vestiagИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия аграрных наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Agrarian Series1817-72041817-7239The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1817-7204-2022-60-4-362-371vestiag-653Research ArticleЗЕМЛЯРОБСТВА І РАСЛІНАВОДСТВAAGRICULTURE AND PLANT CULTIVATIONФерментативная диагностика для оценки влияния азотных удобрений на процессы минерализации и гумификации в дерново-подзолистых почвахEnzyme diagnostics for evaluation of effect of nitrogen fertilizers on mineralization and humification processes in sod-podzolic soilsМихайловскаяН. А.MikhailouskayaN. A.

Михайловская Наталья Алексеевна – кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, заведующая лабораторией

ул. Казинца, 90, 220108, Минск

Natallia A. Mikhailouskaya – Ph. D. (Agricultural), Associate Professor, Head of the Laboratory

90, Kazintsa Str., 220108, Minsk

bionf1@yandex.ruКасьянчикС. А.KasyanchykS. A.

Касьянчик Светлана Ананьевна − кандидат сельскохозяйственных наук, заместитель академика-секретаря Отделения аграрных наук

пр-т Независимости, 66, 220072, Минск

Svetlana A. Kasyanchyk − Ph. D. (Agricultural), Deputy Academician-Secretary of the Department of Agrarian Sciences 

66, Nezavisimosti Ave., 220072, Minsk

agroprezidium@bas-net.byМезенцеваЕ. Г.MezentsevaA. G.

Мезенцева Елена Геннадьевна − кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, заведующая лабораторией

ул. Казинца, 62, 220108, Минск

Alena G. Mezentseva − Ph. D. (Agricultural), AssociateProfessor, Head of the Laboratory

62, Kazintsa Str., 220108, Minsk

e_mezentseva@list.ruПогирницкаяТ. В.PagirnitskayaT. V.

Погирницкая Татьяна Викторовна − младший научный сотрудник

ул. Казинца, 62, 220108, Минск

Tatsiana V. Pagirnitskaya – Junior Researcher, Institutefor Soil Science and Agrochemistry 

62, Kazintsa Str., 220108, Minsk

microlab.cx@gmail.comИнститут почвоведения и агрохимии НАН БеларусиInstitute for Soil Science and Agrochemistry of the National Academy of Sciences of BelarusНациональная академия наук БеларусиNational Academy of Sciences of Belarus202201112022604362371Copyright © Михайловская Н.А., Касьянчик С.А., Мезенцева Е.Г., Погирницкая Т.В., 20222022Михайловская Н.А., Касьянчик С.А., Мезенцева Е.Г., Погирницкая Т.В.Mikhailouskaya N.A., Kasyanchyk S.A., Mezentseva A.G., Pagirnitskaya T.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestiagr.belnauka.by/jour/article/view/653

Экологический менеджмент почвенных ресурсов – актуальная задача, предполагающая периодическую оценку влияния удобрений и других антропогенных факторов на скорость и направленность трансформации органического вещества. Минерализация и гумификация органических остатков – важнейшие функции почвы, определяющие ее плодородие и тесно связанные с биохимической деятельностью микробных сообществ. В условиях применения интенсивных аграрных технологий необходимо своевременно выявлять потенциальные риски снижения плодородия почв. Учитывая биохимическую природу процессов минерализации и гумификации органических веществ, для этой цели целесообразно использовать показатели ферментативной активности. Ферменты – важнейшие метаболиты микроорганизмов. При выборе ферментативных показателей для надежной оценки влияния естественных и антропогенных факторов на активность минерализации и гумификации принимали во внимание масштабные и универсальные процессы в циклах основных биогенных элементов – углерода и азота. Показаны возможности ферментативной диагностики для оценки влияния азотных удобрений на активность и соотношение процессов минерализации и гумификации в дерново-подзолистых почвах. Определены наиболее информативные ферментативные тесты для оценки влияния естественных и антропогенных факторов на активность минерализации и гумификации в циклах углерода и азота почвы. Для интерпретации данных ферментативной диагностики предложен результирующий оценочный показатель – биохимический коэффициент, позволяющий сравнивать скорости гумификации и минерализации, выявлять их дисбаланс и нормировать антропогенную нагрузку. Представлены экспериментальные данные по влиянию азотных удобрений на активность и соотношение гумификации и минерализации, полученные в длительных полевых экспериментах на дерново-подзолистых почвах разного гранулометрического состава и уровня окультуренности.

