Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ ФЕРМЕНТЫ СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ И ВЛИЯНИЕ НА ИХ АКТИВНОСТЬ ВНЕСЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА И УСЛОВИЙ УВЛАЖНЕНИЯ

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ ФЕРМЕНТЫ СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ И ВЛИЯНИЕ НА ИХ АКТИВНОСТЬ ВНЕСЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА И УСЛОВИЙ УВЛАЖНЕНИЯ"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи Валентина Николаевна ВОИНОВА

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ ФЕРМЕНТЫ СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ И ВЛИЯНИЕ НА ИХ АКТИВНОСТЬ ВНЕСЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА И УСЛОВИЙ УВЛАЖНЕНИЯ

(06.01.03. — почвоведение, 03.00.07.— микробиология)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА — 1980

Работа выполнена в научной лаборатории землеведения н ботаники Тульского государственного педагогического института им. Л. Н. Толстого.

Научные руководители: доктор биологических наук, профессор В. Т. Емцев; кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Л. Ф. Тарарина.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор И. С. Кауричев; кандидат биологических наук, доцент И. В. Асеева.

Ведущее предприятие — НИИ сельского .хозяйства центральных районов Нечерноземной зоны РСФСР,

Защита состоится « » . . , 1980 г.

час. на заседании Специализированного совета К.120.35.06. {06.01.03.; 03.00.07.) при Московской сельскохозяйственной академии им. К- А. Тимирязева.

Адрес: 127550, Москва И-550, ул. Тимирязевская, 49. Ученый совет ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан

Ученый секретарь Специализированного совс доцент

Актуальность темь!

Июльский Пленум. ЦК КПСС 1978 года в постановлении «О'дальнейшем развитии сельского хозяйства СССР» отметил: «Новые крупные шаги предстоит сделать в развитии мелиорации . сельскохозяйственных угодий. Центральной задачей является коренное улучшение использования, повышение плодородия мелиорированных земель, ликвидация отставания их хозяйственного освоения».

На территории Тульской области значительная часть земель, не занятая под сельскохозяйственные угодья, может быть эффективно использована после проведения мелиорации. По пятилетнему плану к 1980 году в области должно быть осушено и орошено около 40 тысяч га земель.

Более трети площади земель в Тульской области занимают серые лесныепочвы. Образование их произошло в основном на.покровных суглинках водоразделов, поэтому значительное влияние на изменение свойств почвы оказывают почвенно-грунтовые воды. Кроме того, серые лесные почвы подвергаются временному переувлажнению талыми и дождевыми водами.

В целях высокоэффективного использования мелиорированных земель важно изучить влияние переувлажнения и осушения почвы на ее микробиологические и биохимические свойства.

Известно, что осушение и орошение почвы обуславливают смену окислительно-восстановительных условий, что находит свое отражение в изменении активности оксидоредуктаз — регуляторов реакций биологического окисления и восстановления. Активность ферментов в почве очень лабильна и может значительно изменяться1 под влиянием условий внешней среды (Галстян, 1968, 1974, Лапытова, 1968, Ambroz. 1970; Ross, Roberts, 1970; Cerna; 1972; Звягинцева, Алиев, 1975; Чудаков с соавт., 1977; Roberge, 1978 и др.).

Исследованиями ряда авторов (Ухтомская, 1952; Галстян, 1964, 1974; Козлов, 1966; Купревич, Щербакова, 1966; Петер-сон, 1968; Langesen, Mikkelsen, 1973; Гуровнч, 1975 и: др.)

установлено, что активность ферментов находится в прямой

цшр, ниша Шл:шии llica. (грд. Я:ввд шьш, :лг ей. К. А. Тиаарззвл

зависимости от содержания органического вещества в почве. ПЬэтому в настоящее время все большее внимание исследователей привлекает вопрос о роли окислительно-восстановительных ферментов в превращении органических веществ в почве.

Исследований, связанных с изучением изменения активности оксидоредуктаз (каталазы, дегидрогеназ, полифенолоксн-дазы и пероксидазы) в серой лесной почве при внесении органического вещества (растительного материала), а также при изменении режимов увлажнения ранее не проводилось.

Цель и задачи исследования

Целью настоящего исследования являлось изучение влияния растительного материала, внесенного в серую лесную почву, и условий ее увлажнения на активность окислительно-восстановительных ферментов.

