Показателями биологической активности почв могут слу­жить количественные характеристики численности и биомассы разных групп почвенной биоты, их общая продуктивность, некоторые энерге­тические данные, активность основных процессов, связанных с круго­воротом элементов, ферментативная активность почв, а также коли­чество и скорость накопления некоторых продуктов жизнедеятельности почвообитающих организмов.

Рассмотрим ряд показателей, которые используют для оценки био­логической активности почв.

Прямыми методами можно учесть количество почвенных беспоз­воночных, простейших и водорослей. Зная численность клеток в еди­нице объема или массы почвы, их размер и удельную массу, можно получить расчетную биомассу разных групп организмов в почве. Так называемые «прямые» методы учета бактерий, актиномицетов и гри­бов предполагают отделение их клеток или мицелия от почвы в ре­зультате суспендирования в воде с последующим перенесением их на стекла или фильтры, окраску и подсчет под микроскопом отдельных клеток или длины обрывков мицелия. Для подсчета биомассы, образующейся за год, и вычисления прироста на единицу площади (продуктивности) необ­ходимо знать число генераций за определенный период. Расчеты, сде­ланные на энергетической основе (обеспеченность бактерий в почве доступным энергетическим субстратом для размножения) с учетом энергии на поддержание, предполагают для почв средней полосы уме­ренного климата до 30—40 генераций в год. Скорости роста грибов и бактерий в значительной мере зависят от сезона года: в летнее время эти показатели выше, чем зимой. Хорошо известно, что численность живых организмов в почве постоянно меняется. Однако в каждой поч­ве имеется определенный естественный уровень, который можно при­нять за пул, т. е. тот запас почвенных микроорганизмов, который не обеспечен энергетическим веществом для непрерывного размножения, но находится в состоянии поддержания. Эта величина пула не зави­сит от сезона, а определяется особенностяхми самой почвы и фактора­ми среды, которые влияют на почвенные свойства.

Наиболее общими являются методы, позволяющие оценить сум­марные биологические процессы по исходным или конечным продук­там. Таковыми служат, например, методы определения дыхания поч­вы по поглощению 0₂ или выделению С0₂; радиореспирометрический метод определения ¹⁴С в органической фракции после пиролиза для установления уровня фиксации ¹⁴С02; метод учета активности азотфиксации по восстановлению ацетилена; использование микрокалори­метрических измерений для установления уровня термогенеза; аппли­кационные методы с применением специальных материалов (целлюло­зы, хроматографической бумаги, целлофана) для оценки скорости и степени их разложения и накопления продуктов метаболизма, напри­мер, аминокислот.

Особую группу составляют методы определения активности от­дельных ферментов в почвах, характеризующие потенциальную биоло­гическую активность почв. При этом устанавливают не количественное содержание фермента в почве, а его потенциальную активность. Вы­деление фермента из почвы ,— процесс трудоемкий. Из 25 кг почвы был получен, например, всего 1 г уреазы. Часто выделение приводит к инактивации фермента. Ферменты, выделенные клетками, хотя и яв­ляются белковыми молекулами, в почве сохраняются длительное вре­мя благодаря протекторному действию адсорбции или связи с другими веществами или элементами, что повышает их стойкость к микробному разрушению. Проблему составляет разделение внеклеточных и вну­триклеточных ферментов. Нагревание почвы до 100° в течение 3 ч по­зволяет приблизительно определить количество внеклеточных фермен­тов, которые характеризуются термоустойчивостью.

В мире живого обнаруживают сейчас до 1000 ферментов. В почве есть все ферменты, но только для 8—9 разработано в настоящее время до 40 методов их определения. Наиболее известны методы определе­ния гидролаз и оксидоредуктаз. Из гидролаз это инвертаза, фосфатаза (кислая и щелочная), протеазы, уреаза, амилазы; из оксидоредуктаз — дегидрогеназа, полифенолоксидазы, каталаза. При характеристике типов почв по их ферментативной активности предлагается ввести по­казатель не на 1 г почвы, а на столбик сечением 1 см² с учетом ак­тивности по всем генетическим горизонтам (Звягинцев, 1976).

Один из новых методов оценки биологической активности почвы — метод определения активности инициированного микробного сообще­ства, развивающегося в данной почве при внесении специфического вещества, например крахмала. Комплекс амилолитических микроорга­низмов исследуют классическими методами почвенной микробиологии с применением сканирующей электронной микроскопии. При нанесении полоски крахмала на почвенную пластинку можно наблюдать сукцес­сию микроорганизмов по мере разложения крахмала в разных эколо­гических условиях, задаваемых экспериментом.

Об общем уровне биологической активности почвы можно судить по совокупности целого ряда показателей. Их можно разделить на две части: первая — численность различных групп микроорганизмов, каждая из которых обладает способностью трансформировать определенные вещества; вторая — показатели суммарной деятельности микроорганизмов (продукты микробного синтеза, разло­жения и др.).

К показателям суммарного эффекта деятельности почвенных микроорганизмов, определение которых не­трудоемко и не требует специальной подготовки и спе­циализированной лаборатории, можно отнести: нитрифи-кационную способность, интенсивность разложения льня­ной ткани («аппликационный» метод), протеазную ак­тивность, а также токсичность почвы.

Нитрификационная способность почвы характеризует потенциальную возможность почвы по на­коплению минерального азота. Процесс нитрификации осуществляется специфическими микроорганизмами, деятельность которых во многом зависит от температуры, влажности, аэрации, наличия питательных веществ, ре­акции среды. Высокая требовательность к условиям су­ществования позволяет считать уровень их жизнедея­тельности объективным показателем степени плодоро­дия почвы.