Ecological management of soil resources is an urgent task involving periodic assessment of effect of fertilizers and other anthropogenic factors on the rate and direction of organic matter transformation. Mineralization and humification of organic residues are the most important functions of the soil, which determine its fertility and are closely related to the biochemical activity of microbial communities. When using intensive agricultural technologies, it is required to timely identify potential risks of reducing soil fertility. Taking into account the biochemical nature of the processes of mineralization and humification of organic substances, it is advisable to use indicators of enzymatic activity for this purpose. Enzymes are the most important metabolites of microorganisms. When choosing enzymatic indicators for a reliable assessment of influence of natural and anthropogenic factors on the activity of mineralization and humification, we took into account large-scale and universal processes in the cycles of the main biogenic elements – carbon and nitrogen. Soil enzyme diagnostics was shown to be likely useful instrument for evaluation of natural and anthropogenic factors effect on mineralization and humification processes in sod-podzolic soils. The most informative enzymatic tests for characterization of soil biochemical status in C and N cycles were determined. Biochemical coefficient was proposed as a resulting criteria for interpretation of enzymes activity data, allowing to compare humification and mineralization activities, reveal their disbalance and control of anthropogenic impact on soils. Experimental data on the effect of nitrogen fertilizers on the activity and ratio of humification and mineralization, obtained in long-term field experiments on soddy-podzolic soils of different granulometric composition and level of fertility are presented.