В соответствии с поставленной целью в задачу исследования входило:

1. Изучить влияние затопления и последующего высушивания почвы на активность оксидоредуктаз.

2. Выявить влияние капиллярного насыщения почвы на изменение активности ферментов.

3. Исследовать степень влияния внесенного в лочву растительного материала и отдельных его компонентов на активность оксидоредуктаз.

4. Установить взаимосвязь между активностью оксидоредуктаз и окислительно-восстановительным состоянием почвы, ее кислотностью, влажностью, а также численностью микроорганизмов в ней.

5. Изучить влияние стерилизации серой лесной почвы на активность окислительно-восстановительных ферментов.

Научная новизна работы

В работе проведены комплексные исследования серой лесной почвы, Установлена /коррелятивная связь между активностью оксидоредуктаз и окислительно-восстановительным потенциалом почвы. Между активностью ферментов и численностью клеток бактерий, учитываемых на. МП А, отмечена прямолинейная зависимость. Выявлено, что активность окислительно-восстановительных ферментов зависят от содержания в почве РеО, РегОЬ, МпО. ЬШэ, МОэ~ и от ее кислотности.

Практическая ценность работы

На основе проведенных исследований установлено, что метод определения активности оксидоредуктаз почвы может

быть использован в качестве оценки эффективности проведения мелиоративных {орошение и осушение) и рекультиваци* онных работ, применяемых в условиях Тульской Области.

Апробация•работы^

Результаты работы доложены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов в 4 Тульском государственном педагогическом институте им. Л. Н. Толстого (1972, 1974, 1977, 1978 гг,), на кафедре биологии почв МГУ 1979 г.

Итоги исследований доложены на Всесоюзном научном совещании в г. Пущино (Ï977 г.), на 5-м Всесоюзном съезде почвоведов, г; Минск Л1977 г.). По материалам диссертации опубликовано семь работ.

Объем работы

Диссертация напечатана на 168 страницах машинописного текста, содержит 30 таблиц и 16 рисунков. Состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов и рекомендаций, библиографии из 248 наименований,-в том числе 53 зарубежных авторов.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом исследования была взята серая лесная почва, слабооподзоленная, крупнопылеватзя, среднесуглинистая на тяжелом валунном пылеватом суглинке, сформировавшаяся под растительностью суходольного луга. Разрез был заложен в районе северной Тульской засеки, на средней части пологого склона крутизной 1,5—2° юго-восточной экспозиции.

Образцы почвы брали из четырех генетических горизонтов (At: A|Aj; Bi; Вг) профиля ленточным способом.

В работе приведены валовой, механический составы и физико-химические свойства серой лесной почвы.

Лабораторные исследования по изучению влияния различного растительного материала на изменение активности оксн-доредуктаз серой лесной почвы при различном увлажнении были проведены в модельных опытах. В качестве растительного материала использовали хвою сосны, собранную с веток осенью, свежий опад дуба и липы, наземную часть клевера и корни луговой.травянистой растительности. Для закладки опытов разных лет растительный материал собирали в одних н тех же местах и в одни и те же сроки вегетации.

Образцы для исследования готовили следующим образом: воздушно-сухую почву весом I кг тщательно смешивали с

измельченным до 2—3 мм растительным материалом (резаным) в соотношении 10: 1. Смссь помешали и химические стаканы емкостью 1 л на дренаж из битого стекла. Таким образом, из почвы каждого горизонта и растительных остатков была составлена серия вариантов. Контролем служил образец почвы без растительного материала.

Для выяснения влняния растительного материала на активность оксидоредуктаз при разных режимах увлажнения были поставлены опыты с затоплением и последующим высушиванием почвы, продолжительностью 250 дней. Исследовали образцы почвы 4-х генетических горизонтов (А1; А1А2; .В1: Вг). В опыте с капиллярным насыщением почвы растительный материал измельчали на миксере (для лучшего подъема воды). Продолжительность опыта:— 320 дней. Исследовали почву двух генетических горизонтов (Л1 и В2).

Влияние растительного материала, а также отдельных его * компонентов (клетчатка,, белок, таннин, терпены) на изменение активности окислительно-восстановительных ферментов изучалось в образцах почвы, обработанных у-излучением (16,3 млн. рад.) в опыте, продолжительностью 2,5 месяца. Контролем служили аналогичные нестерильные образцы почвы.Исследования проводились с почвой двух генетических горизонтов (А1 и В2).

