Ферментативная активность почв реферат

Обновлено: 07.07.2024

Ферменты - биологические катализаторы белковой природы, которые играют важнейшую роль в обмене веществ, регулируя биохимические процессы. Они синтезируются микрофлорой, высшими растениями и поступают в почву с их прижизненными выделениями, после отмирания и лизиса микробных клеток и растительных остатков. Ферменты, выделяемые в почву, значительное время сохраняют активность благодаря фиксации (иммобилизации) илистой и пылеватой фракциями почв, ее органическим веществом.

Ферментативная активность почв определяет интенсивность и направленность биохимических процессов, от которых зависит плодородие почвы, и является одним из важных показателей ее биологической активности.

На активность ферментов в почве влияют различные факторы, ингибирующие или активизирующие их действие. Активность ферментов в почве зависит от ее физико-химических свойств, засоленности, карбонатности, окультуренности, внесения удобрений, известкования.

Определение активности ферментов важно для оценки влияния агрохимических средств (традиционных и нетрадиционных органических и минеральных удобрений и химических мелиорантов) на биологическую активность почвы без привлечения специальных микробиологических методов, чтобы судить о мобилизации органических соединений азота, фосфора, серы и др. для питания растений. Ферментативную активность почвы определяют с помощью традиционных химических методов.

По характеру катализируемых процессов ферменты делятся на 6 классов: оксидоредуктазы, гидролазы, лиазы, трансферазы, изомеразы и синтетазы. С точки зрения агрохимии наиболее интересны первые две группы. Активность оксидоредуктаз характеризует окислительно-восстановительные условия в почве, активность гидролаз - интенсивность процессов минерализации органических веществ, в состав которых входят важнейшие питательные элементы - азот, фосфор и некоторые другие.

Активность фермента выражается в единицах ферментативного действия, что отражает количественные изменения, производимые ферментом в субстрате в определенный отрезок времени при строго определенных условиях - концентрации субстрата, pH, температуре и некоторых других условиях. Существует шкала для оценки степени обогащенности почв ферментами (табл. 25).

ОКСИДОРЕДУКТАЗЫ

Ферменты, относящиеся к классу оксидоредуктаз, катализируют окислительно-восстановительные реакции, играющие ведущую роль в биохимических процессах в клетках живых организмов и в почве.

Активность окислительно-восстановительных ферментов находится в корреляционной зависимости с основными физико-химическими свойствами, микробиологическими процессами в почве, нитрификацией, сульфофикацией.

Катализа (Н₂0₂: НгОгОксидоредуктаза. КФ 1.111.6)

Катализирует реакцию разложения перекиси водорода на воду и молекулярный кислород: 2 Н₇0_:

>2 Н_гО + 0₃

Перекись водорода образуется в процессе дыхания растений и в результате биохимических реакций окисления органических веществ.

Роль каталазы в почве заключается в разрушении ядовитой для растений перекиси водорода.

Методы определения каталазной активности почв основаны на измерении скорости распада перекиси водорода при взаимодействии ее с почвой.

Гизометрический метод определения активности катализы

Ход анализа

Начало опыта отмечают по секундомеру в тот момент, когда стаканчик с перекисью водорода опрокидывается и вслед за этим встряхивается содержимое колбы. Взбалтывание смеси продолжают во все время опыта, не касаясь непосредственно колбы руками. Выделяющийся кислород вытесняет из бюретки воду, уровень которой фиксируют.

Количество выделившегося молекулярного кислорода учитывают при температуре 18 - 20°С в течение I -2 мин.

Дегидрогеназы - ферменты, участвующие в процессе дыхания. Они отщепляют водород от окисляемых субстратов. Одни дегидрогеназы могут переносить водород непосредственно на молекулярный кислород, другие - только на какие-либо иные акцепторы, например 'метиленовую синь. Дегидрогеназы катализируют дегидрирование органических веществ и выполняют роль промежуточных переносчиков водорода. При этом субстратами дегидрирования могут быть различные углеводы, органические кислоты, аминокислоты, гуминовые кислоты и т. д. В почве активно действуют дегидрогеназы углеводов и органических кислот. Отщепляемый в процессе дегидрирования водород может передаваться кислороду воздуха (аэробные дегидрогеназы) или органическим веществам типа хинонов (анаэробные дегидрогеназы). Активность дегидрогеназ является показателем жизнедеятельности микроорганизмов

и количества гумусовых веществ, поддающихся разложению микробами.

При определении активности дегидрогеназ в качестве акцептора водорода применяют соль 2,3,5-трифенилтетразолий хлористый (ТТХ). При этом бесцветные соли тетразолия восстанавливаются в красные соединения трифенилформазана (ТФФ).

