Разные типы почв вертикальной поясности бассейна реки Кок-Арт существенно отличаются по характеру растительности, которая обогащает почву отмирающими корневыми остатками, различающимися по химическому составу.
При сравнении почв бассейна реки Кок-Арт между собой можно видеть ясные различия по количественному и видовому составу микроорганизмов. В почвах Ферганской долины и урочище Кок-Арт микробиологические изменения сильно влияют на состав витаминов, ферментов, дыхание почвы и состав фосфора.
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 ферментов глюкозидаз определялась по методике Табатабай М.А.[8].
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 глюкозидаз горно-лесных черно-коричневых почв. Высотные пределы точек отбора проб 1580-1801 м над ур. м., координаты N 41º12'30.49'' - 41º12' 54.66'', E 73º20'57.12'' - 73º23'00.05''.
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). Условия намного холоднее на больших высотах, где в июле среднесуточная температура 5 °С и в январе -28 °C (Жергетальская метеорологическая станция). Большая часть осадков выпадает зимой и весной. Среднегодовое количество осадков составляет от 100 до 500 мм в предгорьях и от 500 до 1000 мм в горах (выше 1000 м).
Результаты исследования
Горно-лесные черно-коричневые почвы развиваются под пологом орехово-плодовых лесов на юго-западных склонах Ферганского хребта в пределах 1400-2100 м над уровнем моря. Грецкий орех (Juglans regia), наряду с яблоней (Malus kirghisorum Theodet.Fed), (Malus niedzwetzkyana Dick) и кленом (Acer turkestanica) является ценообразователем. Кустарниковый ярус составляет жимолость, алыча, экзохорда, абелия, миндаль и др. Этим лесам присущ довольно густой и мощный травостой.
Вышеназванные почвы под орехово-плодовыми лесами характеризуются высоким плодородием и отличаются большим содержанием гумуса, питательных веществ и емкостью поглощения [4]. Это доказывает биологическая активность и особенно ферментативная активность этих почв.
Продуктивность лесорастительной биоты определяется как географическими факторами, так и биологическими особенностями отдельных видов. Общая закономерность состоит в том, что у аналогичных жизненных форм (древесных, травянистых) запасы фитомассы тем больше, чем выше теплообеспеченность и чем ближе к оптимуму соотношение тепла и влаги, и оно в горно-лесных черно-коричневых почвах приближается к оптимуму. В этих условиях часть органических остатков при разложении переходит в почвенный гумус, где велика его доля в условиях достатка тепла и небольшого дефицита влаги, что присутствует в конце летних месяцах в регионе наших исследований.
Изучение продукта целлюлозолитической почвенной микрофлоры - фермента глюкозидазы - позволяет прогнозировать микробиологической активности изучаемых почв.
β-глюкозидаза является доминирующим ферментом в почве. Этот фермент играет важную роль в горно-лесных черно-коричневых почвах, потому что они участвуют в качестве катализатора для гидролизов и биодеградации различных β-глюкозидов, присутствующих в разложении растительных остатков в экосистеме. Это важно при снабжении легкоусвояемыми формами питательных элементов вегетирующих растений и дополнении запаса гумуса новыми субстратами органических веществ.
Как видно из рисунков 1, 2, высокая ферментативная активность почвы отмечается по β-глюкозидаза и колеблется от 19,3 до 1137, 5 мг р-нитрофенол кг-1 почвы час-1в коричневой почве, от 11,1 до 1235,9 мг р-нитрофенол кг-1 почвы час-1в горно-лесной черно-коричневой почве. Из глюкозидазных ферментов β-глюкозидаза доминирует над β-глюкозаминидазой. Ферменты β-глюкозидаза играет важный роль в круговороте углерода (C), участвующих в (деградации) расщеплении целлюлозы, что важно при расщеплении лесорастительных остатков.
Как известно, деградация целлюлозы в природе обычно осуществляется ассоциацией микроорганизмов. Если рассмотреть основные процессы разложения органического вещества, которые связаны с преобразованием отмерших растительных и животных остатков, и в их разложении принимают участие специфическая группа организмов - редуценты - грибы, актиномицеты, бактерии. На последнем этапе мертвые органические остатки разлагаются микроорганизмами (в меньшей степени это происходит путем абиотического окисления). Используя химическую энергию, заключенную в органических соединениях, микроорганизмы превращают белки, жиры и углеводы в простые минеральные соединения, которые возвращаются в атмосферу (углекислый газ, вода и аммиак) и в почву (зольные элементы). Хотя при этом разложении происходит образование новых форм живого вещества в виде тел микроорганизмов, общее количество органического вещества уменьшается, так как основная часть его минерализуется. Процесс минерализации органических безазотистых соединений, в частности клетчатки, в горно-лесных черно-коричневых почвах происходит преимущественно в аэробных, а иногда и в анаэробных условиях.
