science-review.ru
На сегодняшний день в мире засоленные почвы занимают огромные площади – около 25 % всей поверхности суши. Значительные массивы засоленных почв находятся в Средней Азии, на западе США, в особо засушливых районах Южной Америки и Австралии, в Северной Африке. При этом особенно высокой степенью засоленности отличаются почвы пустынных и полупустынных зон, в условиях засушливого и аридного климата. Поэтому определение факторов, вызывающих засоление, его предотвращение, а также сохранение, воспроизводство плодородия и рациональное использование в сельском хозяйстве засоленных почв, в условиях постоянного увеличения площади засоленных почв в результате естественных процессов и антропогенного влияния, являются приоритетными задачами.
Микроорганизмы производят огромную работу в почве по разложению растительных и животных остатков и образованию гумуса [1, 2]. Плодородие почвы напрямую зависит от ее физико-химических свойств, гумусового слоя, содержащихся в ней органических и минеральных веществ и в особенности от набора, количества и биологической активности в ней различных полезных микроорганизмов. Известно, что в обеспечении высокого плодородия орошаемых земель прежде всего участвуют гумусовые вещества, микроорганизмы, принадлежащие к различным таксономическим группам, содержащиеся в них, и широко распространенные одноклеточные простейшие животные, водоросли, азот, фосфор, калий, кальций, медь и подобные элементы. Конечно, большое значение имеют также физико-химическая структура почвы, ее расположение в различных географических широтах, степень освоенности, метеорологические условия, сезоны года и другие свойства. Полнота выполнения всех указанных условий влияет не только на эффективность выращивания, но и на количество и качество получаемого урожая, на скороспелость, на профилактику пораженности растений болезнями [3, 4].
Кроме того, объем потребляемой воды на каждом гектаре земли увеличивается из-за конденсации орошаемых луговых почв, недостатка органических веществ. Если потребность в воде почв с достаточным количеством органического вещества требовала 900–1100 м3/га воды для орошения в один раз, то в современных условиях требуется вода до 1400–1600 м3/га. Такая потребность в оросительной воде в условиях дефицита воды принесет большой вред эффективности и аграрной экономике самозанятости хлопчатника [5, 6]. В этих случаях необходимо немедленно найти научно-практическое решение, дать биологически активные и неповрежденные природные вещества семенам, предназначенным для орошаемых земель, и провести их обработку новым способом, снизить количество минеральных удобрений, создать и внедрить эффективные технологии, повышающие биологическую активность почв. [7]. В Бухарской области посевные площади ежегодно моют 1–2 марта. В результате из пласта плодородной почвы вымываются водорастворимые необходимые питательные вещества, или грунтовые воды используются для ее перемещения в пасту земли [8]. Исходя из вышеизложенного, изучение влияния засоления на микробиологическую и ферментативную активность умеренно орошаемых луговых почв, а также на урожайность хлопчатника является актуальной проблемой.
Целью исследования является изучение биологической активности и гумусного состояния староорошаемых и новоорошаемых лугово-аллювиальных почв Бухарского оазиса, в различной степени засоленных. Нами изучена ферментативная активность засоленных лугово-аллювиальных почв в сезонной динамике.
Материалы и методы исследования
В экспериментах использовались профильно-генетические, сравнительно-географические и химико-аналитические методы. Анализы выполнялись по методическим указаниям «Методы почвенной микробиологии и биохимии», «Методы почвенной энзимологии», «Биологическая диагностика и индикация почв: методика и методы исследования», «Методические указания по химическому анализу почв». Математико-статистический анализ (Б.А. Доспехов). Полученных данных методом дисперсии с помощью программы Microsoft Excel.
Результаты исследования и их обсуждение
Как показывают результаты исследований, микробиологические свойства почв изменяются под влиянием засоления. Вместе с этим наблюдается изменение количества микроорганизмов в зависимости от сезона. Разнообразие физических и химических свойств исследуемых почв отражается и в распространении почвенных микроорганизмов. Согласно результатам исследований, наблюдалось значительное изменение количества изученных микроорганизмов в зависимости от степени засоления.
В средне засолённой лугово-аллювиальной почве актиномицеты, от весны до осени в 0–30 см слое составляют 3,0х105 – 5,3 ± 0,12,2х105 5,2 ± 0,2 КОЕ/г, в 30–60 см слое они выявлены только осенью, 2,2х1034,2 ± 0,2 КОЕ/г, аммонификаторы, от 2,2х1044,2 ± 0,2 до 1,5х104 4,1 ± 0,2КОЕ/г, в 30–60 см слое не обнаружены. Фосформобилизующие выявлены только в 0–30 см слое 2,0х104 4,2х0,1 КОЕ/г, в 30–60 см слое они не выявлены, Олигонитрофилы обнаружены только в верхнем слое и составило 2,2х105 5,2 ± 0,21,5х104 4,1 ± 0,2КОЕ/г, в 30–60 см слое они выявлены.