Ход анализа

Навеску почвы помешают в вакуумную колбу объемом 50 см 5 с притертой стеклянной пробкой. Добавляют 10 мг СаСО_э и тщательно смешивают. Добавляют 1 см 5 0,1 М раствора глюкозы и I см 3 1%-го раствора 2,3,5-трифенилтетразолия хлористого.

Определение проводится в анаэробных условиях. Для этого воздух из колбы удаляют при разрежении 10-12 мм ртутного столба в течение 2 -3 мин.

Колбу осторожно встряхивают и ставят в термостат при 37°С на 24 ч. После инкубирования добавляют 23 см’ этилового спирта-ректифи- ката и встряхивают 5 мин. Полученный раствор фильтруют и колори- мстрируют в кюветах шириной 5 мм, используя светофильтр с длиной волны 500- 600 нм.

Количество формазана в миллиграммах, соответствующее оптической плотности опытного раствора, рассчитывают по калибровочному графику.

Ход анализа

Навеску почвы 1 г помещают в пробирку, добавляют 10 мг CaCOj, тщательно смешивают с почвой встряхиванием. Добавляют 1 см’ 0,1 М раствора глюкозы и 1 см ? 1%-го раствора 2,3,5-трифенилфосфата хлористого, перемешивают.

Определение проводят в анаэробных условиях. Подготовленные пробирки с образцами почвы помещают в анаэростат, закрывают его и соединяют с вакуумным насосом. Затем медленно удаляют воздух из анаэростата в течение 3-5 мин, достигая разрежения 0,9-1 атм. (что соответствует 10 мм ртутного столба). Анаэростат с находящимися в нем пробирками ставят в политермостат при температуре 37°С на 24 ч. После инкубирования медленно ослабляют винт крышки анаэростата для постепенного заполнения прибора атмосферным воздухом.

В пробирки с образцами добавляют по 23 см 3 этилового спирта- ректификата, встряхивают 5 мин. Полученный раствор фильтруют в мерные колбы на 25 см 3 . Фильтрат в мерных колбах доводят до метки спиртом-ректификатом, перемешивают и сразу колориметрируют в кюветах на 5 мм, используя светофильтр с длиной волны 500 - 600 нм.

Уреаза катализирует гидролиз мочевины. Конечными продуктами гидролиза являются аммиак и углекислый газ:

CO(NHz)_>-+ 2 NH> + СО у + И₂0

Мочевина попадает в почву в составе растительных остатков, навоза и как азотное удобрение. Она образуется и в самой почве в качестве продукта превращения азотистых органических соединений - белков и нуклеиновых кислот.

В колбу Эрленмейера на 50 см' берут 5 г почвы, добавляют 10 см 3 фосфатного буфера (pH 6,7), 10 см 3 10%-го раствора мочевины. Колбу закрывают ватной или корковой пробкой, встряхивают и ставят в термостат при температу ре 37°С на 24 ч.

После инкубации содержимое колбы фильтруют в мерную колбу (объем колбы выбирают в зависимости от содержания аммония). Сначала на фильтр переносят только жидкость, затем в колбу добавляют 15 см* 1М раствора КС1, 5 мин встряхивают на ротаторе для вытеснения из почвы поглощенного аммония и продолжают фильтрование, объем фильтрата доводят до метки.

Определение количества аммония по Кьельдапо (полумикрометодом) и колориметрическим методом.

Колориметрический метод учета аммония с реактивом Несслера.

Колориметрируют на фотоэлектроколориметре в кюветах шириной 10 - 20 мм с синим светофильтром (длина волны 400 нм).

Определение количества аммония по Кьельдапо (полумикрометодом) и колориметрическим методом.

Колориметрический метод учета аммония с реактивом Несслера.

мин. Фильтруют через беззольный фильтр в мерную колбу на 50 см 3 . 20 см 3 фильтрата пипеткой переносят в пробирку, добавляют 2 см 5 10%-го аммиака, перемешивают.

Примечание Если растворы бурые, добавляют в колбу 1 см 1 насыщенного раствора алюмокалиевых квасцов.

Активность фосфатазы (X) выражают в миллиграммах Р2О5

1лл I (а-б) -р -0,45 ■ 100

на 100 г почвы за 1 час X = — — ,

Ход анализа

Навеску почвы 1 г помешают в колбу Эрленмейера на 50 см 3 , приливают 0,9 см 5 дистиллированной воды для увлажнения почвы до 90% (при определении активности щелочной и кислой фосфатаз вместо воды приливают такое же количество боратного буфера с pH соответственно 5,3 и 9,0). Затем прибавляют 1 см’ раствора, содержащего 5 мг Р-глицерофосфата натрия. Колбы закрывают пробками, взбалтывают 5 мин. на ротаторе и помещают в термостат при температуре 30°С на 1 час. После инкубации добавляют 45 cm j воды, взбалтывают 5 мин. и фильтруют через беззольный фильтр в мерные колбы на 50 - 100 см 3 .

