Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Влияние минеральных удобрений и мелиорантов на плодородие и ферментативную активность черноземов ЦЧО (Обзор литературы) 10
Глава 2. Природные условия и почвенный покров Каменной степи 34
2.1. Климат и метеорологические условия в период проведения исследований 34
2.2. Рельеф 37
2.3. Почвообразующие породы 38
2.4 Гидрология 39
2.5. Растительность 40
2.6. Почвенный покров 41
Глава 3. Объекты и методы исследования 43
Глава 4. Характеристика черноземов Каменной степи 47
4.1. Морфо-генетические свойства черноземов Каменной степи 47 г.
4.2. Физические, физико-химические и химические свойства черноземов Каменной степи 50
Глава 5. Влияние фосфогипса и длительного применения удобрений на основные показатели плодородия чернозема обыкновенного Каменной степи 57
5.1. Влияние минеральных удобрений и фосфогипса на физико-химические свойства 57
5.2. Влияние минеральных удобрений и фосфогипса на химические свойства 59
5.3. Влияние минеральных удобрений и фосфогипса на содержание подвижных форм ТМ 64
Глава 6. Динамика ферментативной активности чернозема обыкновенного при длительном применении фосфогипса и минеральных удобрений в Каменной степи 68
6.1. Ферментативная активность чернозема обыкновенного и особенности профильного распределения ферментов 69
6.2. Влияние фосфогипса на ферментативную активность чернозема обыкновенного 74
6.3. Влияние минеральных удобрений на ферментативную активность чернозема обыкновенного 77
6.4. Сезонная динамика ферментативной активности чернозема обыкновенного при внесении минеральных удобрений и фосфогипса 84
Выводы 95
Рекомендации производству 96
Список опубликованных работ по теме диссертации 97
Список использованной литературы
- Почвообразующие породы
- Морфо-генетические свойства черноземов Каменной степи 47 г.
- Влияние минеральных удобрений и фосфогипса на химические свойства
- Влияние минеральных удобрений на ферментативную активность чернозема обыкновенного
Введение к работе
Актуальность проблемы
Направленное регулирование минерального питания растений посредством внесения удобрений и мелиорантов предполагает необходимость постоянного контроля и глубокой оценки экологических последствий применения их не только при прямом действии, но и в последействии Влияние агрохимикатов на плодородие и биологические свойства почв - многостороннее Оно может быть прямым - это действие на пищевой режим почвы, и косвенным — это воздействие на рост почвенных организмов, растений и продуцирование ими ферментов в почву
Среди известных методов диагностики антропогенных изменений агрохимических и биологических свойств черноземов наиболее перспективным считается метод, основанный на определении ферментативной активности почвы Его преимуществом является возможность определения изменений в почве на ранних стадиях и возможность прогнозирования направленности почвенных процессов (Звягинцев, 1976, Хазиев, 1982, Щербаков, 1996, 2000, Стахурлова, 2000, Девятова, 2006) В связи с этим исследование совместного влияния фосфогипса и минеральных удобрений на различных по степени обеспеченности элементами минерального питания фонах на плодородие и ферментативную активность чернозема обыкновенного, проведенное нами на опытном поле НИИСХ ЦЧП им В В Докучаева в Каменной степи, весьма актуально в теоретическом и практическом отношениях
Цель и задачи работы
Целью работы является изучение влияния фосфогипса и минеральных удобрений на основные показатели плодородия и ферментативную активность чернозема обыкновенного Каменной степи
В соответствии с целью исследования были поставлены следующие задачи
-
Исследовать влияние минеральных удобрений и фосфогипса на физико-химические и химические свойства чернозема обыкновенного в условиях многолетнего стационарного опыта
-
