В Институте почвоведения и агрохимии разработаны новые биохимические и микробиологические критерии формирования плодородия дерново­подзолистых и суглинистых почв, позволяющие оценить активность процессов минерализации и гумификации в циклах углерода и азота и создать методику направленной трансформации органического вещества почвы.

ИНДИКАЦИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ

25.01.2016/№3-4 (стр.4)

Сохранение и повышение плодородия почв – наиболее важные задачи, стоящие перед агропочвенной наукой. Эта актуальная задача тесно связана с исследованием биологического статуса почв, который считается признанным критерием оценки плодородия и его изменений под влиянием антропогенной нагрузки.

Несмотря на экологическую значимость, биологические показатели практически не используются в системе мониторинга почв. Это обусловлено тем, что в настоящее время биологические исследования проводят не систематизировано; результаты разных авторов часто несопоставимы из-за сроков отбора почвенных образцов и использования разных методик для определения одного и того же показателя; в научных публикациях, как правило, приводятся отдельные биологические показатели, выбор которых часто случаен. Это дает одностороннее представление об изменениях биологического статуса почв под влиянием антропогенной деятельности.

В настоящее время для оценки биологического состояния почв используется широкий спектр показателей. Это численность и биомасса бактерий, актиномицетов, грибов, физиологических и систематических групп микроорганизмов; ферментативная активность почв; аммонифицирующая, нитрифицирующая и денитрифицирующая активность почв; аппликационные методы, включающие экспозицию в почве целлюлозных материалов и количественное определение степени их разложения; аналогично определяют накопление аминокислот и белков, протеолитическую активность – по разложению желатина; газовый анализ – эмиссия СО2, скорость азотфиксации, образования метана, водорода и т.д.

Однако до сих пор не определены наиболее перспективные биологические тесты для оценки изменения плодородия. Поэтому нами была поставлена задача разработать необходимый минимум биохимических и микробиологических показателей для количественной оценки влияния антропогенных факторов на плодородие почв и нормирования антропогенной нагрузки.

Для сохранения достигнутого к настоящему времени уровня плодородия почв необходима ранняя диагностика его трендов при разной интенсивности антропогенной нагрузки. В первую очередь это касается применения удобрений как значимого фактора регулирования плодородия. Несбалансированное применение удобрений, особенно азотных и азотно-калийных, ведет к ускоренной минерализации и непроизводительным потерям органического вещества, повышает газообразные потери азота вследствие нитрификации и денитрификации.

Ключевой атрибут качества и плодородия почвы – органическое вещество, но его содержание изменяется медленно и статистически достоверные изменения регистрируются по истечении довольно длительного периода, что затрудняет раннюю диагностику направленности изменения плодородия под действием антропогенных факторов. Процессы трансформации органического вещества протекают за счет биохимической деятельности почвенной микрофлоры.

Для диагностики плодородия важно определение активности ряда ключевых ферментов, чтобы получить информацию об интенсивности критических биохимических процессов – минерализации и гумификации органических остатков. В основе деструкционных и синтетических функций почвы лежит биохимическая деятельность микробных сообществ почвы, осуществляемая за счет ферментов, катализирующих все биохимические реакции.

Аргументы в пользу биохимической диагностики – строгая субстратная специфичность ферментов, более высокая стабильность энзиматических параметров и меньшая зависимость от гидротермических условий по сравнению с другими биологическими показателями и относительная простота измерения.

Методы определения активности ферментов более стандартизированы, что позволяет получать сопоставимые данные.

В почвах обнаружены представители всех шести известных современной энзимологии классов ферментов, однако наиболее значимую роль играют 2 класса – гидролитические и окислительные ферменты, выполняющие критические функции – минерализацию и гумификацию органических веществ. Сейчас определяется около 50 ферментов.

Гидролитические ферменты обеспечивают ускоренное протекание многостадийных процессов минерализации разнообразных по химическому составу органических соединений и высвобождение элементов питания. По значимости можно выделить ключевые гидролитические ферменты, ответственные за разложение наиболее распространенных в почве форм нахождения основных биогенных элементов – углерода и азота.

В результате исследований нами был разработан необходимый минимум биохимических и микробиологических показателей для количественной оценки влияния антропогенных факторов на активность минерализации и гумификации в циклах углерода и азота. Их применение позволяет проводить экологическую оценку систем удобрения и на ранних стадиях выявлять негативные процессы ускорения минерализации органических веществ почвы.

В наших исследованиях, проведенных на высокоокультуренной дерново-подзолистой легкосуглинистой почве, из факторов, определяющих формирование средней продуктивности культур звена севооборота 120 ц/га к.ед., доля плодородия почв составила 65%, остальная часть продуктивности обеспечивается за счет минеральных макро- и микроудобрений, средств химической защиты растений, агротехнических факторов. Нужно принимать во внимание, что при формировании такой высокой продуктивности сельскохозяйственных культур существенно возрастает химическая нагрузка как на растения, так и на почву. Поэтому в условиях интенсивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур очень важно не допустить угнетения биологических процессов в почвах.

Применение выбранных биохимических показателей позволяет сравнивать активность минерализационных и гумификационных процессов и по их соотношению устанавливать наиболее вероятные тенденции изменения плодородия при разной интенсивности антропогенной нагрузки, например, по системам применения удобрений. Конкретные примеры использования нашей разработки для экологической оценки ресурсосберегающих систем удобрения на дерново-подзолистых почвах разного гранулометрического состава и нормирования нагрузки по удобрениям опубликованы в 2015 году в журнале «Доклады НАН Беларуси». 2015. Том 59. № 5. С. 122-129.

csl.bas-net.by/xfile/doklad/2015/5/8556t.pdf

Важнейшим результатом этих исследований является то, что при применении минеральных удобрений в дозах, соответствующих технологическим регламентам, соотношение процессов минерализации гумификации находится в благоприятном биологическом равновесии, т.е. синтез гумусовых веществ несколько преобладает над его минерализацией.

Следует отметить, что биохимическая оценка соотношения активностей минерализационных и гумификационных процессов является важным и объективным критерием индикации биологического состояния почв, позволяющим учитывать биологические факторы в сочетании с фундаментальными критериями плодородия почв – высокой и устойчивой урожайностью сельскохозяйственных культур, оптимальными агрохимическими параметрами.

Виталий ЛАПА директор, академик

Наталья МИХАЙЛОВСКАЯ заведующая лабораторией микробиологии и биохимии почв, кандидат с.-х. наук

Институт почвоведения и агрохимии НАН Беларуси