Ґрунтознавці всього світу визнають провідну роль біоти в процесах ґрунтоутворення, а діагностика режиму живлення переорієнтується на вивчення мікробіологічних процесів перетворення елементів живлення і органічної речовини ґрунту. Одночасно з цим все більшої популярності набуває органічне землеробство, а фермерські господарства все частіше застосовують біопрепарати в технологіях вирощування сільськогосподарської продукції. Саме тому необхідно розуміти, які біохімічні процеси відбуваються у різних ґрунтах за тих чи інших умов, що дасть можливість фахівцю цілеспрямовано корегувати технологію вирощування рослин.
Тому, перш за все, варто розуміти, що функціонування природних екосистем визначається співвідношенням швидкостей накопичення первинної продукції та її розкладом. Біомаса рослин, мікроорганізмів та водоростей виступає першоджерелом органічної речовини. Розклад рослинних і тваринних решток, а також вивільнення та зв’язування елементів живлення відбуваються під дією ферментних систем цілої низки ґрунтових організмів, таких як бактерії, гриби, актиноміцети, мокриці, нематоди, ківсяки, люмбрициди, мікроартроподи тощо. Головною рушійною силою будь-яких змін у ґрунті є мікробіологічна активність, а саме процеси мінералізації та іммобілізації.
Ферменти або ензими – це високомолекулярні сполуки білкової природи, які виконують функцію біологічних каталізаторів. Ферменти ґрунтів здійснюють найголовнішу екологічну функцію, беручи участь у біогеохімічних процесах, пов’язаних із перетворенням мінералів, органічної речовини та енергії. Деякі ферменти виділяються за межі клітин (екзоферменти), інші (ендоферменти) надходять до ґрунту після їхньої загибелі, але протягом тривалого часу можуть залишатися активними. У ґрунті ензими беруть участь у важливих біохімічних процесах: синтезі і розкладанні гумусу, перетвореннях мінеральної частини ґрунту, окисно-відновних реакціях, гідролізі органічних речовин і добрив, переведенні елементів живлення в доступний для рослин і мікроорганізмів стан тощо, тобто в основних ланках ґрунтотворного процесу. Для кожного типу ґрунтів характерний свій кількісний і якісний склад ґрунтових ферментів, активність яких залежить від конкретних умов: концентрації ензиму, кількості субстрату, температури, вологості, рН та ін.
Вивчення механізмів та біологічних факторів розкладання рослинних решток відкриває можливість регуляції швидкості і хімізму цих процесів з метою більш швидкого і повного вивільнення елементів живлення, акумульованих у відмерлій фітомасі, що в кінцевому результаті позитивно впливає на показники родючості ґрунту.
До теперішнього часу відомо понад 2500 ферментів, але у ґрунті тестовані на наявність активності всього близько 60 ферментів. Сучасна класифікація і нумерація ферментів та їхня номенклатура базуються на хімічній природі субстрату і типі реакції, яку вони прискорюють.
Ферментативна активність ґрунту пов’язана з життєдіяльністю грибів, мікроорганізмів, водоростей, тварин і кореневими виділеннями рослин. Потенційна активність ферментів найбільша у верхній частині гумусо-акумулятивного горизонту, адже саме тут зосереджені найбільші запаси органічної речовини й мікробної біомаси. А отже ферментативна активність буде відображати зміни ґрунтово-біологічних процесів зумовлених розорюванням.
У ході трирічних досліджень ферментативної активності чорноземів типових глибоких середньосуглинкових на лесі на території Зіньківського району Полтавської обл. (зона Лівобережного Лісостепу України) за органічної і традиційної (інтенсивної) технологій вирощення сільськогосподарських рослин встановлено:
- чорнозем за традиційної (інтенсивної) системи землеробства характеризується зниженням ферментативної активності порівняно із чорноземом перелогової ділянки;
- у ґрунтах агроценозів зафіксовано підвищення активності оксидредуктаз і, відповідно, посилення впливу окисно-відновних реакцій на процеси ґрунтотворення;
- активність ензимів з глибиною знижується, але за інтенсивної системи землеробства внаслідок перемішування й обороту пласта під час оранки спостерігається гомогенізація 0-30-сантиметрового шару, що спричинює до вирівнювання показників на цих глибинах;
- активність целюлази є одним із найстабільніших показників, який більшою мірою залежить від кількості та якості рослинних решток, що надходять до ґрунту.
Аналіз отриманих даних (табл. 1) свідчить про зменшення активності таких ферментів, як інвертаза, протеаза, дегідрогеназа і целюлаза у ґрунтах, що обробляються, але, водночас із цим, активність уреази і каталази дещо зростає, особливо в умовах органічного землеробства, де більше застосовують органічні добрива. Внесення органічних добрив у варіантах органічної системи землеробства (в тому числі використання сидерату) підвищує активність усіх досліджуваних ензимів порівняно із варіантом інтенсивної системи землеробства.