Выяснить особенности профильного распределения инвертазы, уреазы и каталазы и установить взаимосвязь ферментативной активности чернозема обыкновенного с его химическими и физико-химическими свойствами
-
Установить связь между содержанием подвижных соединений Zn, Ni, Pb, Cd и инвертазной, уреазной и каталазной активностью чернозема обыкновенного
-
Выявить влияние длительного систематического применения минеральных удобрений и фосфогипса на инвертазную, уреазную и каталазную активность чернозема обыкновенного
5. Проанализировать сезонную динамику инвертазной, уреазной и
| каталазной активности чернозема обыкновенного при выращивании
проса в условиях опыта Научная новизна Впервые на черноземе обыкновенном Каменной степи исследовано в инамике влияние фосфогипса, вносимого совместно с минеральными удобрениями,
на его инвертазную, уреазную, каталазную активность, химические и физико-химические свойства, определяющие почвенное плодородие Показано, что длительное применение фосфогипса и минеральных удобрений не приводит к снижению плодородия чернозема обыкновенного Каменной степи Минеральные удобрения в комплексе с фосфогипсом способствуют уменьшению содержания обменного натрия в черноземе обыкновенном Установлено, что внесение минеральных удобрений в дозе МзооРбооКбоо в запас с последующим ежегодным внесением дозы N40P40K40 приводит к значительному снижению уреазной активности чернозема обыкновенного, вследствие подкисления реакции почвенной среды и накопления в почве ионов С1, а также Cd Фосфогипс незначительно понижает инвертазную активность чернозема обыкновенного при совместном внесении с минеральными удобрениями в результате иммобилизации инвертазы Летом уреазная, инвертазаная и каталазная активность чернозема обыкновенного значительно превосходит весенние и осенние показатели, так как в июле наиболее благоприятные погодные условия для активности этих ферментов, и наблюдается наибольшая интенсивность роста растений проса По степени чувствительности к воздействию минеральных удобрений и фосфогипса на чернозем обыкновенный ферменты можно расположить в ряд уреаза=инвертаза>каталаза Защищаемые положения
-
На естественном и повышенном фонах чернозема обыкновенного ежегодное внесение фосфогипса и минеральных удобрений в дозе N40P40K40 улучшает обеспеченность подвижными соединениями азота, фосфора, калия и Zn, что повышает уровень его эффективного плодородия и, как следствие, его ферментативную активность
-
Внесение минеральных удобрений в дозе Ы3ооРбооКбоо в запас с последующим ежегодным внесением дозы N40P40K40 приводит к значительному снижению уреазной активности чернозема обыкновенного, вследствие подкисления реакции почвенной среды и накопления в почве ионов С1, а также Cd
-
Совместное внесение минеральных удобрений и фосфогипса не приводит к накоплению подвижных соединений Pb, Zn, N1, Cd в черноземе обыкновенном в количествах, превышающих ПДК, в результате чего резкого негативного их влияния на его инвертазную, уреазную и каталазную активность не происходит
Практическая значимость
Из полученных материалов следует, что оптимальной для получения урожая проса и сохранения природной направленности и интенсивности ферментативных процессов чернозема обыкновенного является доза N40P40K40, вносимая на естественном и повышенном фонах Влияние фосфогипса на чернозем обыкновенный прекращается через 10 лет, поэтому целесообразно увеличить дозу и периодичность его внесения Внесение минеральных удобрений совместно с фосфогипсом не приводит к заметному накоплению ТМ в почве, поэтому его можно рекомендовать в качестве мелиоранта на черноземе обыкновенном Полученный новый фактический материал и теоретические положения используются в курсах
лекций «Агрохимия», «Системы применения удобрений» и «Мелиорация почв», читаемых на биолого-почвенном факультете Воронежского госуниверситета Организация исследований и вклад автора
