ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2014, № 6, с. 724-733
УДК 631.465
БИОЛОГИЯ ПОЧВ
БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПОД ПАШНЮ*
© 2014 г. Е. В. Даденко, М. А. Мясникова, К. Ш. Казеев, С. И. Колесников, В. Ф. Вальков
Южный федеральный университет, 344006, Ростов-на-Дону, ул. Б. Садовая, 105/42
е-таП: dadenko@mail.ru Поступила в редакцию 13.10.2011 г.
Проведена сравнительная оценка ферментативной активности, численности бактерий и содержания гумуса в целинном, многолетнем залежном и пахотном вариантах чернозема обыкновенного. Установлено, что сельскохозяйственное использование приводит к уменьшению активности ферментов и содержания органического вещества. Максимальные отличия характерны для верхних горизонтов, подвергающихся прямому воздействию. По степени устойчивости изучаемые показатели образуют следующий ряд: активность инвертазы > активность дегидрогеназы > содержание гумуса > численность бактерий > > активность каталазы. Многолетнее использование черноземов обыкновенных под пашню приводит к уменьшению интегрального показателя биологических свойств на 32—45%.
Ключевые слова: распашка, ферментативная активность, содержание гумуса, пашня, залежь, целина.
БО1: 10.7868/80032180X14060021
ВВЕДЕНИЕ
На территории России сосредоточено 50% мирового распространения богатейших почв планеты — черноземов. На черноземах производится почти 75% валовой продукции зерновых культур и 50% продукции животноводства. На юге России черноземы составляют главный земельный ресурс сельскохозяйственного производства. Однако современное состояние почв вызывает обеспокоенность в связи с возрастающей деградацией, что угрожает продовольственной безопасности России.
Черноземы подвергаются значительной антропогенной нагрузке, прежде всего, сельскохозяйственному воздействию. Степень сельскохозяйственного использования территорий на Северном Кавказе в западных равнинных районах превышает 80%, а степень распаханности — 60— 70% [18]. В первую очередь сельскохозяйственное использование земель приводит к уничтожению степной растительности, обеднению животного мира и изменению почвенного покрова. Проблема деградации пахотных черноземов в значительной степени обусловлена потерей органического вещества и ухудшением структурного состояния [20].
1 Исследование выполнено при государственной поддержке ведущей научной школы Российской Федерации (НШ-5316.2010.4, НШ-2449.2014.4), Министерства образования и науки Российской Федерации (14.A18.21.0187, 14.A18.21.1269, 16.740.11.0528) и Программы развития Южного федерального университета (213.01-24/2013-85; 213.01-24/2013-44).
При этом в разных географических условиях степень деградации почв неодинакова. Почвы с высоким уровнем плодородия, с высокой биологической активностью более устойчивы к негативным антропогенным воздействиям [5, 18].
Введение почв в сельскохозяйственное использование приводит к изменению их морфологических, физических и химических свойств. Последствия влияния распашки на почвы многообразны и включают изменение гумусного состояния, направленности биогеохимических циклов био-фильных элементов, изменение плотности и структуры почв, водного режима и др. [7, 12, 20, 28]. Сельскохозяйственное использование оказывает влияние и на почвенную биоту. Оно может быть прямым и косвенным, то есть опосредованно через изменение среды обитания (физических и химических характеристик), смена микроклимата и источников энергии (углерода), реорганизация состава биотических сообществ и их продуктивности [33, 36—38]. Распашка и сельскохозяйственное использование сопровождаются изменением интенсивности и направленности микробиологических процессов, резко меняет состав микробного сообщества, на ранних этапах интенсифицируют минерализационные процессы, уменьшается содержание органического вещества и общего азота [33].
Биологическая активность почв отражает способность почвы выполнять свои функции и имеет решающее значение в обеспечении устойчивости. Ферментативная активность почв является объ-
Характеристика исследуемых черноземов
Показатель Учхоз ДонГАУ Учхоз ЮФУ
целина пашня залежь пашня
Географические координаты 47°30'32.28'' с.ш. 47°30'33.14'' с.ш. 47°16'37.43'' с.ш. 47°16'48.2'' с.ш.
40°09'19.63'' в.д. 40°09'9.37'' в.д. 39°19'40.33'' в.д. 39°19'610'' в.д.
