Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

ВЛИЯНИЕ ЦЕОЛИТОВ НА ФЕРМЕНТАТИВНУЮ АКТИВНОСТЬ ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО ПРИ ЗАГРЯЗНЕНИИ ЦИНКОМ

Семенова И.Н. 2 Зулкарнаев А.Б. 2
2 ГАНУ «Институт региональных исследований» Академии наук Республики Башкортостан, Сибай, Республика Башкортостан
Изучение ферментативной активности почв, загрязненных Zn, показало, что при концентрации этого металла, равной 1 и 5 ПДК, не происходило уменьшения активности уреазы и протеазы. При увеличении содержания цинка до 10 ПДК активность уреазы на неудобренной почве снижалась на 17%, протеазы – на 50%, а целлюлазы – на 30% от активности на незагрязненной почве. Применение органических удобрений в сочетании с цеолитами позволило снизить отрицательное действие цинка на ферментативную активность почвы. По отношению к загрязнению почвы цинком наиболее чувствительной оказалась протеазная активность, менее чувствительной - уреазная активность, и слабо реагировала целлюлазная активность. По отношению к уреазе проявились в наибольшей степени протекторные свойства цеолитов.
ферментативная активность почв
цеолиты
1. Гафарова Е.В., Зарипова С.К. Влияние цеолитсодержащей породы и эспарцета на биологические параметры выщелоченного чернозема, загрязненного смесью углеводородов // Вестник СамГУ. - Естественнонаучная серия. - 2005. - №6(40). - С. 146-157.
2. Голохваст К.С., Паничев А.М., Гульков А.Н., Анисимова А.А. Перспективы биомедицинского использования природных минералов // Известия Самарского научного центра РАН. - 2009. - Т.11. - №1(2). - С. 208-211.
3. Зулкарнаев А. Б., Ильбулова Г.Р., Семенова И.Н., Суюндуков Я.Т. Тяжёлые металлы в почвах города Сибай // Аграрная наука. - 2011. - № 4. - С.10-11.
4. Исламгулова Г.Е., Суюндукова М.Б., Суюндуков Я.Т., Мухаметдинова Г.А. Влияние природных цеолитов на плодородие почв и продуктивность сельскохозяйственных культур // Аграрная наука. - 2008. - №7. - С. 21-23.
5. Мухаметдинова Г.А., Суюндукова М.Б. Влияние внесения различных доз природного цеолита на структурно-агрегатный состав чернозема обыкновенного // Вестник Оренбургского государственного университета. Проблемы Южного Урала. Часть 2. Специальный выпуск (75). - 2007. - С. 231-233.
6. Семенова И.Н., Ильбулова Г.Р., Суюндуков Я.Т., Зулкарнаев А.Б. Влияние природных цеолитов на функциональную активность микробных сообществ, загрязненных тяжелыми металлами // Аграрная наука. - 2011. - №2. - С. 12-14.
7. Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии. - М.: Наука, 2005. - 252 с.
8. Шурубикова А.А. Влияние природных цеолитов на Saccharomyces cerevisiae: автореф. дис. ... канд. биол. наук. - Улан-Удэ, 2004. - 23 с.
Развитие цивилизации и рост урбанизации вызывают усиление вмешательства человека в природный комплекс. Вследствие нарушения естественных ландшафтов, загрязнения разнообразными твердыми, жидкими и газообразными отходами снижается устойчивость территорий, повышается степень экологического риска для всех компонентов окружающей среды, в том числе для почв. Мощным антропогенным фактором деградации почв является загрязнение их тяжелыми металлами (ТМ) в результате деятельности предприятий горнорудной промышленности [3].

В последнее время разрабатываются и испытываются способы очистки почв от тяжелых металлов и приемы предотвращения распространения их по профилю почвы. В частности, для сдерживания поступления загрязнителя в почву применяются природные сорбенты, относящиеся к группе минеральных алюмосиликатов,  - цеолитовые минералы [2]. Использование в земледелии высококремнистых пород (цеолитов, диатомитов и др.), обладающих рядом агрономически ценных свойств, в последнее время в связи с ростом цен на минеральные удобрения приобретает все больше сторонников. Цеолиты - экологически безопасный минерал осадочного  происхождения,  основу  которого  составляют  кремнийсодержащие остатки диатомовых водорослей, простейших морских организмов. Одним из наиболее ценных свойств цеолитов, является селективное поглощение ими катионов тяжелых металлов. Внесение в почву цеолитов способствует обогащению прикорневого слоя питательными веществами, улучшению аэрации, влагоудерживающей и поглотительной способности, структуры и водно-физических характеристик почв, снижению их кислотности [4,5], а также повышению микробиологической и ферментативной активности [1,6,8].