Глюкозидгидролазы

Г.шкошдгидролазы - большая группа ферментов, катализирующих гидролиз ди-, три- и полисахаридов по глюкозидным связям в их молекулах. Углеводы и близкие к ним вещества содержатся в почвенном органическом веществе, микроорганизмах и растениях в значительном количестве. В почве обнаружены моно-, ди- и полисахариды (целлюлоза, гемицеллюлозы, крахмал и др.), поступающие в почву главным образом в составе растительных остатков, которые могут содержать до 60% углеводов. В биохимическом превращении этих веществ участвует специфический фермент или группа ферментов.

fi-Фруктофуранозидаза (инвертаза)

(fi-Фру ктофураноэид-фруктогидролаза. КФ 3.2.1.26)

Р-Фруктофуранозидазу обнаруживают во всех почвах, она является одним из важных ферментов, характеризующих биологическую активность почвы.

З-Фруктофуранозидаза (сахараза, инвертаза) действует на глико- зильные соединения: гидролизует сахарозу, рафинозу, генцианозу и стахиозу; катализирует фруктотрансферазные реакции. При расщеплении сахарозы на глюкозу и фруктозу разрывается связь, находящаяся у (5- глюкозидного углеродного атома остатка фруктозы в молекуле сахарозы.

Метод основан на использовании редуцирующих свойств глюкозы и фруктозы, образующихся при гидролизе сахарозы, - способности восстанавливать окисную медь до закисной (метод Бертрана). Сумму редуцирующих гексоз выражают в глюкозном эквиваленте.

Ход анализа

Навеску почвы 5 г помещают в колбу Эрленмсйера на 50 см 1 . Добавляют пипеткой 10 см 3 5%-го раствора сахарозы, приливают цилиндром 10 см 3 ацетатного буфера (pH 4,7) и 0,5 см 3 толуола. Закрывают колбу корковой пробкой, 3 мин взбалтывают на ротаторе и ставят в термостат при 37°С на 24 ч.

Определение сахаров по методу Бертрана

Пипеткой отбирают 10-20 см’ фильтрата (в зависимости от активности инвертазы) в колбу Эрленмейера на 100 см 3 , сразу же приливают раствор Феллинга (если аликвота из раствора сахаров 10 см 3 , добавляют 10 см 3 4%-го раствора сернокислой меди и 10 см 3 раствора сегнетовой соли; если аликвота 20 см 3 , берут по 20 см 3 сернокислой меди и сегнетовой соли), перемешивают и ставят на горелку или электроплитку' и кипятят по песочным часам 3 мин.

С помощью водоструйного или масляного насоса фильтруют горячий раствор через трубку Аллина в колбу Бунзена.

Промывают колбу и трубку Аллина с осадком закисной меди от щелочи 7-8 раз горячей дистиллированной водой, не оставляя осадок закиси меди на воздухе. Трубку Аллина с промытым осадком переносят в малую колбу Бунзена, растворяют осадок 15-20 см 3 раствора железоаммиачных квасцов, приливая их сначала в колбу Эрленмейера, а затем в трубку Аллина. Колбу и трубку несколько раз промывают небольшими порциями горячей воды.

Раствор в колбе Бунзена титруют из бюретки 0,1 М раствором перманганата калия до слабо-розовой окраски.

Для расчета содержания сахаров в объеме раствора, взятого для анализа, количество перманганата (с учетом поправки к титру) умножают на 6,36, так как 1 см 3 0,1 М КМп0₄ эквивалентен 6,36 мг Си₂0. По весу закиси меди находят соответствующее количество глюкозы (см. таблицу 25 в ПРИЛОЖЕНИИ). Таким же способом определяют содержание глюкозы в контроле.

После внесения поправки на контроль рассчитывают активность инвертазы (X) в мг глюкозы на 100 г почвы за сутки:

Ферменты — это катализаторы химических реакций белковой природы, отличающиеся специфичностью действия в отношении катализа определенных химических реакций.

Они являются продуктами биосинтеза всех живых почвенных организмов: древесных и травянистых растений, мхов, лишайников, водорослей, микроорганизмов, простейших, насекомых, беспозвоночных и позвоночных животных, представленных в природной обстановке определенными совокупностями — биоценозами.