Автором проведены отбор полевого материала, выполнение основной части экспериментальных исследований, анализ и обобщение полученной информации, статистическая обработка и систематизация полученных материалов В диссертации использовались материалы, полученные лично автором, и в процессе совместной работы с отделом агрохимии НИИСХ ЦЧП им В В Докучаева при решении государственной проблемы 05 0101 «Изучить эффективность минеральных удобрений и кальцийсодержащих мелиорантов под основные сельскохозяйственные культуры в зависимости от обеспеченности почв элементами питания», а также в рамках проекта № 05-04-96406, поддержанного грантом РФФИ
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы обсуждались и получили положительную оценку на научных конференциях I Международная научная конференция «Деградация почвенного покрова и проблемы агроландшафтяого земледелия», 24-28 сентября 2001 г, Ставрополь, VII Международная Пущинская школа-конференция молодых ученых «Биология — наука XXI века», 14-18 апреля 2003 г, Пущино, Международная школа «Современные методы эколого-геохимической оценки состояния и изменений окружающей среды», 15-20 сентября
2003 г, Новороссийск, Международная научно-практическая конференция «Модели
и технологии оптимизации земледелия», 9-11 сентября 2003 г, Курск,
Всероссийская конференция «VII Докучаевские молодежные чтения», 1-6 марта
2004 г, Санкт-Петербург, VIII Международная Пущинская школа-конференция
молодых ученых «Биология - наука XXI века», 17-21 мая 2004 г, Пущино, Научная
конференция, посвященная 40-летию образования факультета агрохимии,
почвоведения и экологии ВГАУ «Агроэкологические проблемы в сельском
хозяйстве», Воронеж, 2005 г, Научная сессия ВГУ, 2005 г, Воронеж, Областная
научно-практическая краеведческая конференция «Воронежское краеведение
Традиции и современность», 27 ноября 2005 г, IX Всероссийская конференция
«Докучаевские молодежные чтения», 1-3 марта 2006 г, Санкт-Петербург,
Международная научная конференция «Экология и биология почв проблемы
диагностики и индикации», 19-22 апреля 2006 г, Ростов, Научная сессия ВГУ
«Эколого-физиологические и физико-химические основы взаимодействия
биосистем различных уровней организации с окружающей средой», 14 апреля, 2006
г, Воронеж, Всероссийская конференция, посвященная 70-летию кафедры
почвоведения и агрохимии Воронежского государственного университета
«Черноземы России экологическое состояние и современные почвенные процессы»,
25-28 сентября 2006 г, Воронеж
Публикации
По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ
Структура и объем диссертации
Почвообразующие породы
В результате сельскохозяйственного использования черноземов Центрально-Черноземной области произошли существенные изменения их химических и физико-химических свойств. Верхние горизонты черноземов подверглись дегумификации, декальцинированию, в них повысилась величина гидролитической кислотности и снизилась степень насыщенности основаниями [110,126,164,165].
Основным приемом повышения потенциального плодородия почв и роста урожайности возделываемых культур является применение органических и минеральных удобрений. Систематическое применение органических, минеральных удобрений и кальцийсодержащих мелиорантов значительно повышает плодородие почвы, обогащая ее подвижными формами азота, фосфора, калия, поддерживает почву в активном биологическом состоянии. К настоящему времени как в России, так и в Центрально-черноземной области накоплен значительный научный и практический опыт по повышению плодородия почвы [111, 112, 124, 142].
В.М. Гнатышина, С.Г. Бондаренко (1989) установили, что применение минеральных удобрений для повышения количества легкодоступных растениям элементов питания оптимально только до 120 кг/га д.в., поскольку чрезмерное повышение концентрации элементов питания приводит к нарушению сложившегося природного равновесия, что влияет на продуктивность растений и окружающую среду [39].
