Изменение биологической активности дерново-подзолистых почв при их окультуривании

Размещено на http://www.allbest.ru/

«ВНИИ Агроэкоинформ»

Изменение биологической активности дерново-подзолистых почв при их окультуривании

УДК 631.46

Миненко А.К.

Аннотация

В обзоре публикаций рассмотрены возможности диагностирования степени окультуренности дерново-подзолистых почв по микробиологическим показателям, а также зависимость состава и активности микробиологического сообщества почвы от содержания в ней гумуса, фосфора, калия, кислотного режима, физических свойств и уровня продуктивности возделываемых растений.

Ключевые слова: микробоценоз, почва, плодородие, ферментативная активность, гумус, органическое вещество, ов - потенциал, азотфиксация, диагностирование, урожай

Одной из главных теоретических и практических проблем почвенной микробиологии является обоснование путей направленного функционирования микроорганизмов для повышения плодородия почв. Для этого необходимо знание связей и закономерностей, проявляющихся в различно складывающихся условиях среды между микробным сообществом, с одной стороны, и степенью окультуренности, физико-химическими и другими свойствами почвы, особенностями возделываемых растений, с другой. В решении этой проблемы встречаются значительные трудности, связанные с высокой динамичностью биохимических процессов, протекающих в почве, большой гетерогенностью и сложностью структуры как самого микробного сообщества, так и среды его обитания - почвы, а также неуправляемостью гидротермического режима.

Наиболее продуктивно это направление микробиологии развивалось в период 50-80 гг. прошлого столетия, когда в стране проводились масштабные и глубокие исследования, выпускались монографии, сборники, методические руководства, проводились съезды, конференции, симпозиумы микробиологов, почвоведов, земледелов. Экспериментальные материалы использовались для обоснования новых технологических приемов и в рекомендациях по интенсификации земледелия. Большой вклад в познание почвенных процессов и факторов, их определяющих, внесен как советскими микробиологами и энзимологами (Мишустин, Красильников, Новогрудский, Лазарев, Аристовская, Рыбалкина, Купревич, Щербакова, Звягинцев, Берестецкий, Федоров, Емцев, Шильникова, Никитин, Рахно, Андреюк, Самцевич, Доросинский, Круглов, Березова, Возняковская, Галстян, Хазиев, Клевенская, Чундерова, Гузев и многие другие), так и рядом зарубежных ученых (Пошон, Де Баржак, Гофманн К., Александер, Руссель, Сэги и другие). подзолистый микробиологический почва

В настоящем кратком обзоре рассматриваются некоторые исследования этого периода, проведенные, преимущественно, на дерново-подзолистых почвах, имеющих невысокий уровень естественного плодородия, на которых особенно важно более продуктивно использовать их биологический потенциал.

Особенности естественных дерново-подзолистых почв, заключающиеся в резко кислой реакции, выраженной дифференциации почвенных горизонтов и характеризующиеся относительной бедностью питательными элементами и органическим веществом, слабо выраженной структурой и наличием инертного подзолистого горизонта, а также промывным режимом, определяют и невысокий уровень их биологической активности /1, 2, 3, 4/.

Ввод дерново-подзолистых почв в культуру с применением комплекса агротехнических мероприятий (известкование, удобрения и др.) резко изменяет условия существования микроорганизмов. Почва обогащается необходимыми для микрофлоры минеральными элементами, органическими соединениями, азотом и в определенной мере теряет особенности своей биологии, происходит изменение количественного и качественного состава микробоценоза: возрастает удельный вес бактерий, а в их составе бацилл, снижается численность плесневых грибов, появляются требовательные к условиям питания микроорганизмы, нитрифицирующие бактерии, усиливаются биохимические процессы, в частности, синтезирующие гумус /3, 4, 5, 6/.

Численность микроорганизмов в окультуренных почвах - выше, чем в целинных, и составляет в слабоокультуренных слабогумусированных дерново-подзолистых почвах от 500 тыс. до 1,5 млн./г, а в хорошо окультуренных - 3-25 млн./г /7/. Ферментативная активность освоенных почв выше в нижней части пахотного горизонта по сравнению с соответствующим слоем почвы под лесом. В вышележащем слое ферментативная активность почвы под лесом очень высока, особенно супесчаной почвы, а в ней особенно - инвертазы /8/.

Неосвоенная дерново-подзолистая почва характеризуется низким уровнем активности протеазы и уреазы, но при повышении степени окультуренности почвы активность названных ферментов, а также нитрифицирующая способность, численность нитрификаторов и аммонификаторов повышаются /9/. Т.В. Аристовская /10/ отмечает, что влияние окультуривания на изменение микробоценоза в условиях подзолистой зоны проявляется значительно сильнее, чем в других зонах. С повышением окультуренности почвы увеличивается общая численность микроорганизмов, и происходит дальнейшая перегруппировка ее состава /3, 4, 10, 11/. Также изменяются показатели биохимической активности почвы. Так, по данным А.И. Чундеровой /8, 12/, обнаруживалась тесная связь между уровнем окультуренности подзолистых почв и активностью ферментов азотного режима - протеазы и уреазы (r = 0,66 и 0,60), а также полифенолоксидазы (r = 0,71) и дегидрогеназы (r = 0,51), но выявлена и слабая связь с окультуренностью почвы инвертазы, фосфатазы, каталазы и обратная зависимость с пероксидазой.

Среди микроорганизмов наиболее определенно с окультуриванием почвы возрастает количество бацилл, которые, как известно, осуществляют более глубокую трансформацию органического вещества /13/. Количественный состав бацилл сдвигается в сторону, характерную для почв более южного типа. Помимо бацилл, как отмечал Н.А. Красильников /7/, с окультуриванием почв возрастает численность представителей родов Pseudomonas и Bacterium, азотобактера, актиномицетов, грибов и др., термофилов, аэробов и анаэробов. При этом «трудно сказать, какие из этих представителей являются наиболее показательными для окультуренных почв» /7, стр. 213/. Тем не менее, он все же считает, что индикаторной культурой может быть азотобактер. Е.Н. Мишустин /14/ с этой целью предлагает использовать термофильные бактерии.

