Ферментативная активность некоторых почв Крыма

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Научный журнал КубГАУ, №104(10), 2014 года

УДК 631.46

Ферментативная активность некоторых почв Крыма

Казеев Камиль Шагидуллович, д.г.н., профессор

Антонова Ольга Дмитриевна, студент

Колесников Сергей Ильич, д.с.-х.н., профессор

Вернигорова Наталья Александровна, студент

Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Россия

Костенко Игорь Владимирович, к.б.н., зав. лаборатории агроэкологии

Никитский ботанический сад, Ялта, Россия

Аннотация

Установлена ферментативная активность и некоторые другие эколого-биологические свойства зональных почв Крыма (коричневые, бурые лесные, разные подтипы черноземов). Выявлены существенные различия каталазы, дегидрогеназы, полифенолоксидазы, пероксидазы и инвертазы для почв Крыма, которые не могут быть объяснены только содержанием в почве органического вещества. Несмотря на низкое содержание гумуса некоторые почвы обладают высоким уровнем ряда ферментов. Уровень ферментативной активности зависит от реакции среды, содержания карбонатов и других почвенных свойств. Выявлено, что сельскохозяйственное использование коричневых почв под виноградниками приводит к значительному изменению их свойств и ферментативной активности

Ключевые слова: ПОЧВЫ КРЫМА, БИОДИАГНОСТИКА, БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ, ФЕРМЕНТАТИВНАЯ АКТИВНОСТЬ, АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

Abstract

UDC 631.46

Enzyme activity of several soils of the Crimea

Kazeev Kamil Shagidullovich, Dr.Sci.Geol., professor

Antonova Olga Dmitrievna, student

Kolesnikov Sergey Ilyich, Dr.Sci.Agr., professor

Vernigorova Natalia Aleksandrovna, student

Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russia

Kostenko Igor Vladimirovich, Cand.Biol.Sci., Head of the laboratory of Agroecology

Nikitsky Botanical Garden, Yalta, Russia

The article considers the enzymatic activity and some other ecological and biological properties of zonal soils of the Crimea (cambisol, Chromic cambisol, different subtypes of chernozems). We have revealed significant differences in catalase, dehydrogenase, polyphenol oxidase, peroxidase, invertase for soils of the Crimea, which can not be explained only by the content of soil organic matter. Despite the low humus content of the soil, some have a high level of some enzymes. The level of enzyme activity depends on the reaction medium, the content of carbonate and other soil properties. We have also revealed that the agricultural use of brown soils under vineyards leads to a significant change in their properties and enzymatic activity

Keywords: SOIL OF CRIMEA, BIO-DIAGNOSTICS, BIOLOGICAL ACTIVITY, ENZYMATIC ACTIVITY, ANTHROPOGENIC IMPACT

Исследование географических особенностей биологических свойств почв юга России активно ведутся на кафедре экологии и природопользования Южного федерального университета в последние десятилетия (Казадаев и др., 2004; Казеев и др., 2002, 2004, 2006, 2012, 2013). Крымский полуостров представляет значительный интерес для исследователей ввиду значительного разнообразия природных условий.

Климатические условия горного Крыма очень разнообразны. Они связаны с высотой местности, экспозицией склонов, сезонной температурой воды Черного моря, с температурой воздуха степных районов полуострова. Взаимно сочетание этих факторов в разных соотношениях обусловило хорошо выраженную вертикальную ландшафтную зональность.

Зональными почвами южных склонов Главной (первой) гряды являются коричневые почвы (Половицкий, Гусев, 1987; Драган, 2004). Они сформировались под сухими лесами и кустарниками и степной растительностью в климатических условиях, характерных для сухого средиземноморского климата. В Крыму занимают полосу Южного берега, размещаясь отдельными пятнами от западной его границы до восточной. На северных склонах главной гряды и частично на северных склонах третьей гряды в западной части второй гряды и частично на северных склонах третьей гряды гор распространена лесная растительная формация, под влиянием которой сформировались бурые лесные почвы.

Почвы Крыма по генезису близки к аналогичным почвам причерноморской части Краснодарского края (Вальков, 2007, 2008). Сельскохозяйственное использование горных почв приводит к значительной деградации биологических свойств, в разы снижается содержание гумуса, активность ферментов (Казеев и др., 2002, 2005, 2012, 2013).

Цель данной работы - исследовать ферментативную активность горных почв Крыма для дальнейшего использования в биодиагнстике и биомониторинге. В качестве диагностических показателей использовали активность почвенных ферментов, которая имеет значительную обусловленность климатическими, эдафическими и антропогенными факторами (Галстян, 1974; Хазиев, 1976; Абрамян, 1992; Звягинцев, 1978; Казеев и др., 2002, 2004, 2007, 2012, Козунь и др., 2013).

Объектами исследования стали зональные почвы Крыма: горные коричневые и бурые лесные почвы, предгорные черноземы и сухостепные черноземы южные. Всего для исследований в мае 2014 года было заложено 8 ключевых участков (рис. 1,2, табл.1). Черноземы Керченского полуострова по генезису и свойства близки к черноземам Тамани, обладающими оригинальными признаками (Вальков и др., 2002, 2004).