дерново-подзолистые почвыазотные удобренияферментативная активностьминерализациягумификациябиохимический коэффициентsod-podzolic soilsnitrogen fertilizationenzyme activitymineralizationhumificationbiochemical coefficientReferencesЗвягинцев, Д. Г. Биология почв: учеб. для студентов вузов / Д. Г. Звягинцев, И. П. Бабьева, Г. М. Зенова. – 3-е изд., испр. и доп. – М.: Изд-во МГУ, 2005. – 445 с.Zvyagintsev D. G., Bab’eva I. P., Zenova G. M. Soil biology. 3rd ed. Moscow, Publishing House of Moscow State University, 2005. 445 p. (in Russian).Микроорганизмы и охрана почв / С. В. Левин [и др.]; под ред. Д. Г. Звягинцева. − М.: Изд-во МГУ, 1989. – 206 с.Zvyagintsev D. G. (ed.). Microorganisms and soil protection. Mosow, Publishing House of Moscow State University, 1989. 206 p. (in Russian).Щербакова, Т. А. Ферментативная активность почв и трансформация органического вещества: в естественных и искусственных фитоценозах / Т. А. Щербакова. – Минск: Наука и техника, 1983. – 221 с.Shcherbakova T. A. Soil enzymatic activity and organic matter transformation: in natural and artificial phytocenoses. Minsk, Nauka i tekhnika Publ., 1983. 221 p. (in Russian).Tabatabai, M. A. Soil enzymes / M. A. Tabatabai // Methods of soil analysis. Pt. 2. Microbiological and biochemical properties / Soil Science Soc. of America; ed.: R. W. Weaver [et al.]. – Madison, 1994. – P. 775–833.Tabatabai M. A. Soil enzymes. Methods of soil analysis. Pt. 2. Microbiological and biochemical properties. Madison, 1994, pp. 775–833.Туев, Н. А. Микробиологические процессы гумусообразования / Н. А. Туев. – М.: Агропромиздат, 1989. – 239 с.Tuev N. A. Microbiological processes of humus formation. Moscow, Agropromizdat Publ., 1989. 239 p. (in Russian).Хазиев, Ф. Х. Системно-экологический анализ ферментативной активности почв / Ф. Х. Хазиев; отв. ред. Р. Г. Минибаев. − М.: Наука, 1982. – 202 с.Khaziev F. Kh. System-ecological analysis of the enzymatic activity of soils. Moscow, Nauka Publ., 1982. 202 p. (in Russian).Boyd, S. A. Enzyme interactions with clays and clay-organic matter complexes / S. A. Boyd, M. M. Mortland // Soil biochemistry / ed.: J.-M. Bollag, G. Stotzky. – New York; Basel, 1990. – Vol. 6. – P. 1–28. https://doi.org/10.1201/9780203739389Boyd S. A., Mortland M. M. Enzyme interactions with clays and clay-organic matter complexes. Soil biochemistry. Vol. 6. New York, Basel, 1990, pp. 1–28. https://doi.org/10.1201/9780203739389Ceccanti, B. Biomonitoring the environment and its functionality / B. Ceccanti, G. Masciandaro, C. Garcia // Environmental biochemistry in practice / Ist. per la Chimica del Terreno, Consiglio Naz. delle Ricerche; ed.: B. Ceccanti, C. Garcia. − Pisa, 1994. – Vol. 1: Wastes and soil management. – P. 1–24.Ceccanti B., Masciandaro G., Garcia C. Biomonitoring the environment and its functionality. Environmental biochemistry in practice. Vol. 1. Wastes and soil management. Pisa, 1994, pp. 1–24.Masciandaro, G. Assessing soil quality in different agroecosystems through biochemical and chemico-structural properties of humic substances / G. Masciandaro, B. Ceccanti // Soil & Tillage Research. – 1999. – Vоl. 51, № 1–2. – P. 129–137. https://doi.org/10.1016/S0167-1987(99)00056-2Masciandaro G., Ceccanti B. Assessing soil quality in different agroecosystems through biochemical and chemicostructural properties of humic substances. Soil & Tillage Research, 1999, vоl. 51, no. 1–2, pp. 129–137. https://doi.org/10.1016/ S0167-1987(99)00056-2Хазиев, Ф. Х. Некоторые свойства гумус-пероксидазного комплекса / Ф. Х. Хазиев, А. Е. Гулько // Почвоведение. – 1990. – № 2. – С. 30–36.Khaziyev F. Kh., Gul’ko A. Ye. Some properties of humus-peroxydase complex. Pochvovedenie, 1990, no. 2, pp. 30–36 (in Russian).Биохимические и микробиологические критерии оценки плодородия почв и нормирования антропогенной нагрузки: метод. рекомендации / В. В. Лапа [и др.]; Ин-т почвоведения и агрохимии. – Минск: [б. и.], 2015. – 40 с.Lapa V. V., Mikhailovskaya N. A., Chernysh A. F., Kas’yanchik S. A., Ivakhnenko N. N., Barashenko T. B., Pogirnitskaya T. V., Dyusova S. V. Biochemical and microbiological criteria for assessing soil fertility and anthropogenic load rationing. Minsk, 2015. 