В слабо засолённой лугово-аллювиальной почве картина другая, как показывают данные, микрофлора немного интенсивнее. Большое количество актиномицетов 0–30 и 30–60 см слое составляет 5,2х105 5,5 ± 0,26,0х105 5,6 ± 0,3КОЕ/г, в 30–60 см слое только весной они не выявлены. Аммонификаторы были активны весной и осенью (табл. 1) Фосформобилизующие выявлены только в 0–30 см слое 5,5х103 3,7 ± 0,3 КОЕ/г, в 30–60 см слое они не выявлены. Олигонитрофилы обнаружены только в верхнем слое и составили 2,2х105 5,2 ± 0,21,5х105 5,1 ± 0,2 КОЕ/г, в 30–60 см слое они выявлены. Высокое количество олигонитрофилов обнаружено летом, 7,5х104 4,7 ± 0,2 КОЕ/г.
Таблица 1
Микрофлора лугово-аллювиальных почв по степени засоления и в зависимости от сезона
|
Микроорганизмы |
Глубина, см |
Лугово-аллювиальная почва, средне засолённая |
Лугово-аллювиальная почва, слабо засолённая |
||||
|
весна |
лето |
осень |
весна |
Лето |
осень |
||
|
Актиномицеты, КОЕ/г |
0–30 |
3,0х105 5,3 ± 0,1 |
1,5х104 4,1 ± 0,2 |
2,2х105 5,2 ± 0,2 |
2,2х104 4,2 ± 0,2 |
5,2х105 5,5 ± 0,2 |
1,5х104 3,1 ± 0,2 |
|
30–60 |
– – |
– – |
2,2х103 4,2 ± 0,2 |
– – |
6,0х105 5,6 ± 0,3 |
2,2х105 6,2 ± 0,2 |
|
|
Аммонификаторы, КОЕ/г |
0–30 |
2,2х104 4,2 ± 0,2 |
2,2х104 4,2 ± 0,2 |
1,5х104 4,1 ± 0,2 |
1,5х105 5,1 ± 0,1 |
3,7х105 5,3 ± 0,2 |
5,5х103 3,7 ± 0,2 |
|
30–60 |
– – |
– – |
– – |
7,5х104 4,7 ± 0,3 |
– – |
6,5х103 3,7 ± 0,3 |
|
|
Фосформобилизующие, КОЕ/г |
0–30 |
2.0х104 4,2х0.1 |
– – |
– – |
3,0х104 4,3 ± 0,1 |
1,5х104 4,1 ± 0,2 |
5,5х103 3,7 ± 0,3 |
|
30–60 |
– – |
– – |
– – |
– – |
– – |
– – |
|
|
Олигонитрофилы, КОЕ/г |
0–30 |
2,2х105 5,2 ± 0,2 |
1,5х104 4,1 ± 0,2 |
1,1х103 3,1 ± 0,1 |
2,2х105 5,2 ± 0,2 |
7,5х104 4,7 ± 0,2 |
1,5х105 5,1 ± 0,2 |
|
30–60 |
– – |
– – |
– – |
– – |
– – |
– – |
|
Как свидетельствуют данные, большое количество микрофлоры принадлежит староорошаемым лугово-аллювиальным почвам слабой засоленности. Слабое развитие микрофлоры принадлежит новоорошаемым, лугово-аллювиальным почвам, сильной и очень сильной засоленности, так как в объекте растительность скудная, органическое вещество мало накапливается. В верхних горизонтах, которые достаточно обеспечены гумусом, азотом и кислородом, большое количество микрофлоры, в нижних горизонтах их количество уменьшается.
Неблагоприятные климатические условия исследуемого региона, такие как высокие летние температуры, низкая относительная влажность воздуха, быстрое испарение влаги из почвы и низкое содержание органического вещества, приводят к снижению микробиологической активности этих почв. Таким образом, интенсивная деятельность микроорганизмов приходится на весенний период, летом их деятельность самая слабая и к осени их численность значительно повышается.