По некоторым данным, при окультуривании почвы изменяется видовой состав целлюлозоразлагающих микроорганизмов /3, 15/. Если в почвах слабоокультуренных преобладают плесневые грибы, то в хорошо окультуренных развиты зеленоокрашенные вибрионы и цетофаги. С повышением окультуренности в почвах снижается содержание токсинообразующих микроорганизмов /16, 17/.

Наблюдаемые изменения приводят к мнению, что степень окультуренности почвы можно оценивать по микробиологическим показателям /18, 19, 20/. Также считается, что урожай и плодородие почвы более связаны не с наличием питательных веществ, а с интенсивностью их круговорота, осуществляемого микрофлорой /12, 21/. В связи с этим отмечается, что наиболее «индикаторными» процессами являются: выделение почвой СО₂, активность разложения клетчатки, ферментативная активность (протеаза, уреаза, дегидрогеназа, полифенолоксидаза, пероксидаза), аммонификация, нитрификация, несимбиотическая азотфиксация, синтез свободных аминокислот /22, 23, 24, 25, 26/.

Некоторые исследователи отдают предпочтение отдельным показателям, считая, что именно выделяемый ими показатель наиболее связан с плодородием почвы или урожайностью, или отображает биологическую активность почвы /27/. Следует при этом иметь в виду и мнение А.Ш. Галстяна /28/, который считает, что, исходя из активности отдельных ферментов, как известно, обладающих строгой специфичностью, трудно оценивать не только плодородие, но и общую биологическую активность разных типов почв. В этом случае необходимо определение гидролаз и оксидоредуктаз. Но в пределах одного типа почвы возможно определение только одной группы ферментов.

Специальное двухлетнее исследование по оценке окультуренности дерново-подзолистых почв биологическими показателями проведено Л.А. Карягиной /29/. Были подобраны по три участка суглинистых и супесчаных почв одного генезиса, но различающиеся степенью окультуренности по содержанию гумуса и кислотности. Из учитываемых шести групп микроорганизмов (аммонификаторы, бактерии на КАА, олигонитрофилы, споровые, актиномицеты, плесневые грибы) только численность споровых закономерно повышалась с окультуриванием почвы. Более четкие изменения происходили с биохимическими показателями. Все они (дегидрогеназа, инвертаза, нитрификация, целлюлозолитическая и потенциальная азотфиксирующая способности почвы), кроме одного случая (дегидрогеназа на суглинках), имели более высокие значения на почве высокого плодородия и самые низкие значения - при низком плодородии.

Д. Ацци /30/ на основании анализа данных проведенных опытов, в которых рост урожайности ячменя был тесно связан с гумусированностью и уровнем биологической активности почвы, делает вывод, что о плодородии почв подзолистого типа можно судить по активности инвертазы, полифенолоксидазы, дегидрогеназы, способности почвы к несимбиотической фиксации азота, распаду клетчатки, выделению СО₂ и содержанию спорообразующих бактерий, причем качественный состав последних также зависит от окультуренности почвы.

Обобщив ряд зарубежных работ, Ж. Пошен и Г. Баржак делают вывод /31, стр. 514/ «о существовании связи между биологической активностью почвы (микрофлорой) и ее плодородием в широком понимании этого термина (урожайность культур, обилие и мощность спонтанной растительности)». При этом высказывается ряд оговорок, которые можно сформулировать следующим образом. Предположение о возможности использования многочисленной группы аммонификаторов, обусловливающих минерализацию органического вещества в почве, не подтвердилось. В отличие от этого, хороший связь с плодородием получена при изучении процессов аммонификации и нитрификации. Правда, в отношении последнего нет единого мнения, но очевидно, что «в нормальных условиях нитрификационная способность лишь в исключительных случаях может оказаться лимитирующим фактором плодородия» /31, стр. 513/. Сомнительна связь между плодородием почвы и способностью фиксировать азот (азотобактер, клостридиум). По наличию азотобактера также трудно судить, насколько оно связано с плодородием, а не с рН или содержанием Са и Р. Способность почвы к расщеплению клетчатки зависит, главным образом, от содержания в ней азота в усвояемой форме, в основном, нитратов. Кроме того, важную роль в расщеплении клетчатки играют грибы, связь которых с плодородием почвы сомнительна. Авторы справедливо отмечают, что лишь немногие группы микроорганизмов подвергались систематическому анализу в отношении их связи с плодородием почвы, но имеющиеся данные все же свидетельствуют о наличии связи между активностью микроорганизмов и плодородием почв, как окультуренных, так и неокультуренных.

Таким образом, с учетом отмеченных оговорок, ряд авторов считает возможным диагностирование уровня плодородия по совокупности микробиологических показателей и даже, правда, весьма приблизительно, на основе отдельных из них /32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40/. Это открывает возможность прогнозирования характера влияния агротехнических приемов на плодородие почвы /41, 42, 43/.

Когда говорят о плодородии почвы, возникают трудности с объективной оценкой самого понятия «плодородие». Как справедливо отмечает Л.А. Карягина /29/, у исследователей нет единого понятия «плодородие» почвы /44, 45, 46, 47, 48, 49/. Но если оценить плодородие по баллам бонитировки, считает И.Л. Клевенская /50/, то между этим показателем и почти всеми микробиологическими тестами существует тесная положительная связь. И, таким образом, о плодородии можно судить по многим биологическим показателям: численность микроорганизмов, интенсивность процессов нитрификации, азотфиксации, аммонификации, разрушение клетчатки, протеолитическая и общая биологическая активность.

