Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Изменение биологической активности бурой лесной почвы при сельскохозяйственном использовании

В настоящее время все большее внимание уделяется влиянию орошения и удобрения почвы на развитие и плодоношение культурных деревьев [1,9,31], и все меньшее влиянию всех этих действий непосредственно на почву. Известны работы посвященные изменению физико-химических свойств почв под влиянием сельскохозяйственного использования, в частности использования под сады [33]. Доказано, что длительное сельскохозяйственное использование почв приводит к снижению плодородия и биологической активности [7]. При этом реакция разных типов почв может значительно отличаться при одном и дом же воздействии. К.Ш. Казеевым с соавторами (2004), установлено, что лесные почвы предгорий и гор Западного Кавказа, в том числе бурые лесные, являются не устойчивыми к различным антропогенным воздействиям по сравнению с высокоплодородными степными черноземами. Интегральный показатель биологического состояния бурых лесных почв при длительной распашке (40-80 лет) снижается практически в 2 раза. Показатели биологической активности являются наиболее чувствительными индикаторами деградации почв при различных антропогенных воздействиях [10]. Причем выявлены биологические показатели, являющиеся достаточно специфичными для определенного вида воздействия. Например, действие антибиотиков в почве оказывает наибольшее влияние на аммонифицирующие бактерии [2,3,4], химического загрязнения на целлюлозолитическую активность и бактерий рода Azotobacter [24,25,26], ионизирующего излучения на микромицетов [8], переувлажнения почвы на активность ферриредуктазы [20,21]. Наиболее информативным показателем изменения почвенного покрова в процессе изменения климата является активность каталазы [22,23], а индикатором восстановления постагрогенных черноземов после прекращения сельскохозяйственного использования является активность инвертазы [28,30].

Данная работа является частью научного исследования по изучению влияния различных факторов, в том числе и антропогенных на биологические свойства почв юга России [11-13,16,17,27]. Цель исследования заключается в выявлении изменений биологической активности бурой лесной почвы в процессе использования ее под яблоневый сад и обнаружении наиболее чувствительных и специфичных биоиндикаторов деградации бурой лесной почвы.

Объектом исследования являются бурые лесные почвы, которые широко распространены на Северном Кавказе. Эти почвы имеют короткий гумусовый профиль с гуматно-фульватным типом гумуса. Характеризуются выщелоченностью от легкорастворимых солей и карбонатов, слабокислой реакцией среды. Высокая биологическая активность верхних горизонтов резко снижается с глубиной [6,15]. При выявлении изменения биологической активности бурой лесной почвы в процессе сельскохозяйственного использования изучены почвы яблоневого сада ОАО КСП «Светлогорское» Абинского района Краснодарского края, площадь сада 13,6 га, возраст - 7 лет. Яблони сортов позднего срока созревания - Ренет Симиренко, Айдаред и Флорина. Схема посадки деревьев 5х3 м. [29]. В саду заложены полнопрофильные разрезы на склонах разной крутизны и экспозиции. Первый участок расположен на склоне северо-западной экспозиции с уклоном 10-12є. Второй на склоне южной экспозиции, уклон 3-5є. На обоих участках почва вспахана через ряд. В качестве контроля выбран участок дубового леса, прилегающего к саду. Уклон контрольного участка не более 5є.

При получении аналитических данных, используемых в настоящей работе, применялась разработанная и апробированная методология исследования биологической активности с использованием общепринятых в почвоведении и биологии методов [5,14,32]. Изучение биологической активности почв проводилось профильно-генетическом аспекте. Для изучения морфологии почв и отбора почвенных образцов для лабораторных работ были заложены полнопрофильные разрезы и прикопки к ним на типичных по рельефу и растительности ключевых участках. Влажность почвы измеряли весовым методом, температуру с помощью электронного термометра. Содержание гумуса определяли методом Тюрина в модификации Никитина. Активность каталазы и дегидрогеназы изучали при естественном рН почвы методом Галстяна.

Результаты исследования показали существенное отличие свойств почв разного землепользования. При исследовании гидротермических показателей почв, выявлено, что температура почв на пашне и под лесом существенно различается. Так температура поверхности контрольной почвы составила 23,0єC, в то время как на пашне 24,5-25,4єC (рис. 1). Разница в температуре объясняется отсутствием лесной подстилки и густой кроны деревьев, которые задерживают попадание прямых солнечных лучей на почву, тем самым приводя к ее нагреву. Изменение растительности иногда может привести к сильному перегреву и иссушению почвы. Так, например, в почвах на вырубке и под лесом температура может отличаться более чем на 10єC [18,19], что в свою очередь приводит к изменению микроклимата почвы, почвенных процессов и биологических свойств почв. Распашка и изменение растительности привели не только к изменению температуры в поверхностном слое, но и по всему профилю. Несмотря на то, что во всех исследуемых разрезах температура с глубиной снижается, для почвы на пашне, отмечено, превышение температуры на 1-2єC по всему профилю по сравнению с почвой под лесом.