С целью выяснения влияния органического материала (клетчатка, лигнин, танннн, терпены, растительные остатки) на изменения активности оксидоредуктаз почвы при термической обработке (120° в течение 6 часов) и различном увлажнении был поставлен модельный опыт продолжительностью 4,5 месяца. В качестве субстрата использовали серую лесную почву горизонтов А[ и В2, а также кварцевый песок. Контролем служили аналогичные нетермостатированные образцы.

В каждый обрззец на все время эксперимента были установлены платиновые, стеклянные и графитовые - электроды. Перед установкой электроды подвергали активации.

В каждом образце определяли в 2-кратной повторности: влажность — термовесовым методом, активность дегидрогеназ по Галстяну (Л. Ш. Галстян, 1964 г.); активность каталазы газометр и чески {В. Ф. Купревич, 1966 г.), сравнительную активность полифенолоксидазы и пероксидазы по Галстяну (А. Ш. Галстян, 1958 г.). При установлении корреляционной зависимости между активностью оксидоредуктаз и другими показателями почвы (рН, ЕЬ.ТеО, РегОз, МпО, N63", и численностью микроорганизмов) были использованы данные работ Л. Ф. Тарарнной, В. Л. Вирюковой, С. А. Березневой, _ полученные при исследовании этих же образцов почвы в одни' и те же сроки.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИИ ФЕРМЕНТАТИВНАЯ АКТИВНОСТЬ СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ ПРИ ВНЕСЕНИИ РАСТИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛА В УСЛОВИЯХ ЗАТОПЛЕНИЯ И ПОСЛЕДУЮЩЕГО ВЫСУШИВАНИЯ

1. Дегндрогеназиая активность почвы

Результаты исследовании показали, что на изменение активности дегидрогеназ почвы влияет вид внесенного растительного материала, а также режим влажности почвы.

Внесенный в почву растительный материал (кроме хвои сосны) в значительной степени стимулировал активность дегидрогеназ в изучаемых образцах почвы. Интенсивное нарастание активности фермента отмечено в вариантах с клеверным сеном, менее заметное увеличение активности дегидрогеназ было в контрольном варианте. Максимальная активность дегидрогеназ во всех вариантах с растительным материалом была приурочена к одному и тому же сроку (22—36 дней инкубации образцов). Некоторый сдвиг во времени (36—50 дней) наблюдался в контрольном варианте в период затопления. Период нарастания активности фермента сменился затем периодом спада н некоторой стабилизацией активности в условиях полного затопления.

При полном затоплении почвы подавляется жизнедеятельность бактерий (В. Т. Емцев, 1975, 1976). Подавление активности бактерий, видимо, приводит к понижению активности дегидрогеназ. Микробиологический анализ, проведенный на 45-й день инкубации образцов (табл. 1), показал, что между численностью клеток аэробных бактерий, учитываемых на

Таблица 1

Влияние растительного материала на численность клеток аэробных бактерий, учитываемых на МП А (млн, на 1 г абсолютно сухой почви) и активность дегидрогеназ (мг ТФФ ил ] г почвы за 2i часа) в серой лесной почве

XI га. Варианты опыта Численность аэробных бактерий Активность дегидрогеназ

генетические горизонты

гор. Д | гор, В2 гор. А] гор. В*

1 Почва (контроль) .... 8.8 4.5 1,54 0,04

2 Почва+двоя сосни . . . . 4.6 3,3 0,41 0,11

3 Почва+корни травы , , . 12,5 10,3 1,68 0,19

4 Почва+лисгья дуба . . . 13.3 10.0 2.05 0,40

5 Почва+клеверное сено . . 25.1 10.6 2.65 1.66

ЛША, и активностью дегидрогеназ отмечалась положительная зависимость. ■

При высушивании образцов (после слива воды с инкубируемых образцов) активность дегидрогеназ резко повысилась во всех вариантах. Высушивание образцов до воздушно-сухого состояния привело к заметному снижению активности дегидрогеназ. Математическая обработка данных показала, что между влажностью почвы и активностью фермента наблюдалась прямолинейная корреляционная зависимость (г = + 0,51ч-+0.92)..