Зачастую за единственный критерий плодородия почвы берется урожай сельскохозяйственных культур, с которым и сопоставляются микробиологические показатели. Между тем, как отмечает Ф.Х. Хазиев /51/, эффективное плодородие почвы, в первую очередь, функционально связано с ее ферментативной активностью. По мнению некоторых исследователей, уровень урожайности не может быть единственным показателем плодородия /29, 52/. С. Руссель /52/ считает, что фактическое плодородие почвы зависит от уровня агротехники в данном хозяйстве, а потенциальное плодородие определяется максимальным урожаем, который может быть получен при всех доступных в данных условиях средствах и факторов производства (оптимальные сроки и высокое качество работ, качественные семена и высокоурожайные сорта, широкое применение удобрений и средств защиты растений) и затратах. Имеют значения и физико-химические свойства почвы.

На урожайность влияют не только плодородие, но и другие факторы жизни растений: погода, биологические особенности растений, распространение болезней и вредителей, полегаемость злаков и др. /41, 53, 54/. Нередки случаи, когда на участках с более высоким эффективным плодородием почвы получают меньший урожай из-за полегаемости растений, чем на соседних, менее плодородных участках, где растения не полегли.

Чтобы иметь возможность диагностировать плодородие почвы микробиологическими показателями, необходимо располагать сведениями о зависимости последних от определенных свойств почв, изменяющихся с их окультуриванием. Следует иметь в виду, что в естественных условиях уровень микробиологических показателей определяется, как правило, совокупностью многих экологических факторов. Так, активность ферментов связана с химическими и физико-механическими свойствами почвы, содержанием органического вещества, гранулометрическим составом, кислотностью и ее природой, составом почвенного поглощающего комплекса /28/.

Особенно важным показателем для бедных органическим веществом дерново-подзолистых почв является содержание гумуса. В пахотных горизонтах этих почв суглинистого гранулометрического состава гумуса содержится 1,7-2,5%. Как правило, более богатые органическим веществом (кроме торфяников и заболоченных почв) или более гумусированные почвы имеют более высокий уровень биологической активности /55/. При этом только часть микробиологических показателей непосредственно связана с превращением гумусовых веществ. Упоминается о связи с гумусом инвертазы, полифенолоксидазы, пероксидазы, протеазы, целлюлазы, уреазы, аспарагиназы /6, 9, 56, 57, 58/. Органическое вещество способствует развитию микроорганизмов той своей частью, которая легко используется как источник питания. Это свежие растительные и животные остатки и продукты полураспада, не успевшие перейти в гумус, а также ряд веществ синтеза и др. /7/.

На высокую зависимость содержания в почве карбогидраз (инвертазы, амилазы, галактозидазы, глюкозидазы) от гумуса указывает Ф.Х. Хазиев /51/. Но такая зависимость не проявлялась у уреазы, протеазы, глицерофосфатазы. Исследования же, проведенные на черноземных почвах, дали основание утверждать, что накопление в почвах гумуса и азота и повышение активности гидролитических ферментов азотного обмена представляют единый процесс /58/.

В исследовании Л.А. Карягиной /29/ корреляционные отношения составили: между гумусом и аммонификаторами - 0,89, бациллами - 0,73, бактериями на КАА - 0,55, актиномицетами - 0,63, плесневыми грибами - 0,40, нитрификаторами - 0,72, нитратонакоплением - 0,55, синтезом свободных аминокислот - 0,60, распадом клетчатки - 0,75, каталазой - 0,61, инвертазой - 0,73, уреазой - 0,70, аспарагиназой - 0,81. Эти отношения были достоверны при уровне значимости 0,05, кроме случая с грибами. Аналогичные связи обнаруживались между этими микробиологическими показателями и содержанием общего углерода и азота. Делается вывод, что накопление органического вещества и, соответственно, повышение биологической активности почвы представляют собой единый процесс.

Близкие к этим результаты были получены в исследовании Т.Н. Кулаковской и Л.М. Стефанькиной /60/ на такой же дерново-подзолистой супесчаной почве. Была выявлена тесная корреляция между содержанием в почве гумуса и нитрификацией (r = 0,539), разрушением клетчатки (r = 0,744), споровыми (r = 0,740), бактериями на КАА (r = 0,422), актиномицетами (r = 0,648), а также активностью инвертазы (r = 0,739) и каталазы (r = 0,702) при высокой степени достоверности (уровень значимости 0,01-0,001).

Микробиологические показатели, приведенные выше в исследовании Л.А. Карягиной /29/, были хорошо связаны с кислотным режимом почвы (pH_KCl, H_г, Al, S, V), причем связь с гидролитической кислотностью и подвижным алюминием имела вид обратной зависимости. У общего количества микроорганизмов на КАА отсутствовала связь с H_r, Al, S, у нитрификаторов - с Al, у процесса нитратонакопления - с pH, H_r, у плесневых грибов - с S и V, связь с pH носила обратный характер.

Кислотность почвы связана с ее ферментативной активностью, так как определяет количественный и качественный состав микрофлоры (основного продуцента ферментов) и влияет на сохранение активности ферментов /51/. В исследовании В.К. Моисеевой /9/ корреляционные отношения рН с протеазой составили 0,72 и с уреазой - 0,78. На тесную связь между рН и протеазой, уреазой, полифенолоксидазой и, в несколько меньшей степени, дегидрогеназой, пероксидазой, а также каталазой указывает А.И. Чундерова /12/.

В меньшей степени микробиологические показатели связаны с содержанием в почве фосфора и калия. По данным Л.А. Карягиной /29/, прямая корреляционная связь первого обнаруживалась с численностью некоторых групп микроорганизмов (аммонификаторы, плесневые грибы, нитрификаторы) и, в несколько меньшей степени, с рядом биологических процессов (нитратонакопление, распад клетчатки, инвертазная активность). Калий в средней степени коррелировал с ферментами (кроме инвертазы) и теснее связан с распадом клетчатки, численностью микроорганизмов на КАА. На невысокую связь содержания в почве Р и К с ферментами указывает А.И. Чундерова /12/. Из учитываемых 8 ферментов с Р₂О₅ коррелировали протеаза, дегидрогеназа, полифенолоксидаза и с К₂О - лишь дегидрогеназа. Имеется также мнение, что связь активности протеазы и уреазы с содержанием в почве азота, фосфора и калия носит переменный характер: небольшие концентрации этих солей повышали активность, очень высокие - снижали. Максимальная активность этих ферментов проявлялась при содержании в почве 15-20 мг Р₂О₅, 24-27 мг К₂О, 6 мг NO₃. При повышении их содержания в почве активность ферментов снижалась /9/. В исследовании А.К. Миненко /61/ величина фосфатазной активности почвы зависела от численности микроорганизмов, способных продуцировать фосфатазу, и их индивидуальной активности в продуцировании этого фермента, которая возрастала в среде, обедненной подвижным фосфором.