Ликвидация естественного растительного покрова привело к изменению влажности почвы. Влажность почвы на пашне ниже не только в поверхностных слоях, но и по всему профилю.

Рис. 1. Изменение гидротермических условий в профилях бурой лесной почвы

лесной почва гумус пашня

Биологическая активность исследуемых почв так же сильно отличалась. Ранее отмечено, значительное снижение биологических показателей в черноземах, используемых под пашню [7]. Причем, как и для черноземов, максимальные отличия бурой лесной почвы, характерны для верхних горизонтов, непосредственно подвергающихся периодическому прямому воздействию. Содержание гумуса в поверхностном 20-сантиметровом слое в почве под лесом составляет 5,6%, что более чем в 2 раза превышает значения на пашне (1,7% и 2,3%). Для всех почв характерно убывающее распределение содержания гумуса по профилю, и на глубине более 30 сантиметров значения данного показателя выравнивается и составляет не более 1,5% (рис. 2).

В верхнем горизонте почвы под лесом активность каталазы составила 6,4 мл О₂/г/мин. Распределение по профилю убывающее, и на глубине 50 см составило 0,3 мл О₂/г/мин. В профилях почв под садом наблюдаются инверсии активности данного фермента. Но, на глубине более 20 см отмечено увеличение активности каталазы в профилях пашни по сравнению с контролем. Возможно, это связано с тем, что в почве пашни наиболее оптимальные условия для протекания биохимических процессов перемещены в средние части профиля из-за иссушения и перегрева верхних. Также подтверждена достаточно тесная связь содержания гумуса и активности каталазы (r=0,82).

Несмотря на то, что предыдущими исследованиями доказана, высока информативность активности дегидрогеназы при деградации пахотных черноземов [7], в данном исследовании информативность этого показателя не установлена, что доказывает различия в изменениях биологической активности при одинаковых видах воздействий на разных типах почв. Как и для других исследуемых биологических показателей для активности дегидрогеназы в профиле почвы под лесом характерен убывающий характер. Причем, если на активность дегидрогеназы в верхних горизонтах распашка оказала неоднозначное влияние (как понижение, так и повышение активности фермента), то на глубине более 10 сантиметров выявлено превышение данного показателя над значениями контроля.

Рис. 2. Профильное изменение биологических показателей в бурой лесной почве

Данное исследование доказывает высокую чувствительность биологических показателей в качестве индикаторов деградации почв в результате сельскохозяйственного использования. При распашке бурой лесной почвы в первую очередь изменяются гидротермические условия почвы. Происходит значительная потеря гумуса в верхнем горизонте почвы. Несмотря на то, что, распашка затрагивает только верхние 20 сантиметров, это значительно сказывается на профильном распределении активности ферментов.

Список литературы

1. Азаматов М.А. Влияние орошения и удобрения на рост, развитие и плодоношение яблони в условиях степной зоны Кабардино-Балкарии // Вестник Ульяновской Государственной сельскохозяйственной академии. 2011. №4. с. 3-10.

2. Акименко Ю.В., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Влияние антибиотиков (бензилпенициллина, фармазина, нистатина) на биологические свойства чернозема обыкновенного // Почвоведение. 2014. №9. С. 1095.

3. Акименко Ю.В., Казеев К.Ш., Колесников С.И. влияние разных способов стерилизации на биологические свойства чернозема обыкновенного // Современные проблемы науки и образования. 2013. №6. С. 721.

4. Акименко Ю.В., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Экологические последствия загрязнения чернозема антибиотиками. Ростов-на-Дону: Издательство Южного федерального университета. 2013. 120 с.

5. Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Методология исследования биологической активности почв на примере Северного Кавказа // Научная мысль Кавказа. Издательство СКНЦВШ. 1999. №1. С. 32-37.

6. Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Почвы Юга России. Ростов-на-Дону: Изд-во «Эверест», 2008. 276 с.

7. Даденко Е.В., Мясникова М.А., Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Биологическая активность чернозема обыкновенного при длительном использовании под пашню // Почвоведение. 2014. №6. с. 724.

8. Денисова Т.В., Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Интегральная оценка электромагнитных воздействий различной природы на биологические свойства почв юга России // Почвоведение. 2011. №11. с. 1386-1390.

9. Захаров В.Л., Пугачев Г.Н. Влияние системы содержания и типа почвы на рост и плодоношение яблони // Вестник Мичуринского Государственного Аграрного университета. 2011. №1-1. с. 106-111.

10. Казеев К.Ш. Изменение биологической активности почв предгорий Северо-Западного Кавказа при антропогенном воздействии. Диссертация…канд. биол. наук. Краснодар. 1996. 133 с.

11. Казеев К.Ш., Даденко Е.В., Денисова Т.В., Везденеева Л.С., Колесников С.И. Вальков В.Ф. Биогеография и биодиагностика почв юга России. Ростов-на-Дону: Ростиздат. 2007. 226 с.

