3 Сравнительный анализ биологической активности луговой черноземовидной почвы при выращивании сои и кукурузы

При изучении природных и антропогенно нарушенных экосистем особое значение придается оценке параметров биологической активности почв. Для этой цели предложены интегральные показатели, позволяющие на основе комплекса биотических и физико-химических параметров адекватно оценивать экологическое состояние почв как компонентов экосистем. Из параметров биологической активности почв наиболее широко используются биохимические показатели, в первую очередь показатели ферментативной активности, поскольку почвы являются «каталитической матрицей биосферы». Наиболее информативны показатели активности ферментов, относящихся к классу оксидоредуктаз (каталаза, дегидрогеназа, пероксидаза, полифенолоксидаза) и классу гидролаз (инвертаза, уреаза, фосфатаза, протеаза), уровень которых четко отражает степень воздействия антропогенеза, в частности лесозаготовительной деятельности.

Анализ оценки применимости показателей ферментативной активности в биодиагностике и мониторинге почв свидетельствует о высокой чувствительности метода определения каталазной активности почв, его хорошей воспроизводимости, стабильности получаемых результатов и простоте выполнения.

Каталаза – фермент, относящийся к классу оксидоредуктаз, широко распространен в природе, встречается почти во всех живых клетках, присутствует в почве. Наиболее ярко каталазную активность проявляют органогенные горизонты почв, а в лесных сообществах – горизонты лесной подстилки, где активно протекают процессы трансформации органического вещества и гумусобразования. Биосферная значимость каталазы, простота и воспроизводимость методов ее определения обусловили широкое применение показателя каталазной активности почв в фундаментальных и прикладных исследованиях [16].

Каталазная активность почвы – потенциальная способность почвы разлагать перекись водорода. Обусловлена активностью ферментов-каталаз, относящихся к группе дыхательных ферментов, и наличием в почве неорганических катализаторов этого процесса [1].

Из таблицы 3 видно, что каталазная активность почвы в посевах сои составила 606 условных единиц каталазы (Е), а в посевах кукурузы — 1051 Е. Оба образца классифицируются как очень бедные по степени обогащённости почв каталазой. Однако каталазная активность почвы в посевах кукурузы на 73.6% выше, чем в посевах сои, что может указывать на более высокую активность процессов, связанных с дыхательными ферментами, в почве под кукурузой. Это может быть связано с различиями в составе органических остатков и микробной активности, обусловленных типом культуры.

Таблица 3 – Степень обогащённости почв каталазой

Исследуемый образец почвы (поле)	Каталаза, условные единицы каталазы (Е)	Степень обогащённости почв
Соя	6,06	Очень бедная
Кукуруза	10,51	Очень бедная

Дыхание почвы представляет собой сложное, многофункциональное природное явление, проявляющееся в процессах газообмена между основными компонентами биогеосферы, почвообразования, трансформации геологических пород, диссипации энергии, накопленной в почвенном органическом веществе и биомассе почвообитающих организмов [14].

Согласно данным таблицы 4, интенсивность дыхания почвы с соевого поля составляет 30.6 г/сутки, а с кукурузного поля – 28.4 г/сутки. Таким образом, интенсивность дыхания почвы с соевого поля на 7.8% выше по сравнению с кукурузным полем. Несмотря на то, что оба значения указывают на очень слабую активность дыхания, разница может отражать небольшое преимущество соевых посевов в способности поддерживать микробную активность и газообменные процессы в почве.

Таблица 4 – Интенсивности дыхания исследуемой почвы по методу Бойсена-Иенсена

Исследуемый образец почвы (поле)	Количество щавелевой кислоты, потраченной на титрование			ИД, 10 г/сутки	Оценка ИД
	до опыта	после опыта	разница до и после опыта
Соя	15	8,03	6,97	3,06	Очень слабая
Кукуруза	15	8,53	6,47	2,84	Очень слабая

Одним из показателей биологической активности почвы является ее целлюлозолитическая активность (ЦА), которая зависит от численности разрушающих целлюлозу микроорганизмов [3].