При изучении основных зональных типов и подтипов почв (в том числе и дерново-подзолистых), И.Л. Клевенская /50/ не обнаружила достоверной связи между содержанием в них общего количества калия и фосфора и 14 биологическими показателями. Но высокая корреляция почти всех этих показателей проявилась с содержанием азота и углерода. Поскольку круговорот Р и К обеспечивается микроорганизмами, то, полагает автор, связь с ними можно обнаружить при подборе соответствующих биологических тестов.

В подобных исследованиях очевидна трудность вычленения значимости отдельных агрохимических показателей, так как при сравнении, например, двух образцов почвы с разным содержанием гумуса, они, как правило, различаются и по другим физико-химическим показателям /31/. По близкой причине при сопоставлении данных проведенных исследований биологической активности почвы в опытах в них затруднительно выявить общую взаимосвязь различных показателей между собой, так как в каждом случае сложившиеся экологические условия различны.

В исследовании Л.А. Карягиной /29/ выявилась тесная связь большинства биологических показателей между собой. На высокую степень связи активности протеазы (r = 0,73) и уреазы (r = 0,64) с нитрифицирующей способностью указывает В.К. Моисеева /9/. В опыте Белорусского НИИ почвоведения на дерново-подзолистой почве возрастание активности уреазы, каталазы, аспарагиназы, инвертазы при удобрении навозом сопровождалось увеличением общей численности микроорганизмов, аммонификаторов и микроорганизмов на КАА /62/. В исследовании НИИСХ микробиологии /63/ данные ферментативной активности (каталаза, инвертаза, уреаза) согласовывались с показателями численности и активности нитрифицирующих бактерий. При изучении приемов мелиоративной обработки малоплодородной дерново-подзолистой почвы в Украинском НИИ земледелия также проявлялась прямая зависимость между численностью микрофлоры, ферментативной активностью и накоплением аминокислот /64/. Интересные данные приводит Н.Н. Мальцева /65/, исследовавшая роль отдельных групп азотфиксаторов в процессе азотфиксации на основных почвенных типах Украины, в том числе и дерново-подзолистых почвах. В опытах с использованием изотопа азота азотфиксирующая способность почвы обнаруживала тесную связь (r = 0,80-0,90) - с количеством олигонитрофилов, среднюю связь (r = 0,56) - с численностью симбиотрофных азотфиксаторов, слабую связь - с бактериями Clostridium и отсутствие связи - с азотобактером.

В исследовании же Н.В. Евдокимовой /66/ не обнаруживалось тесной связи между продуцированием СО₂, активностью уреазы и инвертазы (r = 0,20-0,34). А.М. Самохвалов /67/ также отмечает слабую прямую и, в ряде случаев, обратную корреляцию между общим количеством микроорганизмов и активностью ферментов (инвертаза, уреаза, фосфатаза, каталаза, дегидрогеназа). Наличие слабой корреляции он объясняет более сложными связями этих величин и опосредованием их какими-то другими факторами (продукция экзоферментов корней и представителей животного эдафона). Е.С. Василенко и А.В. Рыбалкина /68/ не обнаружили в дерново-подзолистых почвах (Московская обл.) постоянной и строгой зависимости между активностью ферментов (инвертаза, периксидаза, протеаза), интенсивностью дыхания и количеством микроорганизмов (бактерии на МПА, актиномицеты, грибы). А.Ш. Галстян /56/ считает, что активность дегидрогеназ как дыхательных ферментов должна коррелировать с общим количеством микроорганизмов.

Приведенные данные и ряд других /9, 12, 21, 69/ свидетельствуют о том, что из агрохимических показателей почвы на состояние микробоценоза большее влияние оказывают величина содержания гумуса и уровень рН.

Слабо изучена связь микробного населения почвы с ее физическими свойствами. М.М. Ландина в своей монографии отмечает: «… изучение влияния физических свойств почв на их биологическую активность еще только начинается» /70, стр. 3/. Водно-физические свойства, как она пишет, дают представление о среде обитания микроорганизмов, состоящей из органоминеральной массы, воды и газов. Д.Г. Звягинцев /71/ важнейшим свойством почвы, определяющим влияние на биологическую активность, считает сорбирование газов и парообразной влаги. Необходимость изучения биофизики почв М.М. Ландина /70/ видит в оптимизации водного, теплового и питательного режимов приемами обработки почвы с целью усиления деятельности активных групп микроорганизмов. Она приходит к выводу, что на светло-серой лесной почве более благоприятные условия для биоты складываются при плотности сложения не более 1,00 г/см³. При этом действие плотности почвы на микроорганизмы осуществляется косвенно через изменение порового пространства в объеме почвы. Поровое же пространство связано с уровнем влажности. Вследствие этого было установлено, что, чем плотнее почва, тем при меньшей влажности происходит подавление биологических процессов. По данным Н.А. Сапожникова /72/, снижение плотности дерново-подзолистой почвы с 1,29 до 1,10 г/см³ привело к увеличению численности аммонифицирующих микроорганизмов с 2,6 до 8,2 млн./г. Оптимальные условия для микроорганизмов на оподзоленных черноземах наблюдались при плотности 1,0-1,1 г/см³ /73/.

Воздушный режим почвы и соотношение аэробных и анаэробных биологических процессов может характеризоваться окислительно-восстановительным потенциалом (ОВП). Однако надо иметь в виду некоторую условность этого показателя для почв /3/, так как и при высоких показателях Eh (или rH₂) в почве могут протекать восстановительные процессы вследствие наличия в ней микрозон с восстановленными условиями.