На черноземах выщелоченных, типичных и обыкновенных (Тамбовская опытная станция, НИИСХ ЦЧП им.В.В. Докучаева) оптимальными дозами минеральных удобрений под просо следует считать N30-40 Р30-40 К30-40 [89, 98, 116, 117] Однако, несмотря на достигнутые результаты, в последние годы в связи с дефицитом и значительной дороговизной минеральных удобрений возникла необходимость разработки способов наиболее эффективного использования их под сельскохозяйственные культуры, в том числе и под просо. В этой связи, сотрудниками НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева (К.И. Гриднева (1997); В.Т. Рымарь, Г П. Покудин, А.У. Павлюченко (1997); В.Т. Рымарь, Г.П. Покудин, Д.Н. Агафонов (1998); Н.С. Беспалова (2000); О.В. Дубровина (2004); СВ. Мухина (2006)) предложена и изучается схема повышения плодородия чернозема обыкновенного в условиях Каменной степи путем внесения минеральных удобрений и фосфогипса [43, 134, 136, 15, 54, 109]. Фосфогипс при этом играет многофункциональную роль, во первых он является очень дешевым фосфорсодержащим минеральным удобрением, а во вторых его можно рекомендовать для устранения остаточной и предотвращения вторичной солонцеватости чернозема обыкновенного, в третьих - фосфогипс является кальций содержащим мелиорантом и обогащает почву кальцием. Н.А. Арзыбов (1998) подчеркивает, что кальцию принадлежит защитная роль в сохранении и накоплении гумусовых веществ черноземов, предотвращении их вымывания и повышении устойчивости к микробиологическому воздействию. Несвязанные с кальцием гумусовые вещества черноземов могут мигрировать вниз по профилю почвы, что приводит к деградации и снижению плодородия этих уникальных почв [9]. Известно, что с 1936 г на территории Каменной степи наблюдается подъем грунтовых вод. По своему химическому составу воды являются жесткими и богатыми солями натрия [129]. Подъем грунтовых вод может привести к образованию солонцеватости чернозема обыкновенного [135]. Т.е. применение фосфогипса является мерой профилактической санации чернозема обыкновенного в Каменной степи.
Важным фактором, влияющим на эффективность мелиорантов, является скорость их растворения. Фосфогипс растворяется быстрее гипса и углекислого кальция благодаря высокой степени дисперсности, поэтому быстрее вытесняет натрий и водород из поглощающего комплекса почвы [59].
Повышение урожайности возделываемых культур при внесении фосфогипса обычно связано с улучшением физико-химических свойств мелиорируемых почв. Однако с этим мелиорантом часто вносится различное количество доступных для растений соединений фосфора. Поэтому на почвах с низким содержанием подвижного фосфора, как отмечают В.В. Окорков и А.К. Мухамеджанова (1987), может проявиться и удобрительное действие мелиоранта [120].
Н.С. Беспалова (2000) при исследовании действия различных минеральных удобрений и фосфогипса на чернозем обыкновенный под просом зафиксировала влияние 3 т/га фосфогипса на состояние почвенного поглощающего комплекса спустя 6 лет после внесения. Применение дозы N40P40K40 совместно с фосфогипсом повысило урожайность проса на 25%. При этом увеличилось содержание белка в зерне с 10.0 до 10.4% [15].
О.В. Дубровина (2004) отмечает, что систематическое применение минеральных удобрений и фосфогипса на черноземе обыкновенном не приводит к накоплению тяжелых металлов в почве и растениях. Применение фосфогипса в количестве 3 т/га один раз за ротацию севооборота способствовало увеличению содержания в почве подвижного фосфора на 5,6 мг/кг почвы и не оказало существенного влияния на количество нитратного азота и обменного калия в слое почвы 0-30 см, а также повысило урожайность кукурузы [54].
Как правило, при исследовании продукционного процесса анализируются только афохимические показатели почвенного плодородия, но этого может оказаться недостаточно с точки зрения изучения устойчивости плодородия почвы во времени. Необходимо комплексное исследование почвенных процессов и режимов [25]. При этом информативный материал может быть получен в многолетнем, комплексном, многофакторном полевом эксперименте [94].
