ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2014, № 2, с. 217-224
АГРОХИМИЯ И ПЛОДОРОДИЕ ^^^^^^^^^^^^ ПОЧВ
УДК 631.82:631.445.4:633.34(478)
ВЛИЯНИЕ ФОСФОРНОГО И СТАРТОВЫХ ДОЗ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ФОСФАТАЗНУЮ АКТИВНОСТЬ В РИЗОСФЕРНОЙ ПОЧВЕ И НЕЛИГНИФИЦИРОВАННЫХ КОРНЯХ СОИ В УСЛОВИЯХ ЗАСУХИ
© 2014 г. Е. Е. Емнова, О. В. Дарабан, Я. В. Бызган, С. И. Тома
Институт генетики и физиологии растений АНМ, МД-2002, Республика Молдавия, Кишинев, ул. Пэдурий, 20
e-mail: kateemnova@mail.ru Поступила в редакцию 27.06.2013 г.
В период засухи 2012 г. в полевом мелкоделяночном опыте выращивали два сорта сои (Glycine max L.) на черноземе карбонатном с внесением перед посевом удобрений: суперфосфата простого (Рс) 60 кг/га, мочевины (N^ 10 и 20, селитры аммиачной (N33) 20 кг/га. Измеряли фосфатазную активность в ризосферной почве (0—20 см) и в тонких нелигнифицированных корнях растений сои в фазах цветения и формирования бобов (влажность почвы составляла 19 и 33% от полной влагоемкости соответственно). Максимальное количество подвижного фосфора в ризосферной почве обоих сортов сои (4.3—4.8 мг/100 г сухой почвы) обнаружено при использовании Рс в комбинации с N^0. По сравнению с ризосферой сорта Аура в зоне корней сорта Индра обнаружена большая активность доминирующих фосфатаз (щелочной — в ризосфере и кислой — в корнях), которые коррелировали с более низким содержанием подвижного фосфора в ризосферной почве (особенно при сочетании Рс с N 20 кг/га), а также с более высокой продуктивностью указанного сорта в этом варианте возделывания.
Ключевые слова: чернозем карбонатный, подвижный фосфор, ризосфера.
Б01: 10.7868/80032180X14020063
ВВЕДЕНИЕ
Глобальные изменения климата планеты, включая частое возникновение почвенной засухи, негативно влияют на жизнедеятельность почвенных организмов и биохимические процессы, связанные с освобождением подвижного фосфора в ризосфере в период вегетации растений [7, 20, 31]. Микроорганизмы играют центральную роль в динамике почвенного фосфора, способствуя переводу его нерастворимых неорганических форм в подвижные путем изменения рН почвы за счет синтеза и выделения в почву органических кислот, а также в динамике органического фосфора — за счет секреции в почву экзогенных гидролаз, включая фосфатазы (ФТ) [15, 27]. Одновременно почвенные микроорганизмы могут способствовать иммобилизации растворимого фосфора в своей биомассе. Все эти процессы зависят от физико-химических факторов, определяющих в целом всю микробную гетеротрофную активность, в том числе связанную с плодородием почв. В почве измеряют различные виды фосфатазной активности (ФТА): щелочной (оптимум рН 9—10), кислой (рН 4—6.5) и нейтральной (рН 7.0) фосфомоноэстераз, гидролизу-ющих моноэфиры фосфорной кислоты (глицеро-
фосфаты, сахарофосфаты, ненасыщенные ино-зитфосфаты) [16—17]. В последнее время вместо активности нейтральной фосфатазы (измеряемой в буферном растворе с рН 7.0) исследуют фосфо-моноэстеразную активность без использования буферного раствора [29], то есть при водном рН почвы, которую классифицируют как общую ФТА [14].
Засуха является одним из основных экологических стрессов в мировом сельском хозяйстве, вызывающим колоссальные потери урожаев экономически важных растений. Предложено немало стратегий, способствующих выращиванию сельскохозяйственных культур в условиях засухи. Например, повышение толерантности растений к засухе с использованием генетической селекции, требующей значительных затрат времени и средств. Альтернативное и более быстрое решение основано на экзогенном применении различных соединений, включая органические осмоли-ты, регуляторы роста растений и минеральные питательные элементы [18]. В последнее время именно эта стратегия привлекла повышенное внимание, благодаря своей эффективности и экономическим выгодам.
Использование минеральных фосфорных удобрений включено в число факторов, повышающих толерантность к водному дефициту у многих растений, в том числе и сои [23]. Показано, что эффективность указанного фактора зависит от сорта растения. Большая часть вносимого в качестве удобрения неорганического фосфора быстро связывается в нерастворимые формы (фосфаты железа, алюминия и кальция) и становится недоступной растениям, особенно в почвах с повышенными значениями рН, например, карбонатных черноземах. Растения, как и микроорганизмы, выработали ряд адаптивных механизмов обеспечения питательными элементами. Поскольку фосфор может передвигаться в почве главным образом за счет диффузии, и скорость этого процесса довольно мала, быстрое поглощение может создавать вокруг корней зоны дефицита этого важного элемента [26]. В составе корневых выделений, секретируемых растениями в почву, аналогично микробным экзопродуктам, содержатся и органические кислоты, снижающие значения рН в ризосфере, и гидролазы, в частности, активная кислая фосфатаза [4, 25, 32]. Количество корневых экссудатов может быть стимулировано дефицитом почвенной влаги [25]. Между ФТА и продуктом реакции неорганическим фосфором, измеряемым в почве, установлена отрицательная корреляционная зависимость [15, 17], есть основания предположить, что повышенная ФТА может служить индикатором недостатка подвижного Р в зоне корней.