40 p. (in Russian).Application of soil enzyme activity test kit in a field experiment / M. Vepsäläinen [et al.] // Soil Biology & Biochemistry. – 2001. – Vol. 33, № 12–13. – P. 1665–1672. https://doi.org/10.1016/S0038-0717(01)00087-6Vepsäläinen M., Kukkonen S., Vestberg M., Sirviöе H., Niemi R. M. Application of soil enzyme activity test kit in a field experiment. Soil Biology & Biochemistry, 2001, vol. 33, no. 12–13, pp. 1665–1672. https://doi.org/10.1016/S0038- 0717(01)00087-6Хазиев, Ф. Х. Методы почвенной энзимологии / Ф. Х. Хазиев. – М.: Наука, 2005. – 252 с.Khaziev F. Kh. Methods of soil enzymology. Moscow, Nauka Publ., 2005. 252 p. (in Russian).Dick, R. P. Soil enzyme activities as indicators of soil quality / R. P. Dick // Defining soil quality for a sustainable environment: proc. of a symp., Minneapolis, 1992 / Soil Science Soc. of America; ed.: J. W. Doran [et al.]. – Madison, 1994. – P. 107–124. https://doi.org/10.2136/sssaspecpub35.c7Dick R. P. Soil enzyme activities as indicators of soil quality. Defining soil quality for a sustainable environment: proceedings of a symposium, Minneapolis, 1992. Madison, 1994, pp. 107–124. https://doi.org/10.2136/sssaspecpub35.c7Caldwel, B. A. Enzyme activities as a component of soil biodiversity: a review / B. A. Caldwel // Pedobiologia. – 2005. – Vol. 49, № 6. – P. 637–644. https://doi.org/10.1016/j.pedobi.2005.06.003Caldwel B. A. Enzyme activities as a component of soil biodiversity: a review. Pedobiologia, 2005, vol. 49, no. 6, pp. 637–644. https://doi.org/10.1016/j.pedobi.2005.06.003Звягинцев, Д. Г. Биологическая активность почв и шкалы для оценки некоторых ее показателей / Д. Г. Звягинцев // Почвоведение. – 1978. – № 6. – С. 48–54.Zvyagintsev D. G. Biological activity of soils and some scales for its evaluation. Pochvovedenie, 1978, no. 6, pp. 48–54 (in Russian).Кононова, М. М. Органическое вещество почвы. Его природа, свойства и методы изучения / М. М. Кононова. – М.: Изд-во Акад. наук СССР, 1963. – 314 с.Kononova M. M. Soil organic matter. Its nature, properties and methods of study. Moscow, Publishing House of the Academy of Sciences of the USSR, 1963. 314 p. (in Russian).Александрова, Л. Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации / Л. Н. Александрова. – Л.: Наука, Ленингр. отд-ние, 1980. – 287 с.Aleksandrova L. N. Soil organic matter and its transformation processes. Leningrad, Nauka Publ., 1980. 287 p. (in Russian).Flaig, W. Effects of micro-organisms in the transformation of lignin to humic substances / W. Flaig // Geochimica et Cosmochimica Acta. – 1964. – Vol. 28, № 10–11. – P. 1523–1535. https://doi.org/10.1016/0016-7037(64)90003-1Flaig W. Effects of micro-organisms in the transformation of lignin to humic substances. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1964, vol. 28, no. 10–11, pp. 1523–1535. https://doi.org/10.1016/0016-7037(64)90003-1Гулько, А. Е. Фенолоксидазы почв: продуцирование, иммобилизация, активность / А. Е. Гулько, Ф. Х. Хазиев // Почвоведение. – 1992. – № 11. – С. 55–67.Gul’ko A. E., Khaziyev F. Kh. Soil phenoloxidase: provenance, immobilization, activity. Pochvovedenie, 1992, no. 11, pp. 55–67 (in Russian).Ацци, Дж. Сельскохозяйственная экология / Дж. Ацци; пер. с англ. Н. А. Емельяновой [и др.]; под ред. и с предисл. В. Е. Писарева. – М.: Изд-во иностр. лит., 1959. – 479 с.Azzi G. Agricultural ecology. Constable, London, 1956. 424 p.Иванов, А. И. Почвенно-агрохимическое обоснование системы удобрения на хорошо окультуренных дерново-подзолистых почвах Северо-Запада России: автореф. дис. … д-ра с.-х. наук: 06.01.04 / А. И. Иванов; С.-Петерб. гос. аграр. ун-т. – СПб.; Пушкин, 2000. – 40 с.Ivanov A. I. Soil-agrochemical substantiation of the fertilizer system on well-cultivated soddy-podzolic soils of the North-West of Russia. St. Petersburg, Pushkin, 2000. 40 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.