Ферментативная активность тесно связана с агрохимическими показателями плодородия почв [90, 141, 175]. Под выражением «ферментативная активность почвы» понимается способность почвы проявлять каталитическое воздействие на процессы превращения экзогенных и собственных органических и минеральных соединений благодаря имеющимся в ней ферментам, представляющим собой белки с молекулярной массой от 10000 до нескольких млн. у.е [96].
Морфо-генетические свойства черноземов Каменной степи 47 г.
Каменная степь расположена в центральной части Воронежской области. А И. Пащенко (1992) описывает климат Каменной степи как умеренно-континентальный с относительно холодной зимой и жарким, нередко засушливым летом. Среднегодовая многолетняя температура воздуха равна +5,4С. Самые холодные месяцы - январь и февраль, средняя температура января - 9,9С, февраля - 9,7С. Абсолютный минимум за период наблюдения - 39С мороза. Самый теплый месяц - июль, его средняя температура + 20,1 С, а абсолютный максимум достигает +41 С [127].
Зимний период продолжается в среднем 137 дней. Многолетняя среднемесячная относительная влажность воздуха равна 73,7%. С ноября по март температура в почве держится ниже нуля. Вегетационный период составляет 192 дня. Средняя сумма среднесуточных температур более 10 С — 2730С. Устойчивое прогревание почвы на глубине 10 см до 10С в среднем происходит с 30 апреля, а до 15С - с 20 мая. Общего количества тепла вполне достаточно для роста и созревания растений умеренных широт и некоторых теплолюбивых культур - среднеспелой кукурузы, сои, бахчевых и др. [127].
Каменная степь находится в зоне недостаточного увлажнения. Гидротермический коэффициент здесь по многолетним наблюдениям составляет в среднем 0,75, то есть это засушливая антициклонная область умеренного пояса, а точнее, переходная зона от лесостепи к степи с неустойчивым увлажнением. Годовая норма осадков около 470 мм [139]. Длительные периоды без дождей составляют 30-40 дней подряд. В период вегетации наблюдаются суховеи (в году около 30 дней). Устойчивый снежный покров сохраняется 103 дня. Средняя высота его в поле - 15-20 см, в лесополосах - иногда более метра. Снеготаяние происходит в марте-апреле.
Максимальный запас воды в снеге накапливается в марте и составляет 60 - 70 мм [22]. В 2000-2002 гг., когда проводились исследования, отмечены различия в метеорологических условиях как в целом по каждому году, так и по периодам вегетации. Годовые суммы осадков (табл. 2.1) за 2000 и 2001 годы находятся на одном уровне, тогда как их количество за период вегетации различны и составляют 364,4 мм и 233,7 мм соответственно. Большая сумма осадков, выпавших в 2000 году, отмечена благодаря интенсивным дождям, прошедшим в июне (117,4 мм) и сентябре (149,6 мм) этого года. В 2001 году сумма осадков за июнь и сентябрь составила 66,3 мм и 60,2 мм соответственно, что в два раза меньше, чем в 2000 году. Наименьшее количество осадков, зарегистрированных за период вегетации, отмечено в 2002 году (149,8 мм), максимум приходится на сентябрь (87,0 мм). закономерность: с июня происходит рост температуры к июлю, где она, достигая максимума, постепенно падает до минимума в сентябре (рис. 2.2).
Переходное положение территории Каменной степи от Окско-Донской равнины к Калачской возвышенности обусловило и переходный характер рельефа с общим уклоном в северном направлении. Абсолютные отметки колеблются от 204 м между поселками Осиновый и Михино до 117 м в долине Чиглы. В целом территория Каменной степи представляет равнинную поверхность, распадающуюся на пологие склоны, которые незаметно сливаются в своих верхних частях с возвышенно-ровными плакорами. Местами наиболее плоские части их несут значительное количество слабо очерченных блюдцеобразных западин, неоформленных ложбинок, наличие которых ведет к развитию комплексности почвенного покрова. На таких участках, занимающих большую площадь, неглубоко (2,5-5м) залегают грунтовые воды. В этих условиях формируются лугово-черноземные и черноземно-луговые почвы с пятнами засоленных и осолодело-солонцеватых почв по западинам [101].