Мощность гор. А, см 37-49 35 32-40 30
Мощность гумусовых гор. А + АВ, см 72-80 70-75 70-74 65-70
Глубина вскипания от 10%-ного раствора 10-30 0 20-28 0
HCl, см
Глубина залегания белоглазки, см 85-95 80 72 70
Плотность поверхностных горизонтов, г/см3 0.98 1.01 1.03 1.15
Содержание физической глины (<0.01 мм) 48.1 53.1 Не опр. 53.4
в верхнем горизонте, % [2, 25, 26]
Содержание ила (<0.001 мм) в верхнем гори- 28.6 32.4 » 28.6
зонте, % [2, 25, 26]
рН водный в слое 0—20 см 7.8 8.0 7.7 8.1
Содержание гумуса в гор. Ад (0—10 см) 7.3 ± 0.81 - 5.1 ± 0.50 -
(М ± s), %
Содержание гумуса в гор. А (М ± s), % 6.5 ± 0.70 - 3.64 ± 0.25 -
Содержание гумуса в гор. А пах (0—25 см), % - 4.1 ± 0.39 - 2.1 ± 0.34
Видовое разнообразие флоры [1, 4, 18] 166 - 94 -
Фитомасса, ц/га [4, 18] 71.0 - 44.8 -
Численность микроартропод в слое 0—30 см, 70.4 Не опр. 49.2 16.4
тыс. экз/м2 [6]
ективным показателем биологической активности, отражающим интенсивность и направленность протекающих биохимических процессов. Ферментативная активность предложена как потенциальный индикатор качества почвы из-за ее связи с почвенной биотой, легкости определения и быстрого отклика на изменения, вызванные антропогенным воздействием [8, 11—13, 16, 18, 23, 33]. Количественные и качественные показатели состояния почвенной микрофлоры также могут служить ранними индикаторами изменений в почве [12, 16—18, 30, 31, 33]. Сравнительные данные, полученные в условиях агроценозов и ненарушенных земель, дают возможность оценить характер изменений, вызываемых антропогенными воздействиями.
Цель работы — изучение биологической активности чернозема обыкновенного в целинном, многолетнем залежном и пахотном состояниях.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Объекты исследования — черноземы обыкновенные южно-европейской фации, на которых расположены самые производительные сельскохозяйственные угодья. Классификация и характеристика черноземов даны согласно "Классификации почв СССР" (1977) [19], показатели гумусового состояния приведены по Гришиной, Орлову [10] и Безугловой [2].
Территория Нижнего Дона однородна по климатическим условиям, рельефу, почвообразую-щим породам, почвенному покрову, вследствие чего исследуемые почвы обладают сходными морфологическими характеристиками, физическими, химическими свойствами (таблица). Различия отмечены, прежде всего, для биологических параметров (биоразнообразия, фитомассы, биологической активности), что связано с разным характером угодий.
Исследованы пахотные варианты чернозема обыкновенного по сравнению с почвами целинной и многолетней залежной степи памятников природы: "Персиановская степь", находящегося на территории учхоза "Донское" ДонГАУ Октябрьского р-на Ростовской обл., и "Степь приазовская", находящегося на территории учхоза ЮФУ Мясниковского р-на Ростовской обл. Расстояние между исследуемыми участками составляет около 70 км. Пахотные варианты черноземов находятся в 50—100 м от целинных и залежных аналогов. На пашне применяется зернопаропро-пашной севооборот с отвальной вспашкой и общепринятой для зоны технологией возделывания сельскохозяйственных культур.
Персиановская заповедная степь — уникальный степной участок, образец исчезающей природы донских степей площадью 66 га, никогда не распахивался, лишь иногда, раз в несколько лет он подвергается сенокошению, которое заменяет
стравливание растительности дикими животными. Почвообразующими породами на территории заповедника "Персиановская степь" являются лёссовидные средние суглинки. Их мощность составляет более 20 м [18]. По характеру растительности "Персиановская степь" относится к сухому варианту приазовских степей. Постоянные многолетние наблюдения за флорой заповедника определили максимальную численность видов — 166 [1]. В течение 2001 г. при учете всех проявлявшихся видов в динамике, с начала вегетации до ее конца, установлено разнообразие в пределах 120— 140 видов [18]. Основная роль принадлежит дер-новинным плотнокустовым злакам: ковыль Лес-синга, ковыль волосатик, типчак или овсяница бороздчатая, тонконог изящный. Почва — чернозем обыкновенный карбонатный среднемощный тяжелосуглинистый (иловато-пылеватый) сред-негумусный.
Памятник природы "Степь Приазовская", площадью около 2.4 га, с начала 30-х годов прошлого века не распахивался и не подвергался существенному воздействию каких-либо других форм хозяйственной деятельности. За длительный период после исключения из хозяйственного использования на территории залежи происходили сукцессионные изменения с превращением во вторичную степь. В настоящее время травостой участка по составу видов, структуре и особенностям развития в отдельные периоды вегетации, мало чем отличается от существовавшей здесь до распашки растительности целинной приазовской степи [4]. Участок представляет многолетнюю залежь. Растительность относится к разнотравно-типчаково-ковыльной ассоциации. В ее травостое отмечено 94 вида растений. Почва — чернозем обыкновенный карбонатный среднемощный тяжелосуглинистый (иловато-пылеватый) мало-гумусный.
Исследования проведены в период с 2007 по 2011 гг. Изучение свойств пахотного и целинного чернозема обыкновенного учхоза ДонГАУ проводилось несколько раз в год — посезонно или помесячно в разные годы. Исследования на территории учхоза ЮФУ велись в 2007—2011 гг. — в июле. Установленные закономерности сохраняются для всех исследованных участков на протяжении всего рассмотренного периода. Для удобства и наглядности приведены данные за июль 2011 г.
Изучена активность ферментов двух классов: оксидоредуктаз (каталаза, дегидрогеназа) и гид-ролаз ф-фруктофуранозидаза или инвертаза). Активность каталазы и дегидрогеназы определяли по Галстяну [8], инвертазы — по Галстяну с фотоколориметрическим окончанием по Хази
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.