Биосинтез ферментов

В живых организмах осуществляется благодаря генетическим факторам, ответственным за наследственную передачу типа обмена веществ и его приспособительную изменчивость. Ферменты являются тем рабочим аппаратом, при помощи которого реализуется действие генов.

Они катализируют в организмах тысячи химических реакций, из которых в итоге слагается клеточный обмен. Благодаря им химические реакции в организме осуществляются с большой скоростью.

Классы

В настоящее время известно более 900 ферментов. Их подразделяют на шесть главных классов.

Оксиредуктазы, катализирующие окислительно-восстановительные реакции.
Трансферазы, катализирующие реакции межмолекулярного переноса различных химических групп и остатков.
Гидролазы, катализирующие реакции гидролитического расщепления внутримолекулярных связей.
Лиазы, катализирующие реакции присоединения групп по двойным связям и обратные реакции отрыва таких групп.
Изомеразы, катализирующие реакции изомеризации.
Лигазы, катализирующие химические реакции с образованием связей за счет АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты).

При отмирании и перегнивании живых организмов часть их ферментов разрушается, а часть, попадая в почву, сохраняет свою активность и катализирует многие почвенные химические реакции, участвуя в процессах почвообразования и в формировании качественного признака почв — плодородия.

В разных типах почв под определенными биоценозами сформировались свои ферментативные комплексы, отличающиеся активностью биокаталитических реакций.

Группы ферментов

В. Ф. Купревич и Т. А. Щербакова (1966) отмечают, что важной чертой ферментативных комплексов почв является упорядоченность действия имеющихся групп ферментов, которая проявляется в том:

что обеспечивается одновременное действие ряда ферментов, представляющих различные группы;
исключаются образование и накопление соединений, имеющихся в почве в избытке;
излишки накопившихся подвижных простых соединений (например, NH₃) тем или иным путем временно связываются и направляются в циклы, завершающиеся образованием более или менее сложных соединений.

Ферментативные комплексы являются уравновешенными саморегулирующимися системами. В этом основную роль играют микроорганизмы и растения, постоянно пополняющие почвенные ферменты, так как многие из них являются короткоживущими.

О количестве ферментов косвенно судят по их активности во времени, которая зависит от химической природы реагирующих веществ (субстрата, фермента) и от условий взаимодействия (концентрации компонентов, рН, температуры, состава среды, действия активаторов, ингибиторов и т.д.).

В данной главе рассматривается участие в некоторых химических почвенных процессах ферментов из класса гидролаз — активность инвертазы, уреазы, фосфатазы, протеазы и из класса оксиредуктаз — активность каталазы, пероксидазы и полифенолоксидазы.

Имеющих большое значение в превращении азот- и фосфорсодержащих органических веществ, веществ углеводного характера и в процессах образования гумуса. Активность этих ферментов — существенный показатель плодородия почв.

Кроме того, будет охарактеризована активность этих ферментов в лесных и пахотных почвах разной степени окультуренности на примере дерново-подзолистых, серых лесных и дерново-карбонатных почв.

Характеристика почвенных ферментов

Инвертаза — катализирует реакции гидролитического расщепления сахарозы на эквимолярные количества глюкозы и фруктозы, воздействует также на другие углеводы с образованием молекул фруктозы — энергетического продукта для жизнедеятельности микроорганизмов, катализирует фруктозотрансферазные реакции.

Исследования многих авторов показали, что активность инвертазы лучше других ферментов отражает уровень плодородия и биологической активности почв.

Уреаза— катализирует реакции гидролитического расщепления мочевины на аммиак и диоксид углерода. В связи с использованием мочевины в агрономической практике необходимо иметь в виду, что активность уреазы выше у более плодородных почв. Она повышается во всех почвах в периоды их наибольшей биологической активности — в июле — августе.
Фосфатаза (щелочная и кислая) — катализирует гидролиз ряда фосфорорганических соединений с образованием ортофосфата. Активность фосфатазы находится в обратной зависимости от обеспеченности растений подвижным фосфором, поэтому она может быть использована как дополнительный показатель при установлении потребности внесения в почвы фосфорных удобрений. Наиболее высокая фосфатазная активность в ризосфере растений.
Протеазы — это группа ферментов, при участии которых белки расщепляются до полипептидов и аминокислот, далее они подвергаются гидролизу до аммиака, диоксида углерода и воды. В связи с этим протеазы имеют важнейшее значение в жизни почвы, так как с ними связаны изменение состава органических компонентов и динамика усвояемых для растений форм азота.
Каталаза — в результате ее активирующего действия происходит расщепление перекиси водорода, токсичной для живых организмов, на воду и свободный кислород. Большое влияние на каталазную активность минеральных почв оказывает растительность.
Как правило, почвы, находящиеся под растениями с мощной глубоко проникающей корневой системой, характеризуются высокой каталазной активностью. Особенность активности каталазы заключается в том, что вниз по профилю она мало изменяется, имеет обратную зависимость от влажности почв и прямую — от температуры.
Полифенолоксидаза и пероксидаза — им в почвах принадлежит важная роль в процессах гумусообразования. Полифенолоксидаза катализирует окисление полифенолов в хиноны в присутствии свободного кислорода воздуха.
Пероксидаза же катализирует окисление полифенолов в присутствии перекиси водорода или органических перекисей. При этом ее роль состоит в активировании перекисей, поскольку они обладают слабым окисляющим действием на фенолы.
Далее может происходить конденсация хинонов с аминокислотами и пептидами с образованием первичной молекулы гуминовой кислоты, которая в дальнейшем способна усложняться за счет повторных конденсаций (Кононова, 1963).