По восточной окраине Каменной степи более чем на 10 км протянулся склоновый тип местности, который отличается расчлененной поверхностью с крутизной более 3 , пестротой литологического состава материнских пород, незначительной глубиной залегания грунтовых вод. Наличие междуречного, плакорного и склонового типов местностей на территории Каменной степи обусловило специфический по компонентному составу характер структуры почвенного покрова [101].
Участок Каменной степи между рекой Чиглой и балкой Таловой представляет собой равнину с постепенным, еле заметным падением на запад -северо-запад к р. Чигле и более резким падением к балке Таловой. В западной части участка имеются спокойные, плоские, широкие потяжины, постепенно углубляющиеся и переходящие в глубокие балки с целой серией водоемов. Характерным для плоских недренированных участков Каменной степи является наличие сильно выраженного микрорельефа, что характерно для залежных участков заповедника. Вся поверхность здесь покрыта бугорками, западинами и «блюдцами» [115].
Влияние минеральных удобрений и фосфогипса на химические свойства
В почве в основном функционируют связанные ферменты. Характер и степень иммобилизации поступающих в почву ферментов определяются свойствами почвы. Стабилизация (иммобилизация) ферментов в почве происходит в результате адсорбции или хемосорбции на почвенных частицах. В почве ферменты связываются с глинистыми минералами (Звягинцев, Великанов, 1968; Котелев, 1964; Kiss, 1958), с гумусовыми веществами (Bums, 1977; Burns и др., 1972; Ladd, Butler, 1975; McLaren и др., 1975), целлюлозой и другими полисахаридами (Щербакова, 1980; Satyanarayna, Getzin, 1973) [19, 193, 194, 181, 180, 190, 198, 175, 197]. Благодаря адсорбции ферментов и ферментсодержащих клеточных дезагрегатов, почва формирует относительно устойчивый ферментный уровень и приобретает постоянно функционирующую биокаталитическую способность. Почва обладает огромной адсорбирующей поверхностью, благодаря чему поступающие ферменты сразу адсорбируются — иммобилизуются и стабилизируются, а часть ферментов (неадсорбированные или непрочносвязанные) разрушается в результате автолиза или протеолиза и ассимиляции гетеротрофными микроорганизмами. Иммобилизация происходит путем образования разнообразных связей между молекулой белка и абсорбирующей поверхностью в результате электростатического и гидрофобного притяжения, образования водородных и ковалентных химических связей. Доля разрушаемого фермента, характер иммобилизации и степень стабилизации определяются молекулярной структурой фермента, свойством адсорбирующей поверхности почвы (минералогический, гранулометрический и химический состав, удельная поверхность, емкость и катионный состав поглощающего комплекса, гумусовая характеристика почвы, особенно состав функциональных групп гумуса), влажностью и температурой среды. Различные аспекты модификации ферментов в процессе иммобилизации, изменения их активности подробно обсуждены в обзорах Д.Г. Звягинцева (1977,1979) [65, 62]. Почвы, имеющие более тяжелый гранулометрический состав, большую удельную поверхность и емкость поглощения, характеризуются большей адсорбирующей способностью. При этом насыщение минералов и гумусовых кислот двух- и трехвалентными катионами способствует более прочной адсорбции молекул фермента и большему снижению их активности [65]. Есть предположение, что в почве ферментные молекулы преимущественно связаны с гумусовыми веществами с помощью аминных групп белка и карбоксильных групп гумусовых кислот. Среди почвенных минералов большей иммобилизующей способностью характеризуются минералы монтмориллонитовой группы в результате возможности адсорбции ферментов в межплоскостных пространствах минерала [33, 38, 62, 189].