ОВ-реакции в почве протекают с участием микроорганизмов и связаны с разложением органического вещества, гумуса и синтезом последнего, превращением соединений различных элементов /74/. Величина ОВП складывается под воздействием двух факторов: интенсивности биологических процессов вследствие потребления микроорганизмами кислорода и концентрацией кислорода - агента окисления, определяемого степенью аэрации почвы.

Помимо режима кислорода, как отмечает Д.М. Новогрудский /75/, на ОВП влияет содержание в почве элементов с переменной валентностью (водород, железо, марганец, сера, азот и др.). Эти элементы образуют обратимые ОВ-системы, характеризующиеся отношением концентраций их окисленных и восстановленных форм (например, Fe⁺⁺⁺ : Fe⁺⁺). В разных почвах доминируют разные системы. Определяемый ОВП почв характеризует общее состояние ОВ-систем без выделения отдельных определяющих ее факторов.

В нормально аэрируемых почвах ОВ-потенциал находится в пределах 300-650 мв, а динамика его в течение года различается больше, чем размах его величин в разных типах почв /74/. И.С. Кауричев /76/ считает, что в дерново-подзолистых почвах нормального увлажнения величина ОВ-потенциала составляет 550-750 мв и в течение вегетационного периода он относительно выровнен. Имеющиеся же колебания отмечаются в верхних, обогащенных органическим веществом горизонтах, в которых могут изменяться и увлажнение почвы, и микробиологическая активность. Исследуя большой набор типов и подтипов почв, И.Л. Клевенская /50/ не обнаружила связи между микробиологическими критериями и ОВП вследствие, как она полагает, больших колебаний последнего в одной и той же почве.

Микробиологические процессы идут при определенных значениях Eh. Нитраты преобладают при Eh 480 мв, нитраты-нитриты - при 480-340, нитриты - 340-200, окислы азота, молекулярный азот - при < 200 /74/. По И.П. Сердобольскому /77/, наличие в почве окислителей, определяющих Eh ниже 200 мв, отрицательно влияет на развитие растений и, в первую очередь, их корневой системы.

Установлено влияние удобрений на ОВП /78/. Минеральные удобрения на фоне половинных норм извести, вызывая подкисление почвы, усиливали окислительные процессы в пахотном горизонте (Eh повысилась) и увеличивали динамичность ОВ-систем почвы. Навоз, активизируя микрофлору, понижает Eh и стабилизирует ОВ-системы почвы (амплитуда колебаний Eh уменьшается в два раза). Минеральная система при этом усиливает скорость минерализации, а в составе гумусовых веществ преобладают фульвокислоты. В процессе окультуривания ОВП почвы повышается: на пашне он выше, чем под лесом. Отмечается положительная зависимость между выделением CO₂ из почвы и ОВП /79/.

Немаловажное значение имеют попытки установить связь микробиологических пользователей с продуктивностью культурных растений. А.Ш. Галстян /80/ справедливо считает, что только с учетом урожая растений можно говорить об активности ферментов как показателей, характеризующих уровень плодородия почвы. В исследовании Л.А. Карягиной /29/ в вегетационно-полевом опыте из 12 микробиологических показателей с урожаем ячменя коррелировало на супеси 9 и на суглинке - 4 (на обоих разностях - нитрификационная и целлюлозолитическая способности, полифенолоксидаза). А в производственном посеве ячменя обнаруживалась связь с его урожаем полифенолоксидазы, инвертазы, выделения СО₂. Также в производственном посеве ячменя и на той же дерново-подзолистой супесчаной почве урожай находился в тесной зависимости (r = 0,471-0,910) с 7 микробиологическими показателями, которые указаны выше в исследовании Т.Н. Кулаковской и Л.М. Стефанькиной /60/. Эта связь урожая с процессами превращения органического вещества свидетельствует, что питание растений, во многом, зависит от интенсивности процессов минерализации растительных остатков и почвенного гумуса.

А.И. Чундерова и Т.П. Зубец /81/ считают, что связь урожая с ферментативной активностью почвы выше, чем с агрохимическими показателями и что возможно прогнозировать урожайность по активности почвенных ферментов с использованием математической модели. По данным А.И. Чундероой /12/, такая связь обнаруживалась у протеазы, уреазы, дегидрогеназы, но инвертаза на дерново-подзолистых почвах не может иметь высокую положительную связь с урожаем, так как повышение почвенного плодородия сопровождается повышением уровня рН, а это снижает активность инвертазы.

Т.А. Щербакова /82/ сопоставила 4-летние урожайные данные (картофель, ячмень, вико-овес, озимая рожь) опыта с удобрениями на дерново-подзолистой суглинистой почве с ее ферментативной активностью (инвертаза, протеаза, уреаза, фосфатаза). Тесная положительная связь активности инвертазы отмечена только на третий год опыта под вико-овсом (r = 0,74), что объясняется выделением бобовой культурой большого количества углеводов, которые стимулируют азотфиксацию. В опыте часто уровень активности инвертазы был выше на менее урожайных вариантах. Автор считает, что углеводы, поступившие в корни и неиспользованные в них на синтез органических соединений, выделяются в почву. На основании этого делается вывод о тесной связи инвертазы с деятельностью и развитием растений. Активность протеазы тесно коррелировала с урожаем всех культур (r = 0,74-0,86), а уреазы - с урожаем картофеля (r = 0,86) и озимой ржи (r = 0,76). Не обнаружилась связь урожая с активностью фосфатазы.

В четырех разновидностях дерново-подзолистых почв Карелии не обнаружено взаимосвязи активности гидролитических ферментов с урожайностью лугов /83/. Рассматривая связи отдельных микробиологических показателей с урожаем, надо иметь в виду и мнение Д.Г. Звягинцева, который отмечает, что известно более 1000 ферментов, присутствующих в почве, поэтому необходима осторожность в переходе от активности одного фермента к характеристике всей ферментативной активности почвы и «работы, в которых устанавливается очень высокий коэффициент корреляции между активностью определенного, произвольно выхваченного, фермента и урожаем растений, представляются просто неправдоподобными» /84, стр. 183/.

