Сельское хозяйство

Почвоведы выяснили, что тяжелые металлы втрое ослабляют ферменты почвы

Wikimedia Commons

Российский почвовед совместно с коллегами из Великобритании, Венесуэлы, Германии и Чили выяснил, что тяжелые металлы подавляют активность ферментов в почве в 3–3,5 раза. В первую очередь страдают ферменты, которые отвечают за круговорот углерода и серы. Эти данные помогут рациональнее использовать и удобрять сельскохозяйственные земли. Результаты опубликованы в журнале Science of the Total Environment.

Почвенные ферменты — вещества, которые ускоряют химические реакции в почвах. Они регулируют клеточный метаболизм живущих в земле организмов, участвуют в процессах разложения органики, образуют гумус. Чем активнее почвенные ферменты, тем лучше качество и плодородие почвы. Такие тяжелые металлы, как свинец, цинк, кадмий, медь и мышьяк, снижают способность ферментов ускорять химические реакции. Тем самым тяжелые металлы нарушают круговорот химических элементов.

Авторы метаанализа проанализировали 46 работ о влиянии тяжелых металлов на ферменты в почве. Исследователи отобрали шесть ферментов и разделили их по группам в зависимости от того, на круговорот какого химического элемента они влияют. Так, например, фермент арилсульфатаза ускоряет взаимодействие содержащих серу кислот с водой и поэтому связан с биогеохимическим циклом серы. Остальные ферменты по тому же принципу задействованы в циклах углерода, азота или фосфора.

Почвоведы сравнили активность ферментов в здоровой и в загрязненной тяжелыми металлами почве. Наиболее уязвимыми к загрязнению тяжелыми металлами оказались внутриклеточные (содержащиеся в клетках корней и микробов) ферменты, которые связаны с круговоротом углерода и серы. Это может быть связано с тем, что внеклеточные ферменты закрепляются на глинистых материалах и органических веществах. За счет этого они оказываются более стабильны, чем внутриклеточные.

«Внеклеточные ферменты проявляют более высокую стойкость благодаря органоминеральному комплексу, который стабилизирует их в почвенной среде, чем не могут похвастаться внутриклеточные. Ферменты круговоротов азота и фосфора показали средний и низкий уровни снижения активности, так как они преимущественно внеклеточные», — рассказал доктор биологических наук Яков Кузяков, руководитель Центра математического моделирования и проектирования устойчивых экосистем РУДН, представляющий также Казанский федеральный университет.

Ферменты, ответственные за процессы газообмена, гликолиза и брожения, — арилсульфатаза и дегидродеганаза — оказались наиболее чувствительными — в загрязненных тяжелыми металлами почвах их активность снижается на 64% и 72% соответственно — то есть в 3–3,5 раза. Для снижения активности некоторых ферментов (бета-глюкозидазы, каталазы) оказалось достаточно даже низкой концентрации тяжелых металлов (до 200 мг на 1 кг). Фермент уреаза, который важен для круговорота азота, напротив, оказался чувствительным к концентрации металлов — снижение его активности варьируется от 10% при слабом загрязнении до 70% при экстремальном. Примечательно, что активность ферментов кислых фосфатаз увеличивается при низких концентрациях кадмия и меди.

«Исследование помогает лучше понять процессы, которые приводят к деградации почвенных систем под воздействием металлического загрязнения. Полученные результаты могут помочь в разработке новых методов восстановления загрязненных тяжелыми металлами почв», — добавил ученый.

В исследовании приняли участие ученые из Университета Фронтера (Чили), Института Джеймса Хаттона (Великобритания), Венесуэльского института научных исследований, Геттингенского университета (Германия), РУДН и Казанского федерального университета (Россия).

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.