При иммобилизации изменяются кинетические характеристики ферментов — смещаются оптимумы рН и температуры, обычно возрастают энергия активации и константа Михаэлиса и снижается максимальная скорость реакции [45]. В результате существенной модификации структуры и конфигурации молекулы фермента и расположения ее в специфической микрозоне на границе раздела твердой поверхности и жидкости (где возникают особая концентрация катионов и ионов водорода, особые условия для концентрации субстрата, а также продуктов реакции, ингибиторов и активаторов ферментативных реакций) иммобилизованные ферменты изменяют свою активность, в большинстве случаев снижают ее. При этом ферменты оказываются защищенными от ингибирующих факторов и стабилизируются, благодаря чему ферментативная активность сохраняется долго [62].
Таким образом, внесение фосфогипса незначительно влияет на химические и физико-химические свойства чернозема, поэтому его ферментативная активность, тесно связанная с этими свойствами, мало изменяется. Отсюда следует, что спустя 10 лет после внесения фосфогипса его последействие прекращается.
Влияние минеральных удобрений на ферментативную активность чернозема обыкновенного
Минимальная инвертазная активность чернозема обыкновенного была на контрольном варианте (А1, В1). Создание высокого фона (вариант А9), путем внесения в запас дозы удобрений, привело к увеличению активности инвертазы в почве до 20.0 мг глюкозы на 1 г почвы за 24 часа, что на 1.4 мг глюкозы на 1 г почвы за 24 часа больше ее активности на естественном уровне (А1) (табл. 6.2). Ежегодное применение минеральных удобрений в дозе N40P40K40 на естественном (вариант В4) и высоком фонах (вариант В12) вызвало увеличение инвертазной активности на 1,3-1,6 мг глюкозы на 1 г почвы за 24 часа.
Создание повышенного фона (варианты А5, В5) путем внесения в запас дозы минеральных удобрений, а также ежегодное применение минеральных удобрений на этом фоне (варианты А8, В8) не вызвало существенных изменений инвертазной активности чернозема обыкновенного. Всплеск инвертазной активности чернозема обыкновенного на высоком фоне при ежегодном внесении минеральных удобрений может быть вследствие подкисления реакции среды (рис. 6.2).
Влияние минеральных удобрений на ферментативную активность чернозема обыкновенного
Прямое воздействие температуры и влажности на биологическую активность заключается в том, что вода непосредственно участвует во многих биохимических реакциях, обусловливая возможность протекания ферментативных процессов. В воде в растворенном состоянии находятся многие субстраты, ферменты, активаторы и ингибиторы, в то время как тепло является термодинамическим условием для протекания биокаталитических реакций. Температура контролирует также растворимость субстратов и различных солей в почве, могущих служить активаторами или ингибиторами ферментов [155].
Таким образом, инвертазная, уреазная и каталазная активность чернозема обыкновенного закономерно уменьшается с глубиной по почвенному профилю вследствие тесной положительной корреляции с содержанием гумуса, щелочногидролизуемого азота. Внесение минеральных удобрений в дозе N40P40K40 на естественном и повышенном фоне повышает уровень эффективного плодородия чернозема обыкновенного и, следовательно, его инвертазную, уреазную и каталазную активность. Однако, длительное внесение минеральных удобрений в дозе N40P40K40 на высоком фоне (N300P600K600) снижает уреазную активность чернозема обыкновенного из-за подкисления реакции почвенной среды и накопления подвижных соединений Cd. Фосфогипс понижает инвертазную активность чернозема обыкновенного из-за иммобилизации фермента. К действию минеральных удобрений и фосфогипса активность каталазы оказалась малочувствительной. Между урожайностью проса и ферментативной активностью чернозема обыкновенного установлена положительная корреляция (г=0.4-0.7). Поэтому на вариантах опыта с лучшими условиями питания увеличивалась урожайность и, следовательно, ферментативная активность чернозема обыкновенного. В условиях опыта резкого негативного влияния подвижных соединений Pb, Zn, Ni на ферментативную активность чернозема обыкновенного не выявлено, за исключением подвижного Cd. Выводы
1. На естественном и повышенном фонах ежегодное внесение фосфогипса и минеральных удобрений в дозе N40P40K40 улучшает обеспеченность чернозема обыкновенного подвижными соединениями азота, фосфора, калия и Zn, что повышает уровень его эффективного плодородия. При этом усиливается рост и развитие возделываемой культуры, достоверно повышается урожайность проса и, как следствие, повышается ферментативная активность чернозема обыкновенного.