Приведенные в обзоре данные свидетельствуют о зачастую встречающихся расхождениях результатов исследований. Это объясняется отсутствием единых методик, сравнением данных, полученных в разное время и разными исполнителями (последнее особенно ощутимо при сравнении численности микроорганизмов), пестротой объекта исследования почвы, очень гетерогенной системой с высокой динамичностью биохимических процессов и микробного сообщества, что отмечается рядом исследователей /1, 50/.

В настоящем сообщении упомянута лишь небольшая часть публикаций в рассматриваемый период, но и они дают представление о направлении исследований по биологической активности дерново-подзолистых почв и свидетельствуют, что уровень продуктивного потенциала этих почв в значительной степени определяется состоянием их микробоценоза, его количественным и качественным составом, его суммарной активностью и интенсивностью биохимических процессов, обусловленной содержанием в почве определенного пула ферментов. Эта подвижная биологическая система в условиях агроценозов подвержена воздействию различного рода факторов, среди которых и антропогенные в виде многих приемов технологий. Изменяя уровень и виды нагрузки на микробную систему, они могут влиять на интенсивность круговорота веществ и пищевой режим почвы, на баланс гумуса, синтез ростактивирующих веществ, азотофиксацию, продуцирование углекислого газа, формирование запасных и лабильных фондов. Это предопределяло в рассматриваемый период и в последующие годы необходимость иметь микробиологическое обоснование при разработке зональных технологий приемов земледелия.

Современные проблемы агроэкологического мониторинга также тесно связаны с микробиологическим состоянием почвы и способами его регулирования.

Список использованных источников

1. Рыбалкина А.В. Микрофлора тундровых подзолистых и черноземных почв. /В кн.: Микрофлора почв Европейской части СССР. //Изд. АН СССР. М., 1957. С. 5-173.

2. Аристовская Т.В. Микробиология подзолистых почв. //Наука. М.-Л., 1965. 186 с.

3. Мишустин Е.Н. Микроорганизмы и продуктивность земледелия. //Наука. М., 1972. 343 с.

4. Мишустин Е.Н., Мирзоева В.А., Еникеева М.Г. Микрофлора подзолистых и дерново-подзолистых почв. /В кн.: Микрофлора почв северной и средней части СССР. //Наука. М., 1966. С. 54-96.

5. Раськова Н.В., Арсеньева М.Р., Звягинцев Д.Г. Влияние освоения и окультуривания на биохимические свойства дерново-подзолистых почв. //Вестник МГУ. Сер. Почвоведение, 1981. № 4. С. 33-37.

6. Звягинцев Д.Г. Почва и микроорганизмы. //Изд. МГУ, 1977. 256 с.

7. Красильников Н.А. Микроорганизмы почвы и высшие растения. //Изд. АН СССР, 1958. 463 с.

8. Чундерова А.И. Ферментативная активность дерново-подзолистых почв Северо-Западной зоны. /Автореф. докт. дисс. Таллин, 1973. 46 с.

9. Моисеева В.К. Микробиологические и биохимические процессы превращения азота в дерново-подзолистых почвах. /Автореф. канд. дисс. Таллин, 1975. 19 с.

10. Аристовская Т.В. Современные критерии количественной оценки роли почвенных микроорганизмов в функционировании экосистем. /Сб. тезисов докл. V съезда Всес. микроб. общества, секц. эколог. микр-мов. Ереван, 1975. С. 3-4.

11. Бобров А.А., Гельцер Ю.Г. Влияние окультуривания на биологическую активность дерново-подзолистых почв. /В кн.: Структура и функции микробных сообществ почв с различной антропогенной нагрузкой. Киев: Наукова думка, 1973. С. 146-150.

12. Чундерова А.И. Влияние севооборота и бессменных посевов на активность биохимических процессов на дерново-подзолистой почве. /В кн.: Микробиология земледелия. Л., 1970. С. 59-65.

13. Мишустин Е.Н. О роли споровых бактерий в почвенных процессах. //Микробиология, 1948. Т. 17. Вып. 3. С. 201-207

14. Мишустин Е.Н. Термофильные микроорганизмы в природе и практике. //Изд. АН СССР. М., 1950. 160 с.

15. Рыбалкина А.В., Кононенко Е.В. Микробиологическая характеристика почвы по некоторым полям севооборота Дмитровского госсортоучастка № 93. /Сб. Плодородие дерново-подзолистых почв. //Изд. АН СССР. М., 1958. С. 261-270.

16. Мирчинк Т.Г. О грибах, обусловливающих токсичность дерново-подзолистой почвы различной степени окультуренности. //Микробиология, 1957. Т. 26. Вып. 1. С. 78-85.

17. Степанова Л.Н. Влияние длительного применения минеральных удобрений на содержание токсичных бактерий в дерново-подзолистых почвах. /Научные доклады высш. школы. Биологические науки, 1959. № 3. С. 243-247.

18. Раськова Н.В., Звягинцев Д.Г., Краснова М.Г. Активность гидролаз и оксидоредуктаз в дерново-подзолистой почве с разным уровнем окультуренности. //Почвоведение, 1977. № 12. С. 124-129.

19. Ромейко И.Н., Дубовенко Е.К. Биологическая активность почвы как показатель ее плодородия. /В кн.: Пути повышения плодородия почв. Киев, 1969. С. 67-72.

20. Самосова С.М., Фильченкова В.И., Мусина Г.Х. и др. К вопросу об оценке состояния почвы по ее ферментативной активности. /В кн.: Биологическая диагностика почв. М., 1976. С. 243-244.

21. Стефанькина Л.М. Зависимость урожая ячменя от содержания гумуса и биологической активности дерново-подзолистой супесчаной почвы. /Автореф. канд. дисс. Рига, 1976. 16 с.