В таблице 5 представлены результаты исследования целлюлозоразрушающей активности почвы на соевом и кукурузном полях. Разложение льняного полотна за месяц составило 28% для соевого поля и 21% для кукурузного поля. Эти данные указывают на более высокую активность целлюлозоразлагающих микроорганизмов в почве под соей по сравнению с кукурузой. Разница в процентном разложении полотна между двумя типами посевов составляет 7%, что свидетельствует о более интенсивных процессах разложения органического вещества в почве под соей.

Рисунок 3 демонстрирует визуальные результаты целлюлозоразрушающей активности исследуемой почвы, подтверждая выводы, сделанные на основе данных таблицы 5. На фотографии видно, что льняное полотно, заложенное в почву под соей, подверглось более значительному разложению, чем полотно на кукурузном поле. Это визуальное подтверждение количественных данных, полученных в результате эксперимента.

Таблица 5 – Целлюлозоразрушающая активность исследуемой почвы

Исследуемый образец почвы (поле)	Масса полота до опыта, г	Масса полотна после опыта, г	% разложения полотна	Оценка биологической активности почв по интенсивности разрушения клетчатки
Соя	0,0723	0,0519	28	Слабая
Кукуруза	0,0756	0,0596	21	Слабая

Рисунок 3 – Результаты целлюлозоразрушающей активности исследуемой почвы (фото автора)

Азотобактер (Azotobacter), род аэробных грамотрицательных органотрофных бактерий. Способны к фиксации молекулярного азота (N₂) атмосферы. Клетки овальные (размер 2×5 мкм), при неблагоприятных условиях образуют цисты. При росте связывают до 20 мг N₂ на 1 г усвояемого углерода. Азотобактер выделяют во внешнюю среду пигменты (жёлтый, зелёный, фиолетовый, коричневый и бурый). Наиболее распространены Azotobacter chroococcum и Azotobacter vinelandii. Обитают в воде, почвах всех типов (особенно в хорошо окультуренных). Вырабатывают ряд витаминов, антибиотики, ростовые вещества типа ауксинов, чем (наряду с азотофиксацией) объясняется их благотворное влияние на растения, в т. ч. на сельскохозяйственные культуры [19].

Бактерии рода азотобактер приспособились жить в разных природных условиях: в нейтральных и в щелочных почвах, в арктическом и в антарктическом регионах, в пресноводных водоёмах и в солоновато-водных болотах, но более распространенно они образуют симбиотическую связь с растениями и живут в ризосфере, так как там находится самое больше количество питательных веществ [18].

Кислород для азотобактера опасен и ядовит, но в процессе эволюции они выработали особый белок, который защищает важную нитрогеназу от воздействия кислорода, и способность удалять из себя излишки кислорода – активное дыхание. В данном процессе накапливающийся у них кислород просто сжигает часть топлива вместо того, чтобы отравлять их организм.

В результате исследования почвы кукурузного и соевого поля в соответствии с рисунком 4 на наличие бактерий рода Azotobacter, были найдены крупные, неспорообразующие палочковидные бактерии, окруженные капсулой. На микропрепаратах могут располагаться одиночно, парами, неправильными скоплениями или, изредка, цепочками различной длины.

Соевое поле	Кукурузное поле

Рисунок 4 – Azotobacter chroococcum, тушь, фуксин, ОИх100 (фото автора)

Анализ таблиц 3, 4 и 5, а также рассмотрение рисунка 3 позволяют сделать заключение о том, что биологическая активность луговой черноземовидной почвы варьируется в зависимости от типа культивируемой культуры. Почва в посевах сои демонстрирует более высокие показатели каталазной и целлюлозоразрушающей активности по сравнению с почвой кукурузных посевов. Это может свидетельствовать о более высокой степени разложения органического вещества и, как следствие, о лучшем плодородии почвы под соей.