Для выяснения роли органического вещества почвы, а также внесенного растительного материала в изменении активности дегидрогеназ нами были рассчитаны средние значения активности фермента по каждому варианту за псе время эксперимента (250 дней) и построены профильные кривые (рис. 1)» Из диаграммы следует, что независимо от вида внесенного растительного материала максимальная активность дегидрогеназ наблюдалась в образцах почвы верхних гумусн-рованных горизонтов. Минимальная в почве иллювиального горизонта. Суммарное действие внесенного растительного материала и органического вещества самой почвы на активность дегидрогеназ было весьма специфичным для каждого варианта.

В данном исследовании была выявлена зависимость активности дегидрогеназ' от окислительно-восстановительного состояния почвы. В период высушивания почвы отмечена обратная корреляционная зависимость между этими параметрами (г = —0,43-=—0,96).

В первые 20—30 дней затопления и в период высушивания отмечена тесная корреляционная связь дегндрогеназной активности с кислотностью почвы (г = + 0,25^+0,98), содержанием РеО (г = +0,90 +0,92), МпО (г= +0,30-4-+0,97) и Рег03 (Г--0,48^--0,95).

2. Активность каталазы в почве

Изучение изменения активности каталазы в серой лесной почве под действием внесенного рзстительного материала дает возможность судить об интенсивности разложения перекиси водорода в условиях затопления и последующего высушивания почвы.

- В первые сроки затопления активность каталазы понижается во всех вариантах (кроме варианта с клеверным сеном). Окислительные процессы в этот период подавлены. Варианты с клеверным сеном дали самую- высокую активность каталазы. В условиях затопления варианты с растительными , остатками — листьями дуба и липы, корнями трав и хвоей сос-6

ны сравнительно мало отличались по активности каталазы от контроля.

Экспериментальные данные показали, что в образцах почвы перегнойно-аккумулятивного горизонта (гор. А]) растительный материал (кроме клеверного сена) оказывал некото-; рое ингибирующее действие на активность каталазы, в то время как в почве иллювиального горизонта (гор. В2) растительный материал действовал как стимулятор. Высушивание образцов почвы до воздушно-сухого сотояння привело к снижению активности каталазы, но активность фермента не достигла своих исходных значений. Таким образом, затопление и последующее высушивание образцов почвы с внесенным растительным материалом вызывает в почве положительный (или остаточный) гистерезис»

Наибольшей активностью каталазы отличается верхний перегнойно-аккумулятнвный горизонт серой лесной почвы. Вниз по профилю активность каталазы уменьшается. В почве иллювиального горизонта отмечено нарастание каталазнон активности, связанное, видимо, с увеличением содержания окислов марганца и железа, которые вызывают неферментативное разложение НзОз. Нарастание каталазной активности в вариантах, как правило, сопровождалось нарастаипсм аммонификации. Данные корреляционного анализаговорят о существующей зависимости между изучаемыми факторами (г = + 0,394- +0,74). Тесная взаимосвязь отмечена между активностью каталазы и кислотностью в исследуемых образцах почвы с растительным материалом г = ( + 0,46+0,86). В контроле корреляция отсутствовала.

3. Сравнительная-активность полифенолокендазы и лероксидазы в серой лесной почве

В окислительно-восстановительных процессах, протекающих в почве, существенное место занимают ферменты полифенолокендазы и лероксидазы.

Растительный материал, внесенный в почву, стимулировал активность феиолоксидаз (табл. 3). Однако активность полифенолокендазы. и лероксидазы изменялась в зависимостси от вида растительного'матер и ал а.

Полное затопление почвы водой привело к нарастанию активности феиолоксидаз. Таким образом, можно отметить, что высокая вл а го насыщенность почвы не угнетает, а, наоборот, стимулирует: активность феиолоксидаз и особенно перо-ксидазы.

Коэффициенты корреляции г— (+0,45-г- +0,97) указывают на хорошую взаимосвязь активности феиолоксидаз с влажностью почвы. В условиях высушивания образцов биохимиче-

ские процессы, ведущие к проявлению активности фенолокси-даз, были менее выражены. Найдена коррреляцнонная зависимость между активностью полифенолоксндазы, пероксидазы и содержанием нитратов в период высушивания образцов во всех вариантах (г= + 0,38+- +0,92), кроме контроля. В условиях высушивания образцов активность фенолоксидаз положительно коррелировала с содержанием РеО (г= + 0,43-*-+ 0,97) и отрицательно с ОВП почвы (г=—0,30-ь—0,96). Изучение изменения активности ферментов по профилю показало, что активность фенолоксидаз уменьшается с глубиной.

