Большинство исследований, в которых изучалась активность ферментов в районах с умеренным климатом, были проведены в контролируемых условиях поля, в то время как исследования, проведенные в бассейнах рек, оказались редкими. В Кыргызстане имеются исследования об органических веществах [3], об активности мочевины и фосфатазы в почве и классификации микробов с использованием методов культуры [4], однако исследований, связанных с активностью почв бассейна реки Кок-Арт, нет.
Разные типы почв вертикальной поясности бассейна реки Кок-Арт существенно отличаются по характеру растительности, которая обогащает почву отмирающими корневыми остатками, различающимися по химическому составу. Это существенно отражается на групповом и видовом составе микроорганизмов почв, деятельность которых влияет на процессы образования перегноя.
В связи с этим изучение микробиологической характеристики изучаемых почв бассейна реки Кок-Арт поможет лучшему пониманию вопроса почвообразования и накопления гумуса.
Методы исследования
Почвенные разрезы были изучены и описаны по морфологическим характеристикам, разделены на генетические горизонты. Пробы почв отбирались из генетических горизонтов. Анализы на ферментативную активность изучаемых почв проводились в научно-исследовательском институте Земледелия Техасского Технологического Университета США в 2012 году. Активность фосфатных ферментов определялись по методике Табатабай М.А. [9].
Объект исследования
В бассейне реки Кок-Арт проводилось исследование на девяти почвенных разрезах взятых из трех контрастных землепользования бассейна реки Кок-Арт Джалал-Абадской области. В данной работе приведем данные по ферментативной активности сероземных почв (табл. 1). Климат бассейна реки Кок-Арт характеризуется континентальным субтропическим климатом. В предгорьях, среднесуточная температура в июле составляет 28°С. В январе среднесуточная температура ниже 14°C (Джалал-Абадская метеорологическая станция). Годовое количество осадков в этой зоне колеблется от 200 до 300мм. Количество их возрастает не только с увеличением абсолютной высоты местности, но и при движении с запада на восток, что связано с расположением горных хребтов к направлению воздушных течений. Максимум осадков бывает в марте - начале апреля.
Таблица 1
Расположение и хозяйственное использование сероземных почв бассейна реки Кок-Арт
|
Землепользование |
Местность |
Типы почв |
Высота над у.м., м |
Ширина |
Долгота |
|
Сенокос |
Кызыл-Сенир |
Темный серозем |
930 |
41°02´41.35"N |
73°01´05.86"E |
|
Пашня (кукуруза) |
Тайгара |
Орошаемый серозем |
833 |
40°59´04.65"N |
73°00´10.50"E |
Результаты и обсуждение
При глобальном изменении климата сероземные почвы попадают под влияния процесса потепления. Так, осредненная для каждой страны Центральной Азии среднегодовая температура повышалась на:
- 0,080С каждые 10 лет в Кыргызстане (1883-2005 гг.),
- 0,290С каждые 10 лет в Узбекистане (1950-2005 гг.),
- 0,260С каждые 10 лет в Казахстане (1936-2005 гг.),
- 0,180С каждые 10 лет в Туркменистане (1961-2005 гг.),
- 0,100С каждые 10 лет в Таджикистане (1940-2005 гг.).
Как видно, на равнинных странах Центральной Азии (Узбекистан, Казахстан) среднегодовая температура за каждые 10 лет повышалась на 0,29 и 0,26 градусов и это относится к регионам распространения сероземов Ферганской долины. Изменение климата, безусловно, влияет на почвенное плодородие сероземов и на урожайность сельскохозяйственных культур.
Ниже приводятся материалы по изменению содержания гумуса за последние 25-30 лет на орошаемых сероземах Джалал-Абадской области (данные Республиканской почвенно-агрохимической лаборатории). На основе балла бонитета почв произведен перерасчет урожайности зерновых единиц согласно Постановлению Правительства Кыргызской Республики: «О порядке определения ставок единого сельскохозяйственного налога за пользования сельскохозяйственных угодий» от 18.04.2000 года за №213. Поэтому привязка урожайности сельскохозяйственных культур на показатели балла бонитета почв для подсчета урожайности зерна является приемлемой.
Как видно из таблицы 2, за прошедшие 32 года количество гумуса орошаемых типичных сероземов с 1,54% снизился до 1,05%, баллы бонитета соответственно с 55 до 37 и урожайность зерновых колосовых культур с 32,4 ц/га до 22,5 ц/га.
Это объясняется тем, что при потеплении климата увеличивается скорость минерализации органического вещества почвы, т.е. поступающих в почву растительных остатков и гумусовых веществ почв. Такая тенденция сильно проявляется на орошаемых почвах, когда повышенная температура, обеспеченная влажность (регулярный полив) и механическая обработка пашни, а также удобрения ускоряют процесса минерализации органического вещества [2]. Вследствие этих процессов снижается запасы органического вещества, особенно гумуса, которое влияет на почвенные процессы.
Таблица 2
Динамика изменения содержания гумуса орошаемых сероземов Джалал-Абадской области
|
Название типов почв |
Содержание гумуса, % |
||
|
1975-76 г. |
1980 год |
2007 год |
|
|
Сероземы типичные туранские |
1,54 |
1,19 |
1,05 |
|
Баллы бонитета |
55 |
42 |
37 |
|
Урожайность, ц/га зерновых единиц |
30,2 |
23,1 |
20,3 |
|
Сероземы темные |
3,01 |
4,11 |
2,07 |
|
Баллы бонитета |
59 |
81 |
41 |
|
Урожайность, ц/га зерновых единиц |
32,4 |
44,5 |
22,5 |
Уровни деградации гумусового потенциала исследуемых почв можно характеризовать изучением ферментативной активности, в т.ч. активности фермента фосфатазы.