Для возделывания сои на черноземных почвах Молдовы рекомендовано вносить фосфорные удобрения, например, суперфосфат простой (Рс) в дозе 60 кг Р205/га. Было отмечено, что содержание подвижного фосфора более 3.5 мг Р205/100 г почвы позволяло получать продукцию семян сои более 2.5 т/га [30]. Эффект фосфорных удобрений для сои должен быть реализован на фоне внесения стартовых доз различных азотных удобрений 10—20 кг М/га [3]. Известно мнение, что потребление азота сельскохозяйственными культурами в основном не зависит от формы удобрений [6, 8, 12]. Однако в последнее время обсуждают концепцию о специфических предпочтениях возделываемых растений в отношении аммонийного, нитратного ионов или их смеси [24]. Разные формы азота в составе азотных удобрений определяют особенности их физических свойств: аммиачная селитра (аммоний азотнокислый Каа) может проявлять физиологически слабокислую реакцию; мочевина (Км) — нейтральное удобрение [1, 30]. Возникают частные вопросы о том, на фоне какой формы азота: а) эффект фосфорного удобрения будет наибольшим и б) питательный режим по фосфору у различных сортов сои будет реализован успешнее в условиях дефицита почвенной влаги.
Цель исследования — изучение фосфатазной активности в ризосферной почве и корнях растений двух сортов сои при использовании минеральных удобрений в экстремальных условиях почвенной засухи.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Исследования выполняли на научно-экспериментальной базе Института генетики и физиологии растений АН Молдавии (центральная зона Республики Молдавия). В полевых условиях на черноземе карбонатном с содержанием гумуса в пахотном слое 2.66% ± 0.04 (n = 8), pH водной вытяжки — 7.61 ± 0.03 (n = 8) выращивали без орошения два сорта сои (Glycine max L. Merr.). Повтор-ность опыта — 4-кратная. Расположение делянок (5 х 2.5 м) систематическое с расстоянием между рядами 0.5 м, между делянками — 1 м (всего 32 делянки). Площадь опытного участка — 625 м2. До посева во все удобряемые делянки вносили физиологически кислое [30] фосфорное удобрение Рс (60 кг Р205/га) и стартовые дозы азотных удобрений — либо N„ (10 или 20 кг/га), либо N^ (20 кг/га). В качестве контроля служили делянки без удобрений.
Катастрофическая засуха на 95% территории Молдовы была отмечена в течение вегетационного периода 2012 г. В опыте использовали семена двух сортов сои региональной селекции Аура (А) и Индра (И), отличающихся по продуктивности (И > A) и толерантности к дефициту увлажнения (И < A) [21].
Отбор образцов ризосферной почвы и корней сои (боковых тонких нелигнифицированных) проводили в период достижения растениями фаз цветения и формирования бобов. В момент отбора проб влажность почвы составляла по фазам соответственно (минимум—максимум) 7.5—9.1 и 14.2—15.6%, что в среднем соответствовало 19 и 33% полной влагоемкости или водовместимости (ПВ) [10]. Предельную полевую влагоемкость не определяли.
Образцы почвы для анализа собирали стряхиванием слоя, прилегающего непосредственно к корням, просеивали через сито с диаметром отверстий 2 мм, удаляя растительные остатки, и хранили в холодильнике (+4°C) до анализа [14].
Фосфатазную активность почвы (ФТА — потенциал экзогенных ферментов, иммобилизованных на почвенном матриксе) измеряли на основе метода Tabatabai, Bremner (1969) [14, 17, 19, 28]. Пробы почвы (1 г) инкубировали (1 ч при температуре 37°C) с 4 мл буферного раствора и 1 мл субстрата — 0.025 М динатриевой соли р-нитрофенил фосфата гексагидрата в присутствии толуола (4 капли) в качестве антисептика для исключения активности микроорганизмов во время инкубации. Активность щелочной фосфатазы (ФТщ, КФ
3.1.3.1) определяли в присутствии буферного раствора: 0.2 М моноэтаноламин/0.1 М СН3СООН (рН 10.2); кислой фосфатазы (ФТк, КФ 3.1.3.2) -с использованием 0.01 М ацетатного буфера (рН 5.0) [14]. Активность общей (суммарной) фосфатазы (ФТобщ, КФ 3.1.3.3) определяли при естественном рН почвы, добавляя 4 мл дистиллированной воды вместо буферного раствора. Реакцию останавливали добавлением 1 мл 0.5 М раствора СаС12 и 4 мл 0.5 М №ОН. Колбу встряхивали 5 мин, и фильтровали содержимое через складчатый фильтр. Конечный объем фильтрата 10 мл. В зависимости от активности ферментов фильтрат разводили дистиллированной водой (обычно 1 : 7). Интенсивность соломенно-желтой окраски измеряли на спектрофотометре ТС80 (Великобритания) при длине волны 400 нм и величине светового пути 10 мм. Калибровочную кривую строили по серии концентраций раствора п-нитро-фенола (п-НФ). ФТА выражали в мкг п-НФ/г сухой почвы в час при температуре 37°С [19].
Корни сои сразу после отбора отмывали водопроводной водой от почвы, ополаскивали охлажденной дистиллированной водой и оставляли в холодильнике (+4°С, не более 24 ч). Предварительное тестирование показало, что в молодых тонких частях боковых нелигнифицированных корней активность ферментов максимальна по сравнению с любыми другим
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.