22. Вавуло Ф.П., Карягина Л.А. Взаимосвязь нитрификации с плодородием дерново-подзолистой почвы. /В кн.: Физиология и биохимия микроорганизмов. Минск, 1970. С. 205-212.

23. Купревич В.Ф. Биологическая активность почвы и методы ее определения. /Докл. АН СССР, 1951. Т. 79. № 5. С. 863-866.

24. Мишустин Е.Н., Петрова А.Н. Образование свободных аминокислот. //Микробиология, 1966. Т. 35. Вып. 3. С. 491-495.

25. Умаров М.М., Асеева И.В. Свободные аминокислоты почв как возможный критерий биологической диагностики почв. /В кн.: Биологическая диагностика почв. М., 1976. С. 286-287.

26. Щербакова Т.А. Ферментативная активность и плодородие почвы. /Тезисы докл. III Всесоюз. конф. «Микроорганизмы в сельском хозяйстве». М., дек., 1986. //МГУ, 1986. С. 12-13.

27. Иванов Н.С. Возможность прогноза величины урожая культурных растений по биопоказателям их ризосферы. /Тезисы докл. III Всесоюз. конф. «Микроорганизмы в сельском хозяйстве». М., дек., 1986. //МГУ, 1986. С. 85.

28. Галстян А.Ш. К оценке биологической активности почв. /Сб. тезисов докл. V съезда ВОП. Минск, 1977. Вып. 2. С. 201-202.

29. Карягина Л.А. Микробиологические основы повышения плодородия почв. //Наука и техника. Минск, 1983. 181 с.

30. Ацци Дж. Сельскохозяйственная экология. / Ил. М., 1959. 479 с.

31. Пошон Ж., Де Баржак Г. Почвенная микробиология. // И.Л. М., 1960. 560 с.

32. Берестецкий О.А. Изменение состава микробных сообществ под влиянием окультуривания почв в условиях прогрессивной системы земледелия. /В кн.: Экология почвенных микроорганизмов и микробиологические аспекты применения пестицидов в сельском хозяйстве. //АН СССР. М., 1975. С. 33-35.

33. Берестецкий О.А., Торжевский В.И. Микробиологическая индикация почвенного плодородия при выращивании сельскохозяйственных культур в севообороте и бессменно. /В кн.: Биологическая диагностика почв. М., 1976. С. 328-329.

34. Галстян А.Ш. Ферментативная активность почв Армении. /Ереван: Айастан, 1974. 275 с.

35. Звягинцев Д.Г. Биологическая активность почвы и школа для оценки некоторых ее показателей. //Почвоведение, 1978. № 6. С. 48-54.

36. Козлов К.А. Ферментативная активность почв как показатель их биологической активности. /Докл. сибир. почвоведов к VIII Междунар. почвенному конгрессу. Новосибирск, 1964. С. 96-106.

37. Чундерова А.И. Микробиологические и биохимические процессы как показатели плодородия дерново-подзолистых почв. /В кн.: Микроорганизмы в сельском хозяйстве. М., 1968. С. 75-76.

38. Щербакова Т.А. Использование показателей ферментативной активности почвы для характеристики функциональной активности ее живого населения. /В кн.: Динамика микробиологических процессов в почве. Матер. симп. 4-5 сент. 1974 г. Таллин, 1974. Ч. 1. С. 44-50.

39. Юнг Л.А. Микробиологические анализы в почвенно-агрономических исследованиях. /В кн.: Наука производству. Киров, 1963. С. 93-107.

40. Миненко А.К. Микрофлора как показатель эффективности приемов окультуривания почв. /Сб. трудов Горьковского СХИ, 52. 1973. С. 177-181.

41. Панов Н.П., Стратонович М.В., Хрипунова Г.Л. Биологическая активность почвы как показатель эффективности удобрений. /Докл. ВАСХНИЛ, 1983. № 3. С. 3-4.

42. Риыс О.О. О возможностях оценки антропогенной нагрузки на почву с помощью микробиологических тестов. Проблемы соврем. экол. Эколог. аспекты охраны окружающей среды в Эстонии. /Тез. II регион. экол. конф. Тарту, 8-12 апр. 1982 г. Тарту, 1982. С. 90-91.

43. Шугалей Л.С. Использование некоторых показателей биологической активности почв в качестве диагностических признаков. /Биологические процессы в лесных почвах Сибири. Красноярск, 1980. С. 79-99.

44. Кауричев И.С., Гречин И.П. Почвоведение. М.: Колос, 1969. 543 с.

45. Кук Дж. Регулирование плодородия почвы. М.: Колос, 1970. 520 с.

46. Немчинов А.А. О плодородии почв (сущность плодородия и пути его повышения). /В кн.: Третий делегат. съезд почвоведов. М., 1968. С. 83-87.

47. Панников В.Д. Почвы, удобрения и урожай. М.: Колос, 1964. 336 с.

48. Роде А.А. Почвоведение. М.-Л.: Гослесбумиздат, 1955. 524 с.

49. Рюбензам Э., Рауэ К. Земледелие. М.: Колос, 1969. 520 с.

50. Клевенская И.Л. К вопросу о применении некоторых микробиологических тестов для оценки свойств почв. В кн.: Проблемы и методы биологической диагностики и индикации почв. М.: Наука, 1976. С. 250-260.

51. Хазиев Ф.Х. Почвенные ферменты. М.: Знание, 1972. 32 с.

52. Руссель С. Микроорганизмы и жизнь почвы. М.: Колос, 1977. 223 с.

53. Авдонин Н.С. Повышение плодородия кислых почв. М.: Колос, 1969. 304 с.

54. Ковда В.А. Основы учения о почвах. Общая теория почвообразовательного процесса. М.: Наука, 1973. Кн. 1. 468 с.

55. Дубовенко Е.К., Уласевич З.И. Изучение активности некоторых ферментов в прикорневой почве сельскохозяйственных растений. /Докл. симпоз. по ферм. почвы. Минск, 1968. С. 320-326.

