сотрудник
Россия
сотрудник
Россия
сотрудник
Россия
аспирант
Россия
УДК 63 Сельское хозяйство. Лесное хозяйство. Охота. Рыбное хозяйство
ГРНТИ 68.03 Сельскохозяйственная биология
ОКСО 35.06.01 Сельское хозяйство
ББК 40 Естественнонаучные и технические основы сельского хозяйства
ТБК 56 Сельское хозяйство
В статье приводятся результаты изучения аминокислотного состава в преобладающих почвах региона (РТ): дерново-подзолистая, серая лесная, коричнево-серая, чернозем выщелоченный. Идентифицированы свободные и связанные аминокислоты, приведены количественные их показатели. Изучение качественного состава свободных аминокислот в почвах региона показало, что по качественному составу аминокислот они близки, но отличаются между собой количественным их содержанием. Суммарное содержание свободных аминокислот составляет 4-20 мг/кг и возрастает в ряду почв: дерново-среднеподзолистая, коричнево-серая, серая лесная и чернозем выщелоченный. При этом имеются существенные различия в содержании отдельных групп свободных аминокислот: во всех почвах большая часть свободных аминокислот представлена нейтральными и основными аминокислотами (65-80%), значительно меньшая – дикарбоновыми (11-29%) и циклическими (5-11%). Легко- и трудногидролизуемые фракции органического азота являются ближайшими резервами доступного для растений азота. Идентификация аминокислотного состава этих фракций азота показала, что качественный состав связанных аминокислот почти такой же как и свободных. В изученных почвах 19-31% азота легкогидролизуемой и 33-60% азота трудногидролизуемой фракций представлены аминокислотным азотом. При этом 40-54% от суммы азота аминокислот приходится на долю нейтральных, а 14-28% – на долю основных аминокислот. Их содержание закономерно увеличивается от дерново-подзолистой к серой почве и к чернозему как в составе легкогидролизуемой, так и трудногидролизуемой фракций, что свидетельствует об улучшении качества азота в этом направлении.
свободные аминокислоты, связанные аминокислоты, аминокислотный состав почв, легкогидролизуемый азот, трудногидролизуемый азот, микроэлементы, хелатные микроудобрения, яровая пшеница
Введение. Среднее Поволжье (Республика Татарстан) является крупным земледельческим регионом России. В настоящее время наблюдается ухудшение гумусного состояния агрогенных почв региона, снижение их энергопотенциала [1,2], что отражается также и на их азотном фонде [16]. В этих условиях оптимизация азотного режима растений в агроценозах связано с детальной характеристикой азотного фонда каждого типа почв, качественной, количественной идентификацией и оценкой в них доступных для растений форм азота и их резервов, с одной стороны, с разработкой и применением новых удобрений, отвечающих экологическим требованиям [16,4,5,6,7,8].
Аминокислоты играют большую роль в азотном обмене почвы и растений. Несмотря на очень незначительное содержание в почвах, свободные аминокислоты все больше стали привлекать внимание исследователей [7,8,9,10]. Повышенный интерес к качественному и количественному составу аминокислот объясняется тем, что они, будучи биологически активными веществами, играют существенную роль в круговороте азота в системе почва-растение. В процессах превращения азота свободные аминокислоты, являясь промежуточным продуктом, могут непосредственно усваиваться живым населением почвы, минерализоваться или связаться с гумусовыми веществами почвы, тем самым обогащая ее органическим азотом, а также образовать в почве с металлами органические лиганды [9,1,8,7,11,13,12].
Условия, материалы и методы исследования. С целью детальной идентификации компонентного состава азотсодержащих соединений и количественной их оценки в почвах Республики Татарстан нами изучены состав и содержание свободных и связанных аминокислот на автоматическом аминокислотном анализаторе. Ввиду того, что почвенный покров республики довольно пестрый и представлен различными типами почв [1], то исследования проводились на преобладающих почвах: дерново-среднеподзолистой, коричнево-серой, серой лесной и черноземе выщелоченном.
Содержание свободных аминокислот изучали по методу Гильберта и Альтмана в модификации И.А. Асеевой, М.М. Умарова [10]. Для определения аминокислот брали 100 г воздушно-сухой почвы, очищенной от растительных остатков. В качестве экстрагента использовали 20%-ный раствор этанола. В полученных вытяжках определяли количественный и качественный состав аминокислот.