ФЕРМЕНТАТИВНАЯ АКТИВНОСТЬ СЕРОШ ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ ПРИ ВНЕСЕНИИ РАСТИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛА В УСЛОВИЯХ КАПИЛЛЯРНОГО НАСЫЩЕНИЯ*

1. Дегидрогеназная активность почвы

Внесенный в почву растительный материал в условиях капиллярного насыщения стимулировал восстановительные процессы во всех'случаях, о чем свидетельствует повышение активности дегидрогеназ в первый же месяц (10—30 дней) эксперимента. Корреляционный анализ показал обратную взаимосвязь между активностью дегидрогеназ и ОВ-потенииа-лом во всех вариантах (г= —0,57ч--0,84).

В условиях капиллярного насыщення, так же как и при затоплении почвы, активность дегидрогеназ зависела от вида внесенного растительного материала.

Данные микробиологического анализа показали, что максимальное развитие микроорганизмов наблюдалось в варианте с клеверным сеном и самое слабое в контроле. Таким образом, в опыте с капиллярным насыщением почвы была отмечена положительная зависимость между активностью дегидрогеназ и численностью микроорганизмов. Абсолютные величины активности дегидрогеназ при капиллярном насыщении почвы были ниже, чем в условиях затопления. Следовательно, внесенный растительный материал, а также степень увлажнения почвы оказывают большое влияние на изменение активности дегидрогеназ.

Исследованиями, проведенными в образцах почвы горизонтов Л1 и Вг, найдено, что активность дегидрогеназ в опыте с капиллярным насыщением почвы в меньшей степени зависела от содержания органического вещества в самой почве, чем в опыте с затоплением.

Внесение в почву растительного материала приводило к подщелачиванию среды, наибольшему в вариантах с клеверным сеном, наименьшему в вариантах с хвоей сосны. Уста-

новлена прямая зависимость между активностью дегидроге-наз и кислотностью в исследуемой почве и рассчитаны коэффициенты корреляции (г — + 0,40-5- +0,76).

Математическая обработка данных по опыту с капиллярным насыщением почвы свидетельствует об обратной зависимости между активностью дегндрогеназ и содержанием нитратов в почве (г = —0,40--0,79).

2. Активность катал азы в серой лесной почве

Оптимальная влажность и богатство среды легко доступ-шм органическим веществом создали благоприятные условия тля развития биохимических процессов в почве. В результате ггмечено нарастание активности каталазы с первых дней опыта во всех вариантах. Микробиологические анализы показали, что максимальное количество микроорганизмов (аэробных и анаэробных бактерий) было отмечено во время наивысшей активности каталазы. К концу эксперимента уменьшение числа микроорганизмов сопровождалось снижением каталазной активности. Отсюда следует вывод о существовании прямой зависимости между числом микроорганизмов в почве и активностью каталазы.

Таблица 2

Влианне растительного материала на активность каталазы (см1 Ог за 2 мин «а 1 г почвы) в серой лесной почве при различных режима* увлажнения (средние дзяные по опыту)

Горизонт Почва (контроль) Растительные добавки -

хвоя сосны корни -трав листья -дуба клеверное сено

Затопление— высушивание:

А,

В*

Л, • В*

4.53 3.42

5,10 3,41

5,14 3,48

4,60 4,19

Капиллярное насыщение

7.87 | 8.04 I 4,43 7.16

5.12 4,06

8.92 4,91

10.50 9,07

11,76 8.03

В условиях капиллярного насыщения почвы внесенные растительные остатки дали большую относительную разницу по активности каталазы между собой (рис. 2, табл. 2), .чем в условиях затопления. Однако доминирующее положение по активности каталазы занимал вариант с клеверным сеном.

3. Активность полифеколоксидазы и пероксидазы в серой лесной.почве

В условиях капиллярного насыщения растительные остатки, внесенные в почву, стимулировали активность полифено-

локсидазы и пероксидазы. Средние расчетные данные по опыту (табл. 3) позволяют сделать выводы о том, что как в условиях затопления и: последующего высушивания, так и при капиллярном насыщении почвы стимулирующее действие растительных остатков на изменение активности полифенолокснда-зы и пероксидазы характеризуется рядами противоположного направления.