Замечено (Чундерова, 1970), что отношение активности полифенолоксидазы (S) к активности пероксидазы (D), выраженное в процентах ( ), имеет связь с накоплением в почвах гумуса, поэтому эта величина получила название условный коэффициент накопления гумуса (К).

У пахотных слабоокультуренных почв Удмуртии за период с мая по сентябрь он составил: у дерново-подзолистой — 24 %, у серой лесной оподзоленной — 26 и у дерново-карбонатной почвы — 29 %.

Ферментативные процессы в почвах

Биокаталитическая активность почв находится в значительном соответствии со степенью обогащенности их микроорганизмами (табл. 11), зависит от типа почв и изменяется по генетическим горизонтам, что связано с особенностями изменения содержания гумуса, реакции, Red-Ox-потенциала и других показателей по профилю.

В целинных лесных почвах интенсивность ферментативных реакций в основном определяют горизонты лесной подстилки, а в пахотных — пахотные слои.

Как в одних, так и в других почвах все биологически менее активные генетические горизонты, находящиеся под горизонтами А или А_п, имеют низкую активность ферментов, незначительно изменяющуюся в положительную сторону при окультуривании почв.

После освоения лесных почв под пашню ферментативная активность образованного пахотного горизонта по сравнению с лесной подстилкой оказывается резко сниженной, но по мере его окультуривания повышается и в сильно окультуренных видах приближается или превышает показатели лесной подстилки.

11. Сопоставление биогенносга и ферментативной активности почв Среднего Предуралья (Пухидская, Ковриго, 1974)

В работе рассматривается один из возможных подходов к решению этой
задачи — исследование возможных [взаимосвязей уровня техногенного
загрязнения почв и их ферментативной активности, а так же наиболее
благоприятных агроприемов для возделывания некоторых

сельскохозяйственных культур. Преимуществом использования этих показателей является не только возможность быстрого определения изменений в экосистемах на очень ранних стадиях, но и возможность прогнозирования степени и направленности изменений, происходящих в них.

Имеющиеся сведения о ферментативной активности почв при различных антропогенных воздействиях в настоящее время пока недостаточны и требуют дальнейшего изучения- Это делает весьма актуальным в теоретическом и практическом отношениях изучение вопросов, затрагиваемых в данной работе.

Цель и задачи работы. Целью исследований явилось изучение ферментативной активности почв в условиях интенсивного антропогенного воздействия и возможности ее использования для диагностики экологического состояния почв.

В соответствии с целью исследования были поставлены следуюнще задачи:

Изучить влияние длительного систематического применения удобрений в севообороте на ферментативную активность чернозема выщелоченного

Изучить взаимосвязь ферментативной активности чернозема выщелоченного с его агрохимическими свойствами.

Исследовать влияние возраста пашни на ферментативную активность чернозема обыкновенного.

Исследовать влияние различных концентраций тяжелых металлов (Cd и As) на ферментативную активность почвы.

Оценить возможность использования показателей ферментативной активности почв как биоиндикаторов для оценки экологического состояния почв.

Научная новизна Впервые в Центра][ьно-Черноземном регионе проведено комплексное исследование динамики ферментативной активности почв в зависимости от различных систем применения удобрений, обработки почвы, уровней техногенного загрязнения тяжелыми металлами и нефтепродуктами. Установлено, что ферментативная активность почв может быть использована как один из диагностических показателей характеристики агроэкологического состояния почв, испытывающих интенсивное антропогенное влияние. Предлагается ряд показателей ферментативной активности почв по степени чувствительности к воздействию тяжелых металлов.

Практическая значимость. Показана реальная возможность индикации воздействии на почву разного рода антропогенных факторов с помощью показателей ферментативной активности почв. Определен ряд наиболее информативных показателей ферментативной активности почв.