Идентификация связанных аминокислот проводилась в кислотных гидролизатах, полученных по Э.И. Шконде и И.Е.Королевой [4]. Эффективность аминокислоты глицина и микроудобрений (хелатов меди и цинка – в качестве лиганды выступает аминокислота глицин) изучали в модельном опыте на яровой пшенице. Агрохимическая характеристика агросерой почвы, где проводились опыты, следующая: содержание гумуса составляет 3,5%, подвижных форм фосфора и калия соответственно 115 и 125 мг/кг, микроэлементов: меди – 3,8-4,2, молибдена – 0,20-0,22, цинка – 4,0-4,5; бора – 0,30-0,45 мг/кг почвы, то есть почва характеризуется средним содержанием подвижных форм макро- и микроэлементов. Реакция среды слабокислая.
Анализ и обсуждение результатов. Изучение содержания свободных аминокислот показало, что аминокислотный состав изученных почв однообразен (табл.1). Всего обнаружено и идентифицировано 15 свободных аминокислот, лишь в дерново-среднеподзолистой их 14 – отсутствует пролин. Как видно из приведенных данных, почвы региона отличаются между собой количественным содержанием свободных аминокислот. Суммарное содержание аминокислот возрастает в ряду почв: дерново-среднеподзолистая (4,21 мг/кг), коричнево-серая (10,11 мг/кг) и серая лесная (11,46 мг/кг), чернозем выщелоченный (19,96 мг/кг).
Типы почв отличаются друг от друга определенным соотношением названных групп свободных аминокислот. Так, в дерново-среднеподзолистой почве нейтральных аминокислот содержится 73%, дикарбоновых и циклических – по 11%, диаминокарбоновых – 5%. В отличие от нее серая лесная и коричнево-серая почвы характеризуются значительным содержанием дикарбоновых аминокислот, соответственно 23% и 29%, уменьшением доли нейтральных (65% и 64%) и циклических (5% и 6%). Имеет место резкое снижение содержания диаминокарбоновых кислот в коричнево-серой почве (1%). Чернозем выщелоченный отличается высоким суммарным содержанием свободных аминокислот, что превышает таковое в дерново-подзолистой почве более 4-х раз и в серой лесной почве почти в 2 раза. В черноземе выщелоченном нейтральные и основные аминокислоты являются также преобладающими.
Аминокислотный состав легко- и трудногидролизуемого органического азота, которые являются ближайшими резервами минерального, выделенных по Э.И. Шконде и И.Е. Королевой, в почвах региона не изучен. Результаты идентификации их аминокислотного состава показывают, что качественный состав связанных аминокислот почти такой же как и свободных, т.е. присутствуют те же самые аминокислоты (табл.2).
Примечательно, что в них 19-31% азота легкогидролизуемой и 33-60% азота трудногидролизуемой фракций представлены аминокислотным азотом. При этом 40-54% от суммы азота аминокислот приходится на долю нейтральных, а 14-28% – на долю основных аминокислот.
Нейтральные и основные аминокислоты являются наиболее доступными для микроорганизмов и растений [10,3], их содержание закономерно увеличивается от дерново-подзолистой к серой почве и к чернозему как в составе легкогидролизуемой, так и трудногидролизуемой фракций. С глубиной, как правило, количество нейтральных и основных аминокислот уменьшается, поскольку гумус становится более кислым.
Кислые аминокислоты (аспарагиновая, глутаминовая кислоты) составляют 18-31% от суммы азота аминокислот легкогидролизуемой и 11-18% – трудногидролизуемой фракции. Кислых аминокислот больше всего содержится в дерново-подзолистой почве. По профилю дерново-подзолистой и серой лесной почв также наблюдается увеличение их содержания.
Следовательно, гидролизуемые органические азотсодержащие соединения в большей мере представлены алифатическими аминокислотами, чем ароматическими и гетероциклическими. Количество азота циклических аминокислот составляет в них 7-14%, причем наибольшее содержание их как в относительных, так и абсолютных величинах приходится на дерново-подзолистую почву.
Определенный интерес представляет отношение содержания алифатических аминокислот к циклическим (ароматические+ гетероциклические). Оно также характеризует качественный состав азота аминокислот более доступных микроорганизмам [10,3]. В изученных почвах этот показатель колеблется от 6,3 до 13,3, наблюдается закономерное увеличение его в ряду почв: дерново-подзолистая, серая лесная, коричнево-серая, чернозем выщелоченный.
Результаты исследований показали, что в модельном опыте при внесении в почву неорганических солей прибавка к фону (макроудобрения) составила 10,6%, а при применении хелатного микроудобрения – 25,5%, при этом применение состава для обработки семян оказалось и агрономически, и экономически наиболее эффективным, поскольку для обработки семян расходуется значительно меньшее количество хелатного удобрения.