В качестве негативных факторов, способствующих развитию процессов деградации в орошаемых почвах, можно перечислить засоление, уплотнение подпахотного горизонта, уменьшение содержания гумуса и питательных элементов. При решении таких проблем в первую очередь учитываются почвенно-климатические условия региона и агрофизические особенности почв.
Минерализация гумуса в орошаемых почвах особенно в первых этапах орошения достигает больших размеров, где происходит усиление минерализации над процессами гумификации общеизвестно, что гуминовые кислоты – это высокомолекулярные азотосодержащие органические вещества, образующиеся при разложении отмерших растений и животных, окрашенные в черный или коричнево-черный цвет. Гуминовые кислоты высокомолекулярные (имеют молекулярную массу от 400 до 1000000) кислоты практически нерастворимые в воде и минеральных кислотах, растворимы в щелочах, аммиаке, соде, пирфосфате натрия. Они под влиянием этих растворов образуют коллоидные растворы темной окраски. Из растворов эти кислоты хорошо осаждаются под влиянием минеральных кислот, солями железа, кальция, магния в виде аморфного осадка [9, 10].
Орошение изменяет природное состояние почвенной влаги, тепла, количество и качество микроорганизмов, степень использования солнечной энергии, в результате нарушается продуктивность почв. Затраты энергии на почвообразование возрастают. Изменяется биогеохимический цикл.
Теоретически скорость трансформации органических остатков выше в орошаемых почвах, особенно в орошаемых светлых сероземах, этому способствуют более высокая освещенность и поступление солнечной энергии и радиации.
На современном этапе развития учения об органическом веществе почв важная роль отводится исследованиям состава и свойства гумуса и гумусовых веществ почв. Причиной которого, на наш взгляд, служит поиск фракций гумуса, наиболее ответственных за формирование почвенного плодородия.
Гумусообразование протекает в аэробных и анаэробных условиях. Промежуточные продукты разложения органических остатков быстро минерализуются, высвобождается большое количество элементов минерального питания, но при этом гумуса накапливается мало. На передвижение гумуса и гумусовых кислот положительно влияют минерализованные воды. В глинистых и суглинистых почвах, наоборот, процесс минерализации растительных остатков происходит медленнее, гумусовых веществ образуется больше и они хорошо закрепляются на поверхности минеральных частиц. Аккумуляция гумуса зависит не только от количества образовавшегося гумуса, но и от условий его нахождения в почве. Большую роль в этом играет кальций, так как для почв, насыщенных кальцием, характерна нейтральная реакция среды.
В орошаемой лугово-аллювиальной почве растительные остатки имеют свойство быстро разлагаться, а окислительные реакции, протекающие на начальной стадии разложения, тесно связаны с активностью пероксидазы (табл. 2), а на более поздних (участвующих в их синтезе) – полифенолоксидазы.
Таблица 2
Активность пероксидазы в образцах почвы (из расчета 100 г почвы/ мг пурпургаллина)
|
№ п/п |
Опыт |
Пероксидазы |
|
|
дни |
7 дней |
15 дней |
|
|
1 |
Почва + NPK |
3,84 ± 0,08 |
3,02 ± 0,04 |
|
2 |
Почва + зеленые микроводоросли |
4,40 ± 0,09 |
4,37 ± 0,06 |
|
3 |
Почва + зеленые микроводоросли + NPK |
5,25 ± 0,1 |
5,10 ± 0,08 |
Примечание. Приведенные ниже значения достоверно отличаются от значения контрольного варианта (почва + NPK) при R < 0,05.
В ряде проведенных опытов, особенно в сочетании с минеральными удобрениями, при смешивании зеленых микроудобрений наблюдалось повышение активности этих ферментов из данных данных, приведенных в табл. 3.
Таблица 3
Активность фермента полифенолоксидазы (в расчете на 100 г почвы / мг пурпургаллина) в экспериментальных образцах
|
№ п/п |
Опыт |
Пероксидазы |
|
|
дни |
7 дней |
15 дней |
|
|
1 |
Почва + NPK |
8,99 ± 0,11 |
7,69 ± 0,09 |
|
2 |
Почва + зеленые микроводоросли |
11,95 ± 0,15 |
10,89 ± 0,12 |
|
3 |
Почва + зеленые микроводоросли + NPK |
12,64 ± 0,19 |
11,90 ± 0,14 |
Примечание. Приведенные ниже значения достоверно отличаются от значения контрольного варианта (почва + NPK) при R < 0,05.