Нитрификационную способность определяют по воз­растанию в почве содержания нитратов при некотором выдерживании ее в оптимальных для микроорганизмов условиях. В опытах, не связанных со специальным изу­чением азотного режима почвы, определение нитрификационной способности проводят в почве без добавления каких-либо веществ. Для этого 100 г почвы помещают в коническую колбу на 250 мл, увлажняют кипяченой водой, количество которой должно довести влажность почвы до 60% полной влагоемкости (чаще 10—15 мл). Колбу закрывают ватной пробкой, взвешивают и поме­щают на 30 дней в термостат с температурой 27—28°С. Контролем служит стерильная почва, предварительно выдержанная в сушильном шкафу при 160—180°С 3 ч, в которую для получения требуемой влажности добав­ляют дополнительное количество воды. Влажность в колбах в течение опыта должна быть постоянной (не­обходимость доувлажнения устанавливают при перио­дическом взвешивании колб). В конце опыта в агрохими­ческой лаборатории определяют содержание нитратов в почве по методу Грандваль-Ляжу; данные контроля (стерильная почва) вычитают из результатов вариантов опыта. Выражают нитрификационную способность поч­вы в мг N—N03 на 1 кг почвы. Повторность каждого ва­рианта — трех-, четырехкратная.

Целлюлозную активность почвы методом «аппликации» определяют по разложению в ней льняной ткани. Но поскольку степень активности целлюлозных микроорганизмов зависит от наличия в почве также доступного азота, фосфора и других эле­ментов, то степень распада, можно считать, отражает «напряженность хода микробиологических процессов вообще» (Е. Н. Мишустин).

Применяемые в практике опытного дела способы за­кладки ткани в почву несколько различаются. Можно рекомендовать следующую модификацию этого метода, разработанную в НИИСХ ЦРНЗ. Белую льняную ткань размером 20x5 см взвешивают и нитками в нескольких местах прикрепляют к полоске полиэтиленовой пленки такого же размера. (Помещать полотно в различного ро­да синтетические сетки нецелесообразно, так как при этом отсутствует непосредственный контакт между полот­ном и почвой.) Длина полос ткани может быть различ­ной в зависимости от особенностей опыта и почвы. На де­лянках делают равномерно прикопки, к ровной верти­кальной стенке каждой из них прижимают ткань и за­сыпают с другой стороны почвой, уплотняя ее до исход­ного состояния. Место закопки полотна отмечают эти­кеткой, колышком или дранкой. На каждом варианте делают пять-шесть таких прикопок и более. На варианте с ожидаемой большей активностью целлюлозных мик­роорганизмов закапывают дополнительно два-три полот­на для периодического контроля.

Экспозицию определяют интенсивностью разложения полотна, которая зависит от плодородия почвы, погодных условий, удобрений, характера растительности и других условий. Полотна вынимают из почвы, когда становится очевидным, что продолжение экспозиции приведет к по­терям ткани при выкопке. После отмывания и просуши­вания их взвешивают. По разности массы до и после экспозиции определяют убыль сухой массы ткани и выра­жают ее в процентах. Полотно можно разделить на части и получить числовые данные для разных слоев и гори­зонтов.

Интенсивность микробиологической активности в поч­ве «аппликационным» методом можно установить быст­рее, если на еще неразложившейся ткани специальными реактивами «проявить» продукты жизнедеятельности микроорганизмов. Так, уже на седьмой —десятый день пребывания в почве на ней обнаруживаются следы амиокислот, которые синтезируются микроорганизмами при разложении клетчатки. Экспозиция полотна в почве при выявлении аминокислот сокращается до 15—30 дней. В этом случае его не моют, а после высушивания осто­рожно ершиком очищают от почвы. Затем полоски тка­ни помещают на 10 мин в раствор 0,5%-ного нингидрина в ацетоне и высушивают при комнатной температуре в течение 24 ч. За это время на полотне проявляются аминокислоты в виде фиолетовых пятен. (Всю работу с полотном проводят в резиновых перчатках.)

Протеазную активность почвы определяют при помощи фотобумаги. Ферменты протеазы в почве обус­ловливают динамику азота, который 'в доступной для высших растений форме выделяется при последователь­ном расщеплении белковых веществ. Протеазы участву­ют в активации этого процесса. Метод основан на мик­робиологическом расщеплении желатины, имеющейся эмульсионном слое фотобумаги, которую закапывают в почву. Степень распада желатины устанавливают по интенсивности протеолитических процессов и характеру их распределения по профилю почвы.
Фотобумагу прикладывают (по способу, предложен­ному Е. Н. Мишустиным, Д. И. Никитиным, И. В. Вост-ровым) эмульсионной стороной к ровной, свежезачищен-ной стенке почвенного разреза (или прикопки) и засы­пают землей, уплотняя ее до естественного состояния. Продолжительность экспозиции (обычно до четверо су­ток) определяют в каждом конкретном опыте по специ­альным контрольным прикопкам, из которых бумагу вы­нимают каждый день, проявляя при этом осторожность, так как набухает ее эмульсионный слой. Извлеченную из почвы фотобумагу отмывают от почвы под слабой струей воды и высушивают в тени на воздухе. Чем силь­нее разжижение желатинового слоя, тем выше протеаз-ная активность почвы; такие зоны приобретают темную окраску. Лучше использовать фотобумагу типа «бром-портрет» (без защитного слоя), которую обрабатывают 3%-ной соляной кислотой (15 мин), промывают и высу­шивают.