Ферментативная диагностика для оценки влияния азотных удобрений на процессы минерализации и гумификации в дерново-подзолистых почвах

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.

1. Звягинцев, 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.

2. Микроорганизмы и охрана почв / С. В. Левин [и др.]; под ред. Д. Г. Звягинцева. − М.: Изд-во МГУ, 1989. – 206 с.

3. 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.

4. 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.

5. Туев, Н. А. Микробиологические процессы гумусообразования / Н. А. Туев. – М.: Агропромиздат, 1989. – 239 с.

6. Хазиев, Ф. Х. Системно-экологический анализ ферментативной активности почв / Ф. Х. Хазиев; отв. ред. Р. Г. Минибаев. − М.: Наука, 1982. – 202 с.

7. 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/10.1201/9780203739389

8. Ceccanti, 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.

9. 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)00056-2

10. Хазиев, Ф. Х. Некоторые свойства гумус-пероксидазного комплекса / Ф. Х. Хазиев, А. Е. Гулько // Почвоведение. – 1990. – № 2. – С. 30–36.

11. 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.

12. 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)00087-6

13. Хазиев, Ф. Х. Методы почвенной энзимологии / Ф. Х. Хазиев. – М.: Наука, 2005. – 252 с.

14. 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.c7

15. Caldwel, 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.2005.06.003

16. Звягинцев, Д. Г. Биологическая активность почв и шкалы для оценки некоторых ее показателей / Д. Г. Звягинцев // Почвоведение. – 1978. – № 6. – С. 48–54.

17. Кононова, М. М. Органическое вещество почвы. Его природа, свойства и методы изучения / М. М. Кононова. – М.: Изд-во Акад. наук СССР, 1963. – 314 с.

18. Александрова, Л. Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации / Л. Н. Александрова. – Л.: Наука, Ленингр. отд-ние, 1980. – 287 с.

19. 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)90003-1

20. Гулько, А. Е. Фенолоксидазы почв: продуцирование, иммобилизация, активность / А. Е. Гулько, Ф. Х. Хазиев // Почвоведение. – 1992. – № 11. – С. 55–67.

21. 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.

22. 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.