Важную роль в обеспечении растений элементами минерального питания играет фосфатаза - фермент, отвечающий за минерализацию органического фосфора. Фосфатазы гидролизуют разнообразные фосфомоноэфиры, осуществляют мобилизацию закрепленного в органическом веществе фосфора.
В почвах фосфатазы не только минерализуют органический фосфор, но и способствуют поступлению минерального фосфора в корни растений. Фосфорорганические соединения составляют преимущественную часть фосфора почвы (от 20 до 80%) и представлены нуклеиновыми соединениями, производными аденозинфосфорной кислоты, фосфогуминовыми комплексами и незначительно подвижными сахарофосфатами, глицерофосфатами. Фосфорорганические соединения почвы переходят в доступное для растений состояние при ферментативном гидролизе с отщеплением остатков фосфорной кислоты.
Активность ферментов фосфатазы сероземов приводиться в таблице 3. Фосфатазная активность почвы определяется ее генетическими особенностями, физико-химическими свойствами и уровнем культуры земледелия. Почвы, имеющие кислую реакцию, преимущественно содержат кислые фосфатазы, в почвах со слабо щелочной реакцией преобладают щелочные фосфатазы.
Таблица 3
Активность ферментов фосфатаз сероземных почв бассейна реки Кок-Арт (мг р-нитрофенол кг -1 почвы час -1)
|
Землепользование |
Типы почв |
Гори- зонты |
Глубина |
Кислая фосфа- таза |
Щелочная фосфатаза |
Фосфодиэс-тераза |
|
Пастбища, Кызыл-Сенир |
Предгорный темный- серозем |
А0 А1 В1 Вк С |
0-2 2-13 13-44 44-86 86-170 |
176,2 81,8 21,0 2,4 1,3 |
594,3 285,5 72,7 20,5 9,5 |
303,6 177,7 53,4 11,5 5,3 |
|
Пашня, Кукуруза Тайгара |
Орошаемый серозем |
А В С |
0-34 34-59 59-98 |
63,5 37,5 12,0 |
166,4 83,8 68,6 |
107,5 55,2 32,7 |
рН сероземных почв бассейна реки Кок-Арт колеблется в пределах 7.9-8.3. Это способствует увеличению содержания щелочных фосфатаз.
Как видно из таблицы 3, пахотный горизонт орошаемого типичного серозема содержит 166,4 мг р-нитрофенол кг-1 почвы час-1 щелочной фосфатазы, 107,5 мг р-нитрофенол кг-1 почвы час-1 фосфодиэстеразы и 63,4 мг р-нитрофенол кг-1 почвы час-1 кислой фосфатазы. Причем их количество резко снижаются в подпахотном горизонте почвы, что прямо коррелирует с содержанием гумуса почвы.
При сравнении фосфогидролазной активности орошаемой пашни сероземов и предгорных пастбищ темных сероземов можно констатировать минимальную фосфогидролазную активность почв орошаемой пашни сероземов. Это видно тем, что в темно-сероземных почвах содержится от 1,3 до 176,2 мг р-нитрофенол кг-1 почвы час-1 кислой фосфатазы, от 9,6 до 594,3мг р-нитрофенол кг-1 почвы час-1 щелочной фосфатазы, от 5,3 до 303,6мг р-нитрофенол кг-1 почвы час-1 фосфодиэстеразы.
Наблюдается повышенные содержания ферментов на верхних горизонтах темных сероземных почв. Это связано с высоким обилием почвенных микроорганизмов и органических веществ на поверхностных горизонтах темных сероземов [1, 5, 8]. Низкая активность фосфатазы на орошаемых пашнях сероземов может быть обусловлена как невысоким содержанием в почве фосфорорганических соединений, в т.ч. в составе перегноя, низким содержанием иммобилизаторов ферментов гумусовых веществ, слабой интенсивностью поступления ферментов с органикой и выделениями растений и микрофлоры.
Заключение
1. Проводимые исследования позволяют заключить, что орошаемые пашни типичных сероземов характеризуются низкой активностью ферментов фосфатазы. Это связано с низким содержанием органического вещества почвы - источника, субстрата и иммобилизатора почвенных ферментов.
2. Резкое снижение активности ферментов фосфатазы орошаемой пашни по сравнению с целинными темным сероземами показывает деградацию почвенного плодородия обрабатываемых почв. При существующем уровне агротехники возделывания сельскохозяйственных культур (игнорирование систем обработки, севооборотов, удобрений, орошения, защиты растений) это может привести к потере почвенного плодородия и усиленной деградации почв.
3. Тенденция уменьшения гумусового потенциала орошаемой пашни типичных сероземов усиливается при глобальном потеплении климата, когда повышенная температура, обеспеченная влажность (регулярный полив) и механическая обработка (пахота, культивация, боронования и т.д.) пашни, а также внесение удобрений под сельскохозяйственные культуры ускоряют процесса минерализации органического вещества и тем самым снижается содержание гумуса. Снижение содержания гумуса под антропогенным прессингом и глобальным изменением климата создают неблагоприятные условия почвенного питания растений, обеспечивает низкую устойчивость почв к негативным влиянием процесса потепления климата.
4. Первоочередная задача для преодоления вышеназванных негативных процессов заключается в повышении содержания органического вещества почвы и биологической активности пашни. Для этого можно порекомендовать внесение органических, бактериальных, зеленых удобрений, использование в севообороте сидеральных, промежуточных культур.
Рецензенты:
Содомбеков И.С., д.б.н., профессор, заведующий кафедрой лесоводства и плодоводства Кыргызского Национального университета им. К.И. Скрябина, г. Бишкек;
Ашимов К.С., д.б.н., профессор кафедры географии Жалал-Абадского государственного университета, г. Жалал-Абад.