2. Существенное действие фосфогипса на содержание подвижного фосфора и состав ППК чернозема обыкновенного при выращивании проса спустя 10 лет прекращается.
3. В профиле чернозема обыкновенного Каменной степи было выявлено закономерное уменьшение активности инвертазы, уреазы и каталазы с глубиной, что обусловлено приуроченностью ферментов к органическому веществу почвы и залеганием основной массы корневой системы растений в верхней части почвенного профиля.
4. Действие дозы минеральных удобрений N200P300K.300 на ферментативную активность чернозема обыкновенного прекращается через 10 лет, остается только влияние высокого фона, созданного дозой минеральных удобрений N300P600K600. При этом ежегодное внесение дозы N40P40K40 снижает уреазную активность чернозема обыкновенного вследствие подкисления реакции среды почвы и накопления в почве соединений подвижного Cd и ионов С1.
5. Оптимальные условия для получения урожая проса складываются на естественном и повышенном фонах опыта при внесении минеральных удобрений в дозе N40P40K.40. С позиции комплексного анализа агрохимических и биохимических показателей плодородия чернозема обыкновенного создание высокого фона, а также применение минеральных удобрений на нем в условиях Каменной степи нецелесообразно. Для получения наибольшей прибавки урожая проса при минимальных материальных затратах можно рекомендовать ежегодное внесение минеральных удобрений в дозе N40P40K40 на естественном фоне.
6. Фосфогипс в дозе 3 т/га спустя 10 лет после его внесения оказывает слабое ингибирующее действие на инвертазную активность чернозема обыкновенного, а в отношении каталазной и уреазной активности его последействие прекращается. Прекращение действия фосфогипса подтверждается отсутствием существенных различий в урожайности проса на вариантах с его внесением.
7. Использование показателя инвертазной активности позволило зафиксировать тенденцию к снижению содержания гумуса в черноземе обыкновенном на высоком фоне. Чтобы ослабить процессы минерализации органического вещества чернозема обыкновенного целесообразно вносить фосфогипс на повышенном и высоком фонах.
8. При длительном применении минеральных удобрений и фосфогипса в условиях опыта не происходит загрязнения чернозема обыкновенного подвижными соединениями Pb, Zn, Ni, благодаря его высокой экологической устойчивости. Однако отмечено не превышающее ПДК накопление подвижного Cd. Резкого негативного влияния этих ТМ на ферментативную активность чернозема обыкновенного в условиях опыта не выявлено.
9. По степени чувствительности к действию удобрений и фосфогипса ферменты можно расположить в следующий ряд: уреаза=инвертаза каталаза.
Рекомендации производству
1. С целью улучшения физико-химических, химических свойств чернозема обыкновенного и сохранения природной направленности и интенсивности ферментативных процессов, протекающих в нем, рекомендуется доза N40P40K40, вносимая на естественном и повышенном фонах.
2. Влияние фосфогипса на чернозем обыкновенный прекращается через 10 лет, поэтому целесообразно увеличить дозу и периодичность его внесения.
3. Внесение минеральных удобрений совместно с фосфогипсом не приводит к заметному накоплению ТМ в почве, поэтому его можно рекомендовать в качестве мелиоранта на черноземе обыкновенном.