56. Галстян А.Ш. Некоторые вопросы почвенной фенментологии. /Докл. симпоз. по ферм. почвы. Минск, 1968. С. 24-38.

57. Купревич В.Ф., Щербакова Т.А. Почвенная энзимология. Минск: Наука и техника, 1966. 273 с.

58. КозловК.А. Биологическая активность почв. / Обзор . Изд-во АН СССР, сер. Биология, 1966, №5. С. 719-733.

59. Щербаков А.П. Ферментативная активность и азотный режим почв. /Тез. докл. V делег. съезду ВОП. Минск, 1977. Вып. 2. С. 236-237.

60. Кулаковская Т.Н., Стефанькина Л.М. Взаимосвязь показателей биологической активности с содержанием гумуса и урожаем ячменя на дерново-подзолистой супесчаной почве. /Тез. докл. V съезда Всесоюзн. микроб. общ-ва, секц. с.-х. микроб. Ереван, 1975. С. 75.

61. Миненко А.К. Некоторые вопросы экологии и физиологии фосформинерализующих микроорганизмов. /Автореф. канд. дисс. М.: МГУ, 1965. 19 с.

62. Вавуло Ф.П., Карягина Л.А., Барташевич Л.М. Изменение ферментативной активности дерново-подзолистой и торфяно-болотной почв под влиянием удобрений. /Сб. докл. симпоз. по ферментам почвы. Минск, 1968. С. 340-355.

63. Васюк Л.Ф. Ферментативная активность и микрофлора различных генетических горизонтов дерново-подзолистых, дерново-карбонатных и черноземных почв. /Сб. докл. симпоз. по ферментам почвы. Минск, 1968. С. 197-204.

64. Ромейко И.Н., Битюкова Л.Б., Попов Ф.А. и др. Обработка дерново-подзолистой почвы - один из путей регулирования ее биологической активности. /Тез. докл. V съезда ВОП. Минск, 1977. Вып. 2. С. 206-208.

65. Мальцева Н.Н. Активность процесса азотфиксации в основных типах почв УССР и роль отдельных групп азотфиксирующих микроорганизмов в обогащении почв связанным азотом. /Тез. докл. VI съезда ВОП. Тбилиси, 1981. Кн. 2. С. 172-173.

66. Евдокимова Н.В. Влияние удобрений на биологическую активность дерново-подзолистой почвы. /Автореф. канд. дисс. М., 1975. 19 с.

67. Самохвалов С.М. Микрофлора и биологическая активность дерново-подзолистой почвы в условиях нового агрокомплекса. /Автореф. канд. дисс. М.: МГУ, 1973. 25 с.

68. Василенко Е.С., Рыбалкина А.В. Активность некоторых ферментов при разложении органических веществ в почве. /Сб. докл. симпоз. по ферментам почвы. Минск, 1968. С. 39-54.

69. Рахно П.Х. Корреляция между численностью микроорганизмов и свойствами почвы. /В кн.: Вопросы числен., биомассы и продук. почвен. мик-в. Л.: Наука. 1972. С. 79-87.

70. Ландина М.М. Физические свойства и биологическая активность почв. Новосибирск: Наука, Сибирское отдел., 1986. 143 с.

71. Звягинцев Д.Г. Взаимосвязь микроорганизмов с твердыми поверхностями. М.: Изд-во МГУ, 1973. 176 с.

72. Сапожников Н.А. Роль механической обработки в окультуривании суглинистых и глинистых подзолистых почв. В кн.: Материалы научно-метод. совещания по обработке почвы. М., 1961. С. 71-87.

73. Наплекова Н.Н., Туровинин А.А. Влияние плотности сложения пахотного слоя на биологическую активность почвы и урожай картофеля. //Сибирский вест. с.-х. науки, 1975. № 5. С. 9-13.

74. Зырин Н.Г., Орлов Д.С. Физико-химические методы исследования почв. М.: Изд-во МГУ, 1964. 348 с.

75. Новогрудский Д.М. Почвенная микробиология. Алма-Ата: Изд-во АН Каз. ССР, 1956. 402 с.

76. Кауричев И.С. Почвенный раствор и окислительно-восстановительные процессы в почве. В кн.: Почвоведение. М.: Колос, 1975. С. 167-174.

77. Сердобольский И.П. Щелочно-кислотные и окислительно-восстановительные условия питания растений марганцем, железом и нитратами. /Тр. юбил. сессии, посвящен. столетию со дня рождения В.В. Докучаева. М., 1949. С. 37-42.

78. Петровский Е.И. Окислительно-восстановительные условия и сезонная динамика некоторых почвенных процессов в звене севооборота в дерново-подзолистой легкосуглинистой почве Северо-Востока Белоруссии. /Автореф. канд. дисс. М., 1979. 16 с.

79. Габбасова И.М. Окислительно-восстановительный режим в осушенных пойменных почвах северной лесостепи Башкирии. /Автореф. канд. дисс. М, 1980. 17 с.

80. Галстян А.Ш. Об активности ферментов и интенсивности дыхания почвы. /Докл. АН СССР, 1959. Т. 127. № 5. С. 1092-1102.

81. Чундерова А.И., Зубец Т.П. Математическая модель прогнозирования урожая сельскохозяйственных культур по активности почвенных ферментов. /В кн.: Микроорганизмы и продуктивность с.-х. Тез. докл. VI съезда микроб. общ-ва. Рига, 1980. 24 с.

82. Щербакова Т.А. Ферментативная активность почв и трансформация органического вещества. Минск: Наука и техника, 1983. 222 с.

83. Ершов В.В. Активность ферментов почв естественных лугов Карелии. / В сборн. докл. симпоз. по ферментам почвы. Минск: Наука и техника, 1968. С. 151-164.

84. Звягинцев Д.Г. Биология почв и их диагностика. /В кн.: Проблемы и методы биологической диагностики в исследовании почв. М.: Наука, 1976. С. 175-189.

Размещено на Allbest.ru

...