Выводы. 1. Качественный состав свободных аминокислот в изученных почвах региона близок, они отличаются между собой количественным их содержанием.
2. В изученных почвах имеются существенные различия в содержании отдельных групп аминокислот: во всех почвах большая часть свободных аминокислот представлена нейтральными и основными аминокислотами (65-80%), значительно меньшая – дикарбоновыми (11-29%) и циклическими (5-11%), что свидетельствует о благоприятном их соотношении.
3. Результаты идентификации аминокислотного состава легко- и трудногидролизуемой фракций органического азота показывают, что качественный состав связанных аминокислот почти такой же как и свободных, т.е присутствуют те же самые аминокислоты. В изученных почвах 19-31% азота легкогидролизуемой и 33-60% азота трудногидролизуемой фракций представлены аминокислотным азотом. При этом 40-54% от суммы азота аминокислот приходится на долю нейтральных, а 14-28% – на долю основных аминокислот.
4. Нейтральные и основные аминокислоты являются наиболее доступными для микроорганизмов и растений, их содержание закономерно увеличивается от дерново-подзолистой к серой почве и к чернозему как в составе легкогидролизуемой, так и трудногидролизуемой фракций.
1. Давлятшин И.Д. Справочник агрохимика /И.Д. Давлятшин, М.Ю. Гилязов, А.А. Лукманов, С.Ш. Нуриев, Р.М. Миннулин, М.И. Маметов, А.В. Мустафин, Р.Р. Гайров, Р.Т. Хакимзянов // Казань: ООО «МеДДок», 2013.- 300с.
2. Murtazina S.G. Аssessment of environmental stability of agroserous soil according to indicator of energy potential of organic substances Murtazina S.G., Gaffarova L.G., Murtazin M.G.//IOP Conference Series: Earth and Environmental Science 3, Ecological Challenges of the 21st Century. Сер. "3rd International Conference Environment and Sustainable Development of Territories: Ecological Challenges of the 21st Century" 2018. С. 012120.
3. Шконде Э. И. О природе и подвижности почвенного азота / Э. И Шконде, И. Е. Королева / Агрохимия. - 1964. - № 10. - С. 17-35
4. Щербаков А. П. Азотсодержащие компоненты черноземов и серых лесных почв, их трансформация и роль в современном почвообразовании: Автореферат на соис.уч. ст. докт. наук: - М., 1978. - 40 с.
5. Bremner J. M. The amino-acid composition of the protein material in soil. // Biochem. J. - 1950. - № 47. - Р. 538-542
6. Bremner J. M. Organic Forms of nitrogen.// In: Methods of soil analysis. Part 2. Am.Soc.Agron.Madison, Wis, 1965, p. 1324-1345
7. Зырин Н. Г. Аминокислотный состав гуминовых кислот и фульвокислот некоторых типов почв / Н. Г. Зырин, Д. С. Орлов, М. Ф. Овчинникова.// Агрохимия. - 1964. - № 4. - С. 108-120
8. Асеева И. В. Свободные аминокислоты в почве. / И. В. Асеева, М. М. Умаров // В кн.: Микроорганизмы в сельском хозяйстве. - М.: Изд-во МГУ, 1970. -С. 36-41.
9. Муртазина С. Г. Аминокислотный состав почв Республики Татарстан. // Агрохимический вестник. - 2007. - № 3. - С. 12-14
10. Умаров М. М. Свободные аминокислоты некоторых почв СССР / М. М. Умаров, И. В. Асеева // Почвоведение. - 1971. - № 10. - С. 108-112.
11. Sowden F. T. Nate on the occurrence of amino-groups in soil organic matter. -Canad. J.Soil. Sci., 1957, vol. 2, p. 121-129.
12. Stevenson F.I. Distribution of the forms nitrogin in some soil profiles. - Soil Sci Soc. Amer. Proc., 1957, vol.21, №3. p. 283-287.
13. Stewart I., Leonard CD. Chelates as sources of iron for plant growing in the field.// Science.- 1952, V.I 16.-№8.-p. 117-120.
14. Гайсин И. А. Эффективность некорневой подкормки хелатным микроудобрением в сочетании с азотом в технологии возделывания яровой пшеницы на серых лесных почвах Республики Татарстан / И. А. Гайсин, С. Г. Муртазина, М. Г. Муртазин // Зерновое хозяйство России. - 2014. - № 2 - С. 5-8.