Публикации, По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Основной материал изложен на 163 страницах машинописного текста и включает в себя 31 таблицу, 8 рисунков, 4 схемы и 33 приложения. Список литературы состоит из 136 работ (из них 17 работ зарубежных авторов).

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю академику РАСХН, профессору А.П. Щербакову; канд. с.-х. наук, доценту Т.А Девятовой за неоценимую поддержку и помощь при работе над диссертацией, а так же доктору с.-х. наук Куракову В.И., профессору E.Kandeler и доктору N. Wermbter, всему коллективу кафедры почвоведения и агрохимии Воронежского

государственного университета за помощь и ценные советы при проведении полевых и лабораторных исследований.

Генетико-морфологические и агрохимические характеристики почв

Для изучения морфологических и агрохимических свойств почв на территории ВНИИСС им. A.JL Мазлумова были заложены почвенные разрезы, В качестве примера приводим описание одного из них. Разрез располагался на поле с многолетними травами в 200 м к югу от трассы и в 500 м к востоку от с. Красное. Вид угодья - пашня, рельеф - водораздельное плато, микрорельеф не выражен. Вскипание от 10% НС1 наблюдалось на глубине 86 см. Апах 0-27 см свежий, темно-серый, пылевато-зернистый, 27 см - тяжелосуглинистыи, рыхлый, обилие корней растений, переход заметный по плотности. Ап/пах 27-43 см свежий, темно-серый, комковато-зернистый, 16 см Генетико-морфологнческую характеристику почв Каменной степи можно проанализировать на примере двух разрезов: на участке косимой залежи с лугово-степной растительностью (вьюн полевой, подорожник большой, ковыль, костер безостый, горошек мышиный и др.) и пашни 46 лет. Ad А Разрез №1. Разрез заложен на территории НИИ им. ВЛЗ. Докучаева Таловского района Воронежской области. Рельеф - водораздельное плато, микрорельеф не выражен, угодье - залежь косимая. Вскипание с 59 см. 0-5 см дернина, густо переплетена корнями растений. 5 см 5-32 см свежий, темно-серый, зернистый, тяжелосуглинистый, 27 см рыхлый, пористый, много корней растении и ходов беспозвоночных переход постепенный. АВ 32-57 см свежий, темно-серый с буроватым оттенком, комковато- 25 см зернистый, тяжелосуглинистыи, уплотнен, пористый, корни растений, переход постепенный. Во 57-97 см увлажнен, серо-бурый неоднородно окрашенный, 40 см комковатый, тяжелосуглинистыи, уплотнен, тонкопористый, единичные корни растений, гумусовые затеки, переход постепенный, вскипает от 10% НС1 с глубины 59 см. ВС 97-158 см увлажнен, светло-бурый с коричневым оттенком, 61 см комковато-призматический, тяжелосу глинисты и, уплотнен, тонкопористый, встречаются единичные корни растений и кротовины, гумусовые затеки, карбонаты в виде слабовыражепного псевдомицелия и белоглазки, переход постепенный. Сея 158 и влажный, желто-палевый лессовидный карбонатный глубже суглинок, карбонаты в виде белоглазки. Почва - чернозем обыкновенный среднегумусный маломощный тяжелосуглинистый на карбонатном лессовидном суглинке.

Методика и условия проведения исследований

Почвенные образцы отбирались на расстоянии от кромки дороги 10, 50, 100 и 150 м (см. схему 2). Отбор проводился в конце июня 1999 г. в безветренную ясную погоду на глубину 0-10 и 10-20 см с помощью почвенного бура. По метеорологическим данным, в целом лето 1999 года было теплым и засушливым. Для изучения влияния тяжелых металлов на ферментативную активность почв был выбран модельный опыт, заложенный в 1975-1976 г,г. Земельным нсдомствоМ г, Берлин. В рамках данного опыта субстратом бурой песчаной В наших исследованиях для оценки изменения ферментативной активности почв под влиянием различных антропогенных факторов использовались несколько методических подходов: 1. Определение ферментативной активности почв но истечении определенного срока с момента начала антропогенного воздействия, 2. Сопоставление результатов анализа почвы перед закладкой опыта и по истечению определенного промежутка времени. 3. Сопоставление результатов анализа почвы опытных участков и участков без воздействия изучаемого фактора. Результаты анализов почвы перед закладкой опытов, сопутствующие материалы были взяты из литературных источников. Анализы почвенных образцов проводились в трехкратной повторности. В свежих почвенных образцах проводили определения агрохимических показателей общепринятыми методами: 1) щелочногидролизуемый азот по Корнфилду; 2) подвижный фосфор по "Чирикову; 3) общее количество обменного калия методом Масловой; 4) углерод мокрым сжиганием по Тюрину; 5) гидролитическая кислотность по Каппену; 6) комплекснометрическое определение суммы кальций и магния в водной вытяжке титрованием комплексоном III, При работе использовались методы, представленные в учебном пособии по химическому анализу почв Воробьевой Л.А. /1998/. Валовое содержание тяжелых металлов (Pb, Cd, 2n3 Ni, Cr, Со, As) в почвах после разложения концентрированными кислотами и подвижные формы, извлекаемые ацетатно-аммонийной вытяжкой с pi 1=4,8 определяли на атомно-абсорбциошюм спектрометре ААС 4 и КВАЕТ,7-ЭДТА. Для оценки накопления тяжелых металлов в почве были использованы геохимические параметры - коэффициент концентрации и показатель суммарного загрязнения Zc.