В орошаемой лугово-аллювиальной почве важную роль играет фермент пероксидаза, участвующий в образовании и быстром разложении гумуса, который считается веществом сложного состава и большого значения [9]. Это представленное рассуждение нашло свое выражение и в наших экспериментах. То есть если в почве, в которую вносились полные минеральные удобрения, активность ферментов пероксидазы и полифенолоксидазы в течение 15 дней в 100 г сухой почвы была равна 3,0–7,7 мг/пурпугаллина, то именно в этой почве в сочетании с минеральными удобрениями при добавлении зеленых микроводорослей наблюдалось соответствие 5,1–11,9 мг/пурпугаллина. Следовательно, оказывается, что разложение и синтез количества гумуса, который считается органическим веществом в орошаемой почве, тесно связаны с активностью ферментов.
Корреляционный анализ выявил зависимость ферментативной активности почв от влажности и содержания гумуса. Установлена средняя и высокая корреляционная связь между содержанием гумуса, и активности инвертазы (r = 0,27–0,92), каталазы (r = 0,19–0,85), амилазы (r = 0,50–0,99). Таким образом, активность изученных окислительно-восстановительных ферментов возрастает в соответствии с увеличением общей микробиологической активности, содержания гумуса и питательных веществ, что показывает интенсивность процессов разложения.
Коэффициент гумификации можно определить посредством соотношения полифенолоксидазы и пероксидазы. Отмечено, что увеличение активности полифенолоксидазы, ответственной за синтез гумуса в почвах, приводит к увеличению коэффициента гумификации. Увеличение активности пероксидазы, приводящей к расщеплению гумусовых веществ в почвах, приводит к снижению коэффициента гумификации.
С целью определения взаимосвязи между показателями гумусного состояния почв были рассчитаны коэффициенты корреляции. Отмечена положительная корреляция между типами гумуса (Сгк:Сфк) и содержанием общего углерода почв (Собщ) равная r = 0,28–0,95, между типами гумуса (Сгк:Сфк) и относительным составом гумусовых кислот (Сгк) равная r = 0,22–0,85, между типами гумуса (Сгк: Сфк) и фракциями гуминовых кислот (Сфк), равная r = 0,27–0,69, между оптической плотностью гуминовых кислот 
и типами гумуса (Сгк:Сфк) равная r = 0,35–0,83. Корреляция между фульвокислотами и другими параметрами гумуса слабо выражена [6, 8, 9].
Коэффициенты корреляции указывают на то, что содержание гумуса в верхних горизонтах почвы тесно связано с ее групповым составом и свойствами гумусовых веществ, и на основе материалов, полученных путем их интеграции, мы можем сделать описание типов почв. Основываясь на полученных материалах, корреляция между факторами почвообразования и гумусообразованием может быть получена только из одного корреляционного индикатора, описывающего состояние гумуса: в качестве самого удобного показателя можно использовать соотношение Сгк:Сфк.
Заключение
Исследования показали, что орошаемые луговые аллювиальные почвы были обеспечены низким содержанием питательных элементов. По этой причине почвенный покров хозяйства засолен в разной степени, а также глубина залегания грунтовых вод различна, минерализация, потребность в питательных веществах в почвах этих регионов более заметна по отношению к фосфорным удобрениям. Он плохо снабжается грубыми и подвижными формами фосфорных веществ. На основании проведенных экспериментов было установлено, что из-за обилия сульфат- и хлорид-ионов в сильно засоленной почве, роста и развития микроорганизмов, активность почвенных ферментов была низкой.
На аллювиальных лугово-аллювиальных орошаемых почвах средней и сильной засоленности Бухарской области выявлено увеличение роста и развития аммонификаторов, олигонитрофилов, грибов. Установлено количественное и сезонное изменение активности окислительно-восстановительных и гидролитических ферментов (каталазы, пероксидазы, полифенолоксидазы, уразы, протеазы, инвертазы, дегидрогеназы) в орошаемых лугово-аллювиальных умеренно засоленных почвах в зависимости от действия применяемых биоудобрений.
Следовательно, оказывается, что разложение и синтез количества гумуса, который считается органическим веществом в орошаемой лугово-аллювиальной почве, тесно связаны с активностью ферментов.
Библиографическая ссылка
Ходжимуродова Н.Р., Хакимова Н.Х., Тагаева М.В., Камилов Б.С. БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ОРОШАЕМЫХ ЛУГОВО-АЛЛЮВИАЛЬНЫХ ПОЧВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СТЕПЕНИ ЗАСОЛЕННОСТИ // Научное обозрение. Биологические науки. – 2021. – № 1. – С. 27-31;URL: https://science-biology.ru/ru/article/view?id=1221 (дата обращения: 20.04.2024).