12. Казеев К.Ш., Лосева Е.С., Боровикова Л.Г., Колесников С.И. Влияние загрязнения современными пестицидами на биологическую активность чернозема обыкновенного // Агрохимия. 2010. №11. С. 39-44.

13. Казеев К.Ш., Козунь Ю.С., Колесников С.И. Использование интегрального показателя для оценки пространственной дифференциации биологических свойств почв юга России в градиенте аридности климата // Сибирский экологический журнал. 2015. т. 22. №1. с. 112-120.

14. Казеев К.Ш., Колесников С.И. Биодиагностика почв: методология и методы исследований. Ростов-на-Дону: Издательство Южного федерального университета. 2012. 380 с.

15. Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Биология почв юга России. Ростов-на-Дону: Изд-во ЦВВР, 2004. 350 с.

16. Казеев К.Ш., Кременица А.М., Колесников С.И., Казадаев А.А., Булышева Н.И., Утянская С.В., Внукова Н.В., Вальков В.Ф. Биологические свойства почв каштаново-солонцовых комплексов // Почвоведение. 2005. №4. С. 464-474.

17. Казеев К.Ш., Кутровский М.А., Даденко Е.В., Везденеева Л.С., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Влияние карбонатности пород на биологические свойства горных почв Северо-Западного Кавказа // Почвоведение. 2012. №3. С. 327-335.

18. Казеев К.Ш., Тер-Мисакянц Т.А., Ермолаева О.Ю., Козунь Ю.С., Прудникова М.А., Магомедов М.А., Бахарева Л.В., Чернокалова Е.В., Колесников С.И. Деградация экосистем известняковых массивов Западного Кавказа при вырубке леса // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2013. №91. с. 1900-1911.

19. Казеев К.Ш., Тер-Мисакянц Т.А., Колесников С.И., Козунь Ю.С. Биодиагностика экологического состояния почв Западного Кавказа после вырубки леса // Известия Самарского научного центра. 2013. Т.15. №3 (5). С. 1299-1301.

20. Казеев К.Ш., Стрелкова В.И. Устойчивость почв юга России к затоплению водой // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Естественные науки. 2006. №1. С. 75-76.

21. Казеев К.Ш., Фомин С.Е., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Биологические свойства локально переувлажненных почв Ростовской области // Почвоведение. 2004. №3. С. 361-372.

22. Козунь Ю.С. Зависимость эколого-биологических показателей почв Ростовской области от климата // Известия высших учебных заведений. Северо-кавказский регион. Серия: естественные науки. 2013. №3. с. 83-85.

23. Козунь Ю.С., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Влияние теневого эффекта Кавказа на биологическую активность почв // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2013. Т. 93. №93 (03). С. 439-456.

24. Колесников С.И., Казеев К.Ш., Вальков В.Ф. Влияние загрязнения тяжелыми металлами на эколого-биологические свойства чернозема обыкновенного // Экология. 2000в. №3. С. 193-201.

25. Колесников С.И., Спивакова Н.А., Везденеева Л.С., Кузнецова Ю.С., Казеев К.Ш. Влияния модельного загрязнения нефтью на биологические свойства почв сухих степей и полупустынь юга России // Аридные экосистемы. 2013. Т. 19. №2. С. 70.

26. Колесников С.И., Тлехас З.Р., Казеев К.Ш., Ротина Е.Н., Вальков В.Ф. // Влияние загрязнения тяжелыми металлами и нефтью на биологические свойства чернозема выщелоченного слитого // Агрохимия. 2010. №7. С. 62-67.

27. Кузнецова Ю.С., Казеев К.Ш. Влияние засоления на биологические свойства гидроморфных почв ильменей Астраханской области // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2010. №1. С. 90-93.

28. Мясникова М.А., Ермолаева О.Ю., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Биологические особенности разновозрастных постагрогенных черноземов ростовской области // Современные проблемы науки и образования. 2013. №6. С. 722.

29. Попова В.П., Черников Е.А. Оценка пригодности бурых лесных почв предгорий для насаждений яблони // Научные труды государственного научного учреждения Северо-Кавказского зонального научно-исследовательского института садоводства и виноградарства Российской академии сельскохозяйственных наук. 2013. Т. 3. С. 55-58.

30. Прудникова М.А., Даденко Е.В., Ермолаева О.Ю., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Использование биологических показателей в мониторинге постагрогенных черноземов известия самарского научного центра Российской академии наук. 2013. т. 15. №3-4. с. 1406-1409.

31. Рыкалин Ф.Н. Влияние активности роста корней на урожайность яблони при разных системах содержания почвы в орошаемом саду // Известия Оренбургского Государственного Аграрного университета. 2011. т. 2. №30-1. с. 12-15.

32. Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии. М.: Наука. 1990. 189 с.

33. Черников Е.А. Оптимальная плотность лесных почв для яблони на среднерослых подвоях // Известия высших учебных заведений. Северо-кавказский регион. Серия: естественные науки. 2011. №6. С. 82-84.

Размещено на Allbest.ru