Влияние распашки на ферментативную активность чернозема обыкновенного

Влияние различных способов обработки и их глубин на биохимические свойства почв широко изучено. В своей работе мы акцентируем внимание на длительности использования чернозема обыкновенного и изменении его свойств в результате этого. В качестве критериев, характеризующих степень изменения свойств пахотных участков, были проанализированы образцы залежных участков. Результаты наших исследований показали, что ежегодная механическая обработка чернозема обыкновенного привела к снижению содержания гумуса в пахотном горизонте (табл. 9). Наиболее существенное негативное изменение гумусного состояния почвы наблюдается на вариантах 45- и 75-летней пашни (приложение 15). Этот факт можно объяснить незначительным ежегодным поступлением органического вещества вместе с корневыми и пожнивными остатками сельскохозяйственных растений, выращиваемых на опытных полях, а также усилением процесса минерализации собственно гумусовых веществ, который провоцируется ежегодной перепашкой почвы. Негативное изменение гумусного состояния почв при их механической обработке широко изучено и подтверждается многими исследователями /Козловский Ф.И., 1991; Щеглов Д.И-,2000идрУ. При ежегодной перепашке почвы значительно увеличилось количество подвижного фосфора в слое 0-40 см (приложение 16). Существенное снижение гидролитической кислотности наблюдается на пашне 10 и 45 лет, в то время как на пашне 75 лет происходит значительное увеличение ее. При распашке чернозема обыкновенного в течение 10 лет происходит увеличение рН водного и солевого. На опытных участках не наблюдалось резкою изменения суммы обменных оснований. Как показали результаты исследования, для всех выбранных нами ферментов наблюдалась одна и та же закономерность - при увеличении срока использования чернозема обыкновенного в качестве пашни, ферментативная активность его уменьшалась (рис. 1, 2, 3, 4). Но наряду с общей тенденцией, были установлены и некоторые различия. Ферментативная активность косимой и некосимой залежи между собой не имели существенных отличий. Наблюдалось только значительное снижение При механической обработке чернозема обыкновенного более 50 лег резкого снижения уреазной, фосфатазнон и инвертазной активности не наблюдается. Инвертазная и уреазная активности чернозема обыкновенного, используемого и сельском хозяйстве 45 н 75 лет практически идентичны.

Влияние различных концентраций тяжелых металлов на ферментативную активность почв

Для изучения влияния тяжелых металлов на ферментативную активность почв был выбран модельный опыт на бурой лесной песчаной почве (г. Берлин, Германия). В рамках исследования проводилось изучение влияния кадмия и мышьяка на инвертазную, уреазную, каталазную и фосфатазную активности бурой лесной песчаной почвы. Выбор именно этих металлов для изучения обусловлен следующими соображени ями. Мышьяк - атомная масса 74,9. Мышьяк существует в нескольких аллотропических модификациях. Наиболее устойчив при обычных условиях металлический мышьяк. Соединения мышьяка (арсениты) легкорастворимы. Токсичность мышьяка хорошо известна. В организм человека он поступает с воздухом, водой и пищей. Его повышенное содержание может привесш к таким заболеваниям как нарушение функций желудка, рак легких и кожи, невритам. Мышьяк характеризуется довольно однородным распределением в главных типах горных пород. Его концентрации, как правило, колеблются в пределах 0,5-2,5 мг/кг и лишь в глинистых отложениях они относительно велики - 13 мг/кг. фоновые уровни содержания мышьяка в верхнем горизонте почв, как правило, невелики, хотя и превышают в несколько раз его концентрации в горных породах. Содержание его в незагрязненных почвах мира изменяется от 1 до 95 мг/кг. Роль кадмия в ферментативной системе живых организмов весьма ограничена, но его токсилогическое значение настолько велико, что этот металл фигурировал в самой первой программе ООН мониторинга окружающей среды. С точки зрения экотоксикологии значение кадмия и содержание его в почвах изучены еще недостаточно. Содержание кадмия в магматических и осадочных породах не превышает 0,3 мг/кг. Этот элемент тяготеет к лессовидным породам и сланцам, в которых содержание кадмия достигает 1 ,8 мг/кг /Перельман А.Н., 1989/, Кадмий может поступать в систему почва-растение из атмосферы с пылью и осадками в районе действия промышленных предприятий, автотрасс, городских коммунальных хозяйств, а также с удобрениями, особенно с фосфорными, сточными водами. Состояние кадмия после поступления его в почву определяется, с одной стороны, растворимостью соединений кадмия, с другой - взаимодействием их с минеральными и органическими веществами почв.