Таблица 3

Влияние: растительного материала на* активность полифенол оке идаэы и яероксмдаэы (мг пурпургалина на 1 г почвы)- в серой лесной почве (гор. Л)) при различных режимах увлажнения (средние данные по опыту)

Почва {конт. роль) Растительные добавки;

Показатель хвоя сосны корни трав листья дуба клеверное сено

Затопление — высушивание -

Полкфенолоксида за . . | 1.02 Пероксидаза.....[ 2.04

1,73 3.29

1,78 2,95

2.13 2,84

2.47 2.78

Капиллярное насыщение

Полн фенолокси даза Пероксидаза . . .

0.70 1,54 1,41 1,81 2.05

1*80 2.12 2,2& 1,94 ■ 2.03

Изменения активности полифенолоксидазы и пероксидазы почвы в динамике тесно связаны с процессами минерализации и гумификации растительного материала. .Максимальная активность полифенолоксидазы в первые 100 дней опыта наблюдалась в вариантах с клеверным сеном.. Очевидно, в этот период происходило наибольшее накопление гумусовых веществ в данных вариантах. К концу опыта количество органических веществ в этих вариантах уменьшилось,, соответственно понизилась активность ферментов. В образцах с почвой иллювиального горизонта и растительным-материалом общее накопление органических, веществ было относительно выше, чем в образцах с почвой перегнойно-аккумулятивного горизонта.

ВЛИЯНИЕ СТЕРИЛИЗАЦИИ ПОЧВЫ НА ЕЕ ;

ФЕРМЕНТАТИВНУЮ АКТИВНОСТЬ*В УСЛОВИЯХ РАЗЛИЧНОГО УВЛАЖНЕНИЯ И ПРИ ВНЕСЕНИИ ОРГАНИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА

К Дегндрогеназная активность почвьг •'

Стерилизация образцов почвы с внесенным органическим материалом у-излучением приводила к полной инактивации дегидрогензз. Микробиологические анализы почвы, проведен* -10

рис.1

Завискыостъ между содержанием гумуса в профиле серой лесной почвы к активность» дегидрогеназ при внесении растительных остатков.

- почва + клеверное сено

- почв«. + листья липы

- почва +■ двстьа дуба 7 почва + корни трав

- почва + хвоя сосны -Чючва (контроль;

рис.2

Влияние растительного материала на динамику активности кат&лагы б серой лесной почве в условиях капиллярного насыщения.

1 - гор.А^ 2 - гор.В2

почва +• клеверное сено почва + лиетья дуба почва + корни трав почва + хвоя сосны почва ^-контроль)

ные после облучения, показали полную стерильность каждого варианта. Подобные результаты давали образцы с внесенным органическим материалом-после стерилизации сухим жаром. Следовательно, можно предположить.что основными источниками дегидрогеназ в почве являются микроорганизмы. В образцах почвы, обработанных ^излучением и сухим жаром, не проявлялось защитного действия внесенного органического материала на дегндрогеназную активность.

В нестерильных вариантах активность дегидрогеназ находилась в зависимости от вида внесенного материала. Средние расчетные данные за все время опыта (126 дней) покззалк, что по стимулирующему влиянию на активность дегидрогеназ внесенный органический материал можно расположить в такой последовательности: терпены<таннин<контроль (почва) <лнгннн<клетчатка<хвоя сосны<клеверное сено.

Затопление водой нестерильных образцов почвы с внесенным органическим материалом привело к заметному увеличению активности дегидрогеназ. В стерильных образцах затопление не сказалось на изменении активности дегидрогеназ.

Высушивание образцов почвы в естественных условиях после периода затопления приводило к нарастанию активности дегидрогеназ в отдельных вариантах. Большое влияние на активность дегидрогеназ оказывал субстрат (почва перегной-но-аккумулятивного и иллювиального горизонтов, кварцевый , песок), в который вносили органический материал. Как в стерильных, так и нестерильных образцах более высокая активность дегидрогеназ отмечена в взриаитах с почвой перегнойно-аккумулятивного горизонта. Несколько ниже активность фермента наблюдалась в образцах почвы иллювиального горизонта и самая низкая в песке.