Табл.1 Ферментативна активність чорноземів типових залежно від системи землеробства (усередненні дані за 2018-2020 рр.)
|
Варіант |
Глибина, см |
Каталаза, см3 О2 на 1 г ґрунту за 1 хв |
Дегідрогеназа, мг ТФФ на 10 г ґр за добу |
Інвертаза, мг глюкози на 1 г ґр за добу |
Уреаза, мг NH3 на 10 г ґр за добу |
Протеаза, мг гліцину на 1 г ґр за добу |
Целюлаза, мкг глюкози на 1 г ґр за 7 діб |
|
Органічна система землеробства (сидерат) |
0-10 |
7,54 |
11,68 |
29,89 |
25,61 |
17,10 |
5,93 |
|
10-20 |
7,36 |
9,43 |
20,94 |
18,55 |
5,42 |
5,84 |
|
|
20-30 |
7,00 |
6,11 |
12,82 |
14,03 |
3,59 |
2,60 |
|
|
30-40 |
5,79 |
4,28 |
7,78 |
12,20 |
4,08 |
2,10 |
|
|
0-40 |
6,92 |
7,88 |
17,86 |
17,60 |
7,55 |
4,12 |
|
|
Переліг |
0-10 |
5,63 |
12,37 |
35,83 |
14,62 |
21,96 |
6,37 |
|
10-20 |
4,92 |
9,92 |
19,41 |
11,96 |
6,70 |
5,30 |
|
|
20-30 |
5,02 |
7,82 |
15,56 |
12,05 |
3,81 |
3,08 |
|
|
30-40 |
4,39 |
4,73 |
9,40 |
10,47 |
2,04 |
1,86 |
|
|
0-40 |
4,99 |
8,71 |
20,05 |
12,28 |
8,63 |
4,15 |
|
|
Органічна система землеробства (компост) |
0-10 |
6,35 |
11,83 |
22,47 |
16,07 |
11,65 |
6,20 |
|
10-20 |
6,24 |
9,37 |
18,83 |
16,15 |
5,91 |
5,22 |
|
|
20-30 |
6,12 |
7,32 |
11,45 |
13,28 |
3,55 |
2,60 |
|
|
30-40 |
5,46 |
5,90 |
8,44 |
11,93 |
2,44 |
1,76 |
|
|
0-40 |
6,04 |
8,61 |
15,30 |
14,36 |
5,89 |
3,95 |
|
|
Інтенсивна система землеробства (мінеральні добрива) |
0-10 |
4,28 |
8,88 |
15,92 |
13,71 |
4,72 |
6,13 |
|
10-20 |
4,03 |
9,11 |
16,12 |
14,60 |
3,66 |
3,76 |
|
|
20-30 |
3,97 |
8,68 |
15,78 |
12,34 |
3,23 |
3,13 |
|
|
30-40 |
3,57 |
6,84 |
10,64 |
12,20 |
1,70 |
2,34 |
|
|
0-40 |
3,96 |
8,38 |
14,62 |
13,21 |
3,33 |
3,84 |
|
|
Система землеробства |
S.E. |
0.11 |
0.5 |
0.59 |
0.18 |
0.27 |
0.16 |
|
F-Ratio |
88.65 |
6.35 |
6.79 |
3.58 |
26.97 |
1.99 |
|
|
P-Value |
0.0000 |
0.0003 |
0.0002 |
0.0138 |
0.0000 |
0.1151 |
|
|
LSD05 |
0.29 |
1.39 |
1.64 |
0.51 |
0.76 |
0.43 |
|
|
Шар ґрунту |
S.E. |
0.1 |
0.49 |
0.57 |
0.18 |
0.27 |
0.15 |
|
F-Ratio |
38.48 |
225.49 |
50.77 |
289.18 |
232.63 |
127.13 |
|
|
P-Value |
0.0000 |
0.0000 |
0.0000 |
0.0000 |
0.0000 |
0.0000 |
|
|
LSD05 |
0.28 |
1.35 |
1.59 |
0.49 |
0.74 |
0.42 |
Згідно даних табл. 2 усі досліджувані чорноземи характеризуються середньою активністю каталази, інвертази й уреази, низькою — целюлази, середньою (інтенсивна система землеробства) і високою (органічна система землеробства) — дегідрогенази й протеази.
Табл.2 Шкала порівняльної оцінки ферментативної активності ґрунту (за Звягінцевим, 1978; Титовою, 2012)
|
Активність ферменту |
Каталаза, см3 О2 на 1 г ґрунту за 1 хв |
Дегідрогеназа, мг ТФФ на 10 г ґр за 24 год |
Інвертаза, мг глюкози на 1 г ґр за 24 год |
Уреаза, мг NH3 на 10 г ґр за 24 год |
Протеаза, мг гліцину на 1 г ґр за 24 год |
Целюлаза, мкг глюкози на 10 г ґр за 48 год |
|
Дуже слабка |
<1 |
<1 |
<5 |
<3 |
<1 |
<10 |
|
Слабка |
1-3 |
1-3 |
5-15 |
3-10 |
1-3 |
10-20 |
|
Середня |
3-10 |
3-10 |
15-50 |
10-30 |
3-5 |
20-50 |
|
Висока |
10-30 |
10-30 |
50-150 |
30-100 |
5-8 |
50-100 |
|
Дуже висока |
>30 |
>30 |
>150 |
>100 |
>8 |
>100 |
В статті розглянуто важливість вивчення біологічної складової ґрунту для кращого розуміння ґрунтотворних процесів, оскільки розкладання та утворення органічної речовини в ґрунті протікає у кілька етапів під впливом ферментних систем цілої низки організмів, які змінюють один одного на різних стадіях деструкції. Поява на ринку різноманітних біопрепаратів на основі живих мікроорганізмів і продуктів їхньої життєдіяльності дає необхідний інструментарій спеціалісту задля регулювання біохімічних процесів у ґрунті. Але необхідне чітке розуміння, що основою для вирішення проблем збереження та відтворення родючості є підвищення загальної біологічної активності й необхідності підтримання біорізноманіття ґрунту, а досягнути бажаного ефекту можливо лише за умов надходження до ґрунту достатньої кількості органічних речовин.
С. Рєзнік, старший лаборант кафедри ґрунтознавства Державного біотехнологічного університету, Харків
Джерело: propozitsiya.com
