневых почвах, потому что они участвуют в качестве катализатора для гидролизов и биодеградации различных β-глюкозидов, присутствующих в разложении растительных остатков в экосистеме. Это важно при снабжении легкоусвояемыми формами питательных элементов вегетирующих растений и дополнении запаса гумуса новыми субстратами органических веществ.

Как видно из рисунков 1, 2, высокая ферментативная активность почвы отмечается по β-глюкозидаза и колеблется от 19,3 до 1137, 5 мг р-нитрофенол кг-1 почвы час-1в коричневой почве, от 11,1 до 1235,9 мг р-нитрофенол кг-1 почвы час-1в горно-лесной черно-коричневой почве. Из глюкозидазных ферментов β-глюкозидаза доминирует над β-глюкозаминидазой. Ферменты β-глюкозидаза играет важный роль в круговороте углерода (C), участвующих в (деградации) расщеплении целлюлозы, что важно при расщеплении лесорастительных остатков.

Как известно, деградация целлюлозы в природе обычно осуществляется ассоциацией микроорганизмов. Если рассмотреть основные процессы разложения органического вещества, которые связаны с преобразованием отмерших растительных и животных остатков, и в их разложении принимают участие специфическая группа организмов - редуценты - грибы, актиномицеты, бактерии. На последнем этапе мертвые органические остатки разлагаются микроорганизмами (в меньшей степени это происходит путем абиотического окисления). Используя химическую энергию, заключенную в органических соединениях, микроорганизмы превращают белки, жиры и углеводы в простые минеральные соединения, которые возвращаются в атмосферу (углекислый газ, вода и аммиак) и в почву (зольные элементы). Хотя при этом разложении происходит образование новых форм живого вещества в виде тел микроорганизмов, общее количество органического вещества уменьшается, так как основная часть его минерализуется. Процесс минерализации органических безазотистых соединений, в частности клетчатки, в горно-лесных черно-коричневых почвах происходит преимущественно в аэробных, а иногда и в анаэробных условиях.

Таким образом, β-глюкозаминидазы активно участвуют в круговороте углерода и азота в горно-лесных черно-коричневых почвах. При таком раскладе можно ожидать пополнения запасов гумуса почв продуктами разложения целлюлозы, где в процессе минерализации происходит синтез специфических органических соединений - гумуса, специфических минеральных соединений - глинистых минералов, а также выделение простейших неорганических соединений. Ведь основная часть лесорастительной фитомассы после отмирания минерализуется микроорганизмами (и конечные продукты минерализации) и возвращается в атмосферу (СО2 и другие летучие соединения) и в почву (зольные элементы и азот). Эти процессы приводят к перераспределению химических элементов в литогенной основе изучаемого нами ландшафта.

Следует отметить, что поглощение химических элементов из горно-лесных черно-коричневых почв происходит из всего почвенного профиля, а разложение же органических соединений происходит в основном в верхнем горизонте почвенного профиля. Здесь же после минерализации аккумулируются те химические элементы и органические вещества почвы. В целом ферментативная активность почвы уменьшается с увеличением глубины (рис.1-2).

Снижение активности ферментов с глубиной можно объяснить с уменьшением биологической активности почв вниз по профилю. Снижение активности ферментов и микробной биомассы с глубиной почвы была отмечена в исследованиях Acosta-Martinez и др. [5], Kizilkaya и др.[6].

Здесь для сравнения можно привести содержание показателей пахотного горизонта орошаемого типичного серозема, который содержит 79,7 мг р-нитрофенол кг-1 почвы час-1 β-глюкозидазы, 9,8 мг нитрофенол кг-1 почвы час-1 β-глюкозаминидазы [7]. Как видно, изучаемые горно-лесные черно-коричневые почвы отличаются повышенной биологической активностью.

В целом активность ферментов находится в тесной связи с содержанием органических веществ почвы, потому что ежегодный лесорастительный опад и органическое вещество почвы играют ключевую роль в качестве предшественника для синтеза и стабилизации ферментов (таблица 1).

Таблица 1 Гумусовое состояние и количество азота изучаемых почв

Местность и почва

Глубина, см

Гумус, %

Углерод, %

Азот общий, %

C:N

Кара-Алма, орехо-плодовый лес (коричневая)

0-2

11,33

6,58

0,95

6,9

2-14

8,30

4,82

0,55

8,76

14-52

2,70

1,56

0,20

7,84

52-105

0,88

0,51

0,09

5,68

105-165

0,68

0,39

0,05

7,9

Кара-Алма, орехо-плодовый лес (горно-лесная черно-коричневая)

 

0-4

12,0

6,9

0,98

7,04

4-18

9,30

5,4

0,64

8,43

18-57

3,80

2,20

0,30

7,30

57-91

2,65

1,54

0,14

11,0

91-130

1,09

0,63

0,10

6,3

130-185

0,88

0,51

0,06

8,5

Как видно из таблицы 1, в горно-лесных черно-коричневых почвах бассейна реки Кок-Арт содержится 11,3-12,0 % гумуса в верхнем горизонте, и 8,3-9,3 % гумуса в гумусово-аккумулятивном горизонте, который коррелируется содержанием вышеназванного фермента изучаемого объекта.

Заключение

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что содержание β-глюкозидаза колеблется от 19,3 до 1137, 5 мг р-нитрофенол кг-1 почвы час-1 и от 11,1 до 1235,9 мг р-нитрофенол кг-1 почвы час-1в горно-лесных черно-коричневых почвах, что являются высокими показателями среди почв вертикальной поясности почв бассейна реки Кок-Арт. Из глюкозидазных ферментов, β-глюкозидаза доминирует над β-глюкозаминидазой.

Глюкозидазная активность коричневых почв зависит от содержания гумуса, ежегодного лесорастительного опада и органического азота, которые являются исходным субстратом для фермента. Лесные участки, как правило, содержат более высокую микробную биомассу по сравнению с пастбищами и пахотными землями, что в частности можно объяснить более высоким уровнем ферментов глюкозидаз.

Рецензенты:

Шамшиев Б.Н., д.с-х.н., доцент, проректор по науке и внешним связам Ошского технологического университета им. Академика М. Адышева, Министерства образования и науки Кыргызской Республики, г. Ош;

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


Библиографическая ссылка

Сакбаева З.И. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ГЛЮКОЗИДАЗ ДЛЯ ПЛОДОРОДИЯ ГОРНО-ЛЕСНЫХ ЧЕРНО-КОРИЧНЕВЫХ ПОЧВ БАССЕЙНА РЕКИ КОК-АРТ ЮЖНОГО КЫРГЫЗСТАНА // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 5.;
URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=15238 (дата обращения: 15.09.2019).

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