2, Каталазная активность почвы

Стерилизация почвы сухим жаром привела к заметному понижению активности каталазы во всех вариантах, но активность фермента не исчезла полностью. Сзмая высокая остаточная активность каталазы после стерилизации наблюдалась в контрольных вариантах (без органического материала). Следовательно, почвенная каталаза более устойчива, против денатурации, чем внесенная извне.

Затопление стерильной почвы приводит к повышению активности каталазы в первую неделю эксперимента. Повышение влажности в образцах, по-видимому, несколько снимает ингибирование каталазы.

Органический материал, внесенный в нестерильную почву, действовал на изменение активности каталазы специфично в каждом варианте. Такие добавки, как хвоя сосны, клетчатка

П

и клеверное сено, стимулировали активность каталазы иочпы, все остальные (танннн, терпены, лнгнин) икгибнровалн ее действие.

- При переводе образцов почвы на режим высушивания активность каталазы повысилась как в стерильной, так и нестерильной почве. На изменение активности каталазы как в стерильной, так и нестерильной почве значительное влияние оказывает реакция среды, которая, в свою очередь, зависит от внесенного органического материала.

3. Активность полифенолоксндазы и пероксидазы в почве

Результаты исследований активности полифенолоксндазы и пероксидазы в воздушно-сухих образцах почвы с внесенным органическим материалом показали, что обработка у-»злуче-нием и сухим жаром способствовали повышению активности ферментов. Повышение активности фенолоксидаз в стерильной почве, очевидно, можно объяснить усилением химических процессов, так как в образцах были уничтожены микроорганизмы.

Изучение изменения активности полифенолоксндазы и пероксидазы в зависимости от режима влажности стерильной и нестерильной почвы показало, что после затопления водой активность ферментов заметно повысилась. При высушивании исследуемых образцов почвы активность фенолоксидаз значительно понизилась. Данные эксперимента свидетельствуют о том, что активность пероксидазы в серой лесной почве была выше, чем активность полифенолоксндазы.

4. Изменение активности ферментов каталазы и пероксидазы в серой лесной почве и песке при стерилизации и различных режимах влажности

Препарат фермента каталазы, внесенный в воздушно-сухую почву, способствовал увеличению ферментативной активности. При внесении препарата фермента в кварцевый песок отмечена мгновенная вспышка каталазной активности.

Термическая обработка образцов в течение 6 часов при температуре 120° С привела к значительному снижению активности фермента в образцах почвы и к полной инактивации препарата фермента в кварцевом песке. Свободный неадсор-бнрованный препарат фермента в песке оказался неустойчивым против термического воздействия.

Неодинаковая способность почвы сохранять (защишать) ферменты проявляется не только среди различных генетических типов почв, но и среди генетических горизонтов одного типа (серой лесной).

В стерильной почве в условиях.затопления активность 12

каталазы изменялась незначительно. В леске активность катал азы не проявлялась.

В нестерильных образцах затопление привело к снижению каталазной активности почвы. В песке внесенный препарат фермента при затоплении полностью инактивировзлея.

Свободный фермент пероксидаза, внесенный в почву, способствовал увеличению активности пероксидазы. почвы горизонта Л( и не приводил к заметному изменению активности фермента в горизонте Вг. В песке свободный фермент не адсорбировался, отмечалась его выкристаллизацня..

Термическая обработка образцов с препаратом фермента пероксидаза привела к: повышению активности фермента в образцах почвы. В кварцевом песке происходила значительная инактивация фермента.

При затоплении стерильных образцов наблюдалось повышение активности пероксидазы. В песке затопление не отразилось на изменении активности фермента. В нестерильной почве горизонта /V активность фермента была почти стабильна. Повышение активности пероксидазы.наблюдалось в почве горизонта В г. В песке происходило сильное угнетение активности фермента в условиях затопления.

Результаты анализов показали, что почвенная каталаза и пероксидаза серой лесной почвы являются более устойчивыми против воздействия температуры и влажности, чем внесенные извне. . * ■

Изменения активности фермента пероксидазы в образцах почвы происходят более резко, чем изменения активности ка-талазы. По-видимому, активность пероксидазы в меньшей степени зависит от наличия микроорганизмов в почве, чем активность каталазы.