Максимальная адсорбция свойственна нейтральным и щелочным почвам с высоким содержанием гумуса и высокой емкостью поглощения /Руководство по исследованию содержания вредных веществ в почвах, 1994/. Кадмий в микродозах необходим человеку, т.к. регулирует содержание сахара в крови, но при повышенных концентрациях в любом состоянии сильно токсичен. Он вызывает ломкость костей, повышает кровяное давление, обладает канцерогенными свойствами, накапливается в печени и почках. Учитывая высокую токсичность кадмия и низкое его содержание в природных почвах, рекомендуется, чтобы поступление этого элемента в почву не превышало 5 мг/кг в год /Редце К., Кэретя С, 1986/. Валовое содержание тяжелых металлов в выбранных нами вариантах представлено в приложении 29. Установлено, что валовое содержание кадмия снизилось на варианте Cd I за период с 1976 по 2000 г, на 32%, а на варианте Cd 11 па 36%. Содержание подвижных форм этого металла в 2002 г, представлено также в приложении 29. В почвенных образцах варианта Cd I подвижные формы кадмия составляют 4,7% от валового содержания этого элемента, а на варианте Cd ГТ - 9,5%. По сравнению с контролем, содержание подвижных форм кадмия в 8 раз больше на варианте Cd I и в 63,5 раза на варианте Cd II. Мышьяк содержится в земной коре в количестве 0,0005 мг/кг, встречается в природе большей частью в соединениях с металлами или серой и лишь изредка в свободном состоянии. За период с момента создания опыта количество мышьяка в варианте As I уменьшилось на 64%, а в варианте As ТІ на 87%, что значительно больше, чем потери кадмия. Этот факт можно объяснить более интенсивной миграцией As вниз по профилю, а также выносом его растениями. Влияние тяжелых металлов на ферментативную активность бурой лесной почвы было различным (рис.5, 6, 7, 8). Согласно полученным нами данным, кадмий подавляет каталазную и фосфатазную активность бурой лесной песчаной почвы на двух исследуемых вариантах, существенное снижение активности уреазы наблюдается только на варианте Cd И, изменений инвертазной активности нами не установлено (приложения 30-33). По данным дисперсионного анализа установлено, что мышьяк оказал ингибирующее воздействие только на каталазную активность бурой лесной песчаной почвы (приложения 30-33). Этот факт можно объяснить быстрым вымыванием растворимых соединений мышьяка из почвенного профиля за его пределы и относительно невысоким содержанием его на момент отбора проб 1 исследуемой почве. Показатели ферментативной активности почв в условиях различного антропогенного воздействия (внесение удобрений, распашка, загрязнение тяжелыми металлами) возможно использовать для диагностики экологического состояния почв. 2. При длительном систематическом внесении минеральных и органических удобрений на выщелоченном черноземе происходя! изменения в интенсивности биохимических процессов. Минеральные удобрения в дозе N% Р12о К ю повышают активность инвертазы, что свидетельствует об усилении процессов минерализации органического вещества почвы. Совместное применение минеральных и органических удобрений увеличивают уреазиую активность чернозема выщелоченного, т.к. навоз является источником микроорганизмов и ферментов, а также питательным субстратом для почвенной биоты. Повышенные дозы минеральных удобрений (N135P1S0K135) снижают активность уреазы в связи с тем, что при длительном применении повышенных доз удобрений происходит подкисление реакции почв, что отрицательно влияет на активность данного фермента. 3. Накопление в исследуемой почве щелочногидролизуемого азота и повышение активности гидролитических ферментов представляет единый процесс, определяющий сопряженность процессов динамики и трансформации органических азотных соединений и ферментативной активности почв. 4. По степени чувствительности к действию удобрений, ферменты можно расположить в следующий ряд: уреаза инвертаза фосфатаза = каталаза. 5- Через 65 лет после закладки опыта темпы снижения запасов гумуса уменьшились, и наступило относительное равновесие в процессах минерализации и гумусопакопления.

Читайте также: