Активность ферментов цикла углерода в почвах при загрязнении свинцом

Abstract

Актуальность. Цикл углерода (С) в почве тесно связан с циклами азота, серы и фосфора. При загрязнении почв тяжелыми металлами происходит нарушение функционирования микробиоты почв, что влияет на биогеохимические циклы элементов, проходящие в почве. Проведены исследования активности ферментов цикла углерода (С) почв России с разными физико-химическими свойствами. Цель: оценить влияние загрязнения свинцом на активность ферментов цикла углерода чернозема обыкновенного и дерново-подзолистой почвы. Объекты. В лабораторном модельном эксперименте были исследованы активности двух типов почв: чернозема обыкновенного и дерново-подзолистой почвы. Почвы, загрязненные свинцом (Pb) в дозах 100, 1000 и 10000 мг/кг, инкубировали в постоянных условиях (влажности почвы и температуре воздуха) в течение 30 суток. По окончании эксперимента каждый вариант каждого типа почв высушивали и проводили определение ферментативной активности в 3-6-кратной повторности. Методы. Была исследована активность восьми ферментов цикла C классов оксидоредуктазы и гидролазы: дегидрогеназы, пероксидаза, полифенолоксидаза, глюкозооксидаза, инвертаза, β-глюкозидаза, целлюлаза, хитиназа. В результате определения активности ферментов оценивали интегральный показатель ферментативной активности почв. Результаты. Целлюлаза и хитиназа дерново-подзолистой почвы были простимулированы при наименьшей концентрации - 100 мг Pb /кг почвы. Ферменты класса оксидоредуктазы более чувствительны, чем класса гидролазы, но гидролазы более информативны, чем оксидоредуктазы. Целлюлаза - самый чувствительный и информативный фермент в дерново-подзолистой почве при загрязнении свинцом. Для чернозема обыкновенного самый чувствительный фермент - глюкозооксидаза, а наиболее информативный - инвертаза. Наибольшей информативностью по всем классам активности ферментов в черноземе обыкновенном обладает инвертаза, а в дерново-подзолистой почве - целлюлаза и β-глюкозидаза. Наибольшей чувствительностью по всем классам активности ферментов в черноземе обыкновенном обладает глюкозооксидаза, а в дерново-подзолистой почве - пероксидаза. Результаты исследования можно использовать при ферментативной диагностике состояния почв после загрязнения тяжелыми металлами

Relevance. The carbon cycle (С) in the soil is closely related to the cycles of nitrogen, sulfur and phosphorus. When soils are contaminated with heavy metals, the functioning of the soil microbiota is disrupted, which affects the biogeochemical cycles of elements occurring in the soil. The authors have studied the activity of enzymes of carbon cycle (C) of Russian soils with different physicochemical properties. Aim. To assess the effect of lead pollution on the activity of enzymes of carbon cycle in ordinary chernozem and sod-podzolic soil. Objects. In a laboratory model experiment, the activities of two types of soils were studied: ordinary chernozem and sod-podzolic soil. Soils contaminated with lead (Pb) at doses of 100, 1000 and 10000 mg/kg were incubated under constant conditions (soil moisture and air temperature) for 30 days. At the end of the experiment, each variant of each soil type was dried, and the enzymatic activity was determined in 3-6 replicates. Methods. The authors studied the activity of eight enzymes of the oxidoreductase and hydrolase classes of carbon cycle: dehydrogenase, peroxidase, polyphenol oxidase, glucose oxidase, invertase, β-glucosidase, cellulase, chitinase. As a result of determining the enzyme activity, the integral index of soil enzymatic activity was estimated. Results. Cellulase and chitinase of sod-podzolic soil were stimulated at the lowest concentration - 100 mg Pb/kg soil. Enzymes of the oxidoreductase class are more sensitive than hydrolases, but hydrolases are more informative than oxidoreductases. Cellulase is the most sensitive and informative enzyme in sod-podzolic soil contaminated with lead. For ordinary chernozem, the most sensitive enzyme is glucose oxidase, and the most informative is invertase. Invertase has the greatest informativeness for all enzyme activity classes in ordinary chernozem, and cellulase and β-glucosidase have it in sod-podzolic soil. Glucose oxidase has the greatest sensitivity for all enzyme activity classes in ordinary chernozem, and peroxidase has it in sod-podzolic soil. The results of the study can be used in enzymatic diagnostics of the state of soils after contamination with heavy metals