Выводы

1. Изучено влияние растительного материала (хвои сосны, опзда дуба и липы, наземной части клевера и корней разнотравья) на активность окислительно-восстановительных, ферментов (дегидрогепаз, каталазы, полифенолоксидазы и пероксидазы) в серой лесной почве в условиях модельных опытов.

Показано, что внесение в почву растительного материала и его компонентов вызывает повышение активности окендо-редуктаз, причем уровень этой активности обусловлен видом внесенного материала.

2. Установлено, что высушивание серой лесной почвы до воздушно-сухого состояния приводит к снижению активности оксида ред у ктаз.

3. Стимулирующее действие растительного материала на активность окепдоредуктаз в различных горизонтах серой лес-

ной почвы йеодннаково. Как в условиях затопления и последующего высушивания, так и при капиллярном насыщении почвы более существенное влияние внесенного материала на изменение активности ферментов отмечено в иллювиальном горизонте, чем в гумусированном.

4. При высушивании образцов между активностью ферментов и.ОВП установлена коррелятивная связь — отрицательная с фенолоксидазами и дегндрогеназой и положительная с каталазой.

Между активностью окислительно-восстановительных ферментов и численностью клеток бактерий, учитываемых на МПА, отмечена прямолинейная зависимость.

5. Выявлено, что активность оксидоредуктаз зависит от содержания в почве FeO, Ре^Оз, МпО, МИ3. XCj" и от ее кислотности.

6. Стерилизация почвы у-излученнем и высокой температурой приводит к полной инактивации дегидрогеназ, несколько увеличивает зктивность пероксидази и почти не изменяет активность полифенолоксидазы. Термообработка почвы приводит к снижению активности каталазы. Видимо, активность дегидрогеназ и каталазы в большей степени зависит от наличия микроорганизмов в почве, нем активность фснолоксидаз.

7. Показано, что инактивация препаратов ферментов каталазы и пероксидазы, внесенных в серую лесную почву и песок, происходит как при затоплении водой, так и под влиянием стерилизации.

8. Результаты исследований дают основание рекомендовать использованный нами метод определения активности оксидоредуктаз в качестве опенки эффективности проведения мелиоративных (орошение и осушение) и рекультнваиионпых работ, применяемых в условиях Тульской области. 1

По.теме диссертации опубликованы следующие работы

1. Изменение активности оксидоредуктаз в процессе затопления серой лесной почвы.В сб. «Охрана природы и совершенствование биогеоценозов», ТГПИ, Тула, 1973 г. (в coa в. с Л. Ф. ТзрариноЙ и В. А, Бирюковой),

2. Влияние различных органических добавок на содержание.подвижных форм азота при длительном затоплении серой лесной почвы, В сб. «Охрана природы и совершенствование биогеоценозов», ТГПИ, вып. 2, Тула, 1974 г. (в соав. с Л. Ф. Тарариной и В. А. Бирюковой).

3. Об активности фермента каталазы при разложении органического материала в почве. В сб. «Охрана природы и совершенствование биогеоценозов», ТГПИ, сил. 3, Тула, 1975 г. {в соао. с Л. О. Тарариной).

4. Активность дегидрогеназ при разложении растительных остатков в серой лесной почве. Известия ТСХА, вып. 4, 1977 г. (в соав. с Л. Ф. Тарарииой и В, Т. Емцевым).'

5. Влияние органического материала на дегидрогеназную активность почвы. Тезисы докладов V делегатского съезда ВОП, т. 2, Минск, 1977 г. (в соав. с Л. Ф. Тарариной и В, Т. Емцевым).

6. Активность гголифенолоксидазы и пероксидазы, в серой лесной почве при разложении растительных остатков в режиме затопление — высушивание. Известия ТСХА, вып. 5, 1979 г. (в соав. с Л. Ф. Тарариной и В. Т. Емцевым).,

7. Ферментативная активность полифенолоксидазы и пероксидазы в серой лесной почве при разложении растительных остатков в режиме капиллярного насыщения. Известия ТСХА, вып. 1, 1980 г. (в соав. с Л. Ф. Тарариной и В. Т. Емцевым).

Л 52088 24/У1—80 г. Объем 1 п. л. Заказ 1307. Тираж 100

Типография Московской с.-х. академии им. К. А. Тимирязева 1275С0, Москва И-550, Тимирязевская ул., 44