Рис. 1. Схема расположения ключевых площадок (отмечены флажками) в Крыму

Методы исследований

Для выполнения поставленной цели на указанных участках измерена температура (электронным термометром HANNA Chectemp), влажность почвы (влагомером Dataprobe). Также заложены и описаны почвенные разрезы и прикопки к ним, отобраны образцы для последующего лабораторного исследования.

В лаборатории кафедры экологии и природопользования Южного федерального университета была исследована активность ферментов: каталазы, дегидрогеназы, инвертазы, пероксидазы, полифенолоксидазы (Казеев, Колесников, 2012). Активность каталазы, дегидрогеназы, пероксидазы и полифенолоксидазы определяли по А.Ш. Галстяну (1974), инвертазы - по А.Ш. Галстяну с фотоколориметрическим окончанием по Ф.Х. Хазиеву (1990). Содержание органического вещества - общий гумус определяли по методу И.В. Тюрина в модификации Никитина.

Рис. 2. Профили коричневой почвы (№1 слева) и чернозема южного (№8 справа)

Таблица 1. Характеристика исследуемых участков

Результаты исследований

На биологическую активность большое влияние оказывают температура и влажность почвы (Хазиев, 1990; Абрамян, 1992; Казеев и др., 2007; Козунь и др., 2013). Наиболее заметна разница гидротермических условий на участке букового леса и виноградника «Массандра», вследствие нахождения первого участка под пологом леса на северном склоне, а второго - на южном склоне, в разреженном шибляковом лесу, слабо затеняющего поверхность почвы, на которую попадает значительное количество прямой солнечной радиации (табл. 2,3). В нижних горизонтах почв разных участков температура в значительной степени выравнивается. В предгорной и сухостепной зонах температура почв несколько превосходит таковую в горных почвах. Минимальная температура была в бурой лесной почве, что объяснимо низкой температурой воздуха вследствие значительной высотой местности. Здесь же была отмечена и максимальная влажность почвы, которая была в разы выше, чем в коричневых почвах южного макросклона Крымских гор. Такие гидротермические условия, выявленные в мае, способствуют энергичному протеканию биологических процессов. Однако биологические процессы, как и почвообразование в целом, значительно тормозятся в длительный сухой сезон в скелетных горных почвах и в засушливой сухостепной зоне.

Таблица 2. Влажность (%) верхнего слоя почв, (0-10 см, n=10), Крым, май 2014 г.

Таблица 3. Температура почв Крыма, май 2014 г.

Результаты исследований показали, что активность ферментов на исследуемых участках различна (табл. 4). Значения активности ферментов в поверхностном горизонте почвы различных участков превышают аналогичные значения ниже по профилю, что обычно для почв (Казеев и др., 2004, 2012) и связано со снижением содержания гумуса и общей биогенности (содержание организмов, корней растений). Однако поведение ряда ферментов из класса оксидоредуктаз не может быть объяснено только содержанием органического вещества. Для них отмечены инверсии активности в почвенном профиле. Некоторые почвы, обладающие низким и средним содержанием гумуса, выделяются повышенной активностью каталазы (чернозем южный) и дегидрогеназы (коричневая карбонатная). Подобное поведение ферментативной активности ранее было отмечено для других почв юга России (Казеев и др., 2007; Даденко и др., 2013, 2014; Прудникова и др., 2012, 2013). На биологическую активность исследуемых коричневых почв и черноземов почв значительное влияние оказывает содержание в почвах карбонатов, что было ранее установлено для почв Предкавказья и Кавказа (Вальков и др., 2007; Казеев и др., 2012).

Биологическая активность коричневых почв северного склона горы Аю-Даг обладает сходными чертами с такими же почвами, расположенными в заповеднике «Утриш» на другом берегу Черного моря (Быхалова и др., 2013; Казеев и др., 2012, 2013). Сходный характер биологической активности этих почв объясним близостью факторов почвообразования (климата, рельефа и почвообразующих пород).

Таблица 4. Биологическая активность почв Крыма, май 2014 г.

Для расчета ИПБС использовали активность каталазы, дегидрогеназы, инвертазы, полифенолоксидазы, пероксидазы и содержание гумуса.

Биологические параметры различаются даже в почвах одного типа на участках, расположенных в нескольких сотнях метрах друг от друга. Почвы северного макросклона горы Аю-Даг имеют весьма различное содержание гумуса и активности каталазы (разница между участками несколько раз), в то время как другие ферменты варьировали не столь значительно, особенно активность полифенолокидазы (ПФО) и пероксидазы (ПО). Причины этого кроются в особенностях горного рельефа с разнообразием мезосклонов разной экспозиции, что перераспределяет температуру и влагу, а также различиях в скелетности, количестве растительных остатков и степени рекреационного повреждения.

Использование коричневых почв Крыма под виноградниками ведет к значительному нарушению почвенного покрова, что сопровождается резким снижением биологической активности (табл.3). При этом снижаются содержание гумуса, активность каталазы и инвертазы, активность ПФО и ПО изменяется незначительно и возрастает активность дегидрогеназы.

Бурые лесные почвы отличаются от коричневых значительно более низкими значениями всех исследуемых биологических показателей и характером их профильного распределения.

В результате исследований выявлены значительные различия уровня биологической активности исследуемых почв южного склона гор Крыма, обусловленные генезисом и свойствами почв. Этот факт можно использовать при биодиагностике и мониторинге экологического состояния почв данной территории.

Литература