Таким образом, β-глюкозаминидазы активно участвуют в круговороте углерода и азота в горно-лесных черно-коричневых почвах. При таком раскладе можно ожидать пополнения запасов гумуса почв продуктами разложения целлюлозы, где в процессе минерализации происходит синтез специфических органических соединений - гумуса, специфических минеральных соединений - глинистых минералов, а также выделение простейших неорганических соединений. Ведь основная часть лесорастительной фитомассы после отмирания минерализуется микроорганизмами (и конечные продукты минерализации) и возвращается в атмосферу (СО2 и другие летучие соединения) и в почву (зольные элементы и азот). Эти процессы приводят к перераспределению химических элементов в литогенной основе изучаемого нами ландшафта.
Следует отметить, что поглощение химических элементов из горно-лесных черно-коричневых почв происходит из всего почвенного профиля, а разложение же органических соединений происходит в основном в верхнем горизонте почвенного профиля. Здесь же после минерализации аккумулируются те химические элементы и органические вещества почвы. В целом ферментативная активность почвы уменьшается с увеличением глубины (рис.1-2).
Снижение активности ферментов с глубиной можно объяснить с уменьшением биологической активности почв вниз по профилю. Снижение активности ферментов и микробной биомассы с глубиной почвы была отмечена в исследованиях Acosta-Martinez и др. [5], Kizilkaya и др.[6].
Здесь для сравнения можно привести содержание показателей пахотного горизонта орошаемого типичного серозема, который содержит 79,7 мг р-нитрофенол кг-1 почвы час-1 β-глюкозидазы, 9,8 мг нитрофенол кг-1 почвы час-1 β-глюкозаминидазы [7]. Как видно, изучаемые горно-лесные черно-коричневые почвы отличаются повышенной биологической активностью.
В целом активность ферментов находится в тесной связи с содержанием органических веществ почвы, потому что ежегодный лесорастительный опад и органическое вещество почвы играют ключевую роль в качестве предшественника для синтеза и стабилизации ферментов (таблица 1).
Таблица 1 Гумусовое состояние и количество азота изучаемых почв
|
Местность и почва |
Глубина, см |
Гумус, % |
Углерод, % |
Азот общий, % |
C:N |
|
Кара-Алма, орехо-плодовый лес (коричневая) |
0-2 |
11,33 |
6,58 |
0,95 |
6,9 |
|
2-14 |
8,30 |
4,82 |
0,55 |
8,76 |
|
|
14-52 |
2,70 |
1,56 |
0,20 |
7,84 |
|
|
52-105 |
0,88 |
0,51 |
0,09 |
5,68 |
|
|
105-165 |
0,68 |
0,39 |
0,05 |
7,9 |
|
|
Кара-Алма, орехо-плодовый лес (горно-лесная черно-коричневая)
|
0-4 |
12,0 |
6,9 |
0,98 |
7,04 |
|
4-18 |
9,30 |
5,4 |
0,64 |
8,43 |
|
|
18-57 |
3,80 |
2,20 |
0,30 |
7,30 |
|
|
57-91 |
2,65 |
1,54 |
0,14 |
11,0 |
|
|
91-130 |
1,09 |
0,63 |
0,10 |
6,3 |
|
|
130-185 |
0,88 |
0,51 |
0,06 |
8,5 |
Как видно из таблицы 1, в горно-лесных черно-коричневых почвах бассейна реки Кок-Арт содержится 11,3-12,0 % гумуса в верхнем горизонте, и 8,3-9,3 % гумуса в гумусово-аккумулятивном горизонте, который коррелируется содержанием вышеназванного фермента изучаемого объекта.
Заключение
На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что содержание β-глюкозидаза колеблется от 19,3 до 1137, 5 мг р-нитрофенол кг-1 почвы час-1 и от 11,1 до 1235,9 мг р-нитрофенол кг-1 почвы час-1в горно-лесных черно-коричневых почвах, что являются высокими показателями среди почв вертикальной поясности почв бассейна реки Кок-Арт. Из глюкозидазных ферментов, β-глюкозидаза доминирует над β-глюкозаминидазой.
Глюкозидазная активность коричневых почв зависит от содержания гумуса, ежегодного лесорастительного опада и органического азота, которые являются исходным субстратом для фермента. Лесные участки, как правило, содержат более высокую микробную биомассу по сравнению с пастбищами и пахотными землями, что в частности можно объяснить более высоким уровнем ферментов глюкозидаз.
Рецензенты:
Шамшиев Б.Н., д.с-х.н., доцент, проректор по науке и внешним связам Ошского технологического университета им. Академика М. Адышева, Министерства образования и науки Кыргызской Республики, г. Ош;
Ашимов К.С., д.б.н., профессор кафедры географии Жалал-Абадского государственного университета, г. Жалал-Абад.