Цель работы - изучить ферментативную активность почв, загрязненных цинком, в присутствии цеолитов Тузбекского месторождения и органических удобрений.

Объекты и методы исследования. Исследования проводились в течение вегетационного периода 2009 г. на опытном участке ГАНУ Института региональных исследований Академии наук Республики Башкортостан, засеянном яровой пшеницей.  Тип почвы - чернозем обыкновенный. Цинк  вносили в форме  ацетата  в концентрации 1, 5 и 10 ПДК. Контролем служила незагрязненная почва без удобрений и мелиорантов. Повторность опытов 3-кратная. Уреазную активность определяли по методу Т.А.Щербаковой (1983), протеазную активность - по Ф.Х. Хазиеву и Я.М. Агафаровой (1975), целлюлозоразлагающую активность почв аппликационным методом [7]. При оценке статистической достоверности полученных данных использовали t-критерий Стьюдента, p ≥ 0,05.

Результаты. Цинк - важнейший биоэлемент, значение которого для растения трудно переоценить. Одна из важнейших функций цинка в клеточном метаболизме - регуляция ростовых процессов у растений. Цинк принимает непосредственное участие в процессе дыхания, влияет на метаболизм углеводов, протеинов и фосфатов, а также на синтез ДНК, РНК и ауксинов. Является катализатором и активатором многих процессов. Он входит в состав фермента карбоангидразы, который расщепляет угольную кислоту на углекислый газ и воду, активирует каталазу, пероксидазу, липазу, протеазу, инвертазу. Недостаток этого элемента приводит к нарушению обмена веществ у растений: задерживается образование сахарозы и крахмала, происходит накопление минерального фосфора и уменьшение фосфорорганических соединений, нарушается процесс образования хлорофилла.

В условиях возрастающей антропогенной нагрузки на почвы цинк в больших концентрациях может выступать в роли загрязнителя. В условиях цинкового загрязнения отрицательное влияние этого металла на физиологические процессы в растениях и микроорганизмах, прежде всего, связано с отсутствием физиологических барьеров к его избыточному поглощению.

Результаты исследований по влиянию цинка на ферментативную активность почв  показаны на рисунке 1.

А

 

Б

 

В

Рис. 1. Влияние цеолитов и  органических удобрений на ферментативную (А - уреазную, Б - протеолитическую, В - целлюлозолитическую) активность почвы, загрязненной цинком.

Выраженного угнетающего воздействия цинка на активность уреазы не наблюдали. Более того, при концентрации 1 и 5 ПДК происходило увеличение активности фермента в 1,1 раза, и только лишь при 10 ПДК - отмечено снижение на 17 % (рис. 1,А). Наблюдалось ярко выраженное положительное влияние внесенных удобрений на показатели активности уреазы как при загрязнении почвы цинком, так и без него. Наибольшая активность фермента была отмечена на органо-цеолитном фоне (в 1,7 раз выше, чем на фоне без удобрений), меньшая - на цеолитном. На загрязненной почве была  установлена защитная роль внесенных удобрений по отношению к активности уреазы. Совместное добавление навоза с цеолитами в почву, содержащую цинк в концентрации 10 ПДК, повышало активность фермента в 1,9 раз по сравнению с неудобренной загрязненной почвой.

Загрязнение почв цинком приводило к существенному снижению протеазной активности, особенно при высоких концентрациях, равных 10 ПДК (до 50 % от контроля), хотя при 1 ПДК имело место, напротив, повышение активности этого фермента (рис. 1, Б). Внесение удобрений оказало значительное положительное влияние на протеазную активность. В почвах, содержащих органические удобрения в сочетании с цеолитами, было отмечено превышение ферментативной активности в 4,3 раза по сравнению с неудобренной почвой.  На загрязненных почвах эта величина составляла  3,2 раза при 1 ПДК, 3,8 раз при 5 ПДК и 6,2 раза при 10 ПДК по сравнению с аналогичной загрязненной почвой, но без внесения удобрений. При использовании цеолитов в количестве 15 т/га превышение активности фермента по сравнению с неудобренной почвой составило 1,3 раза в незагрязненной почве, 2,3 раза  при 1 ПДК, 2,1 раза при 5 ПДК и 3,2 раза при 10 ПДК. В случае содержания цеолитов, равного 30 т/га, превышение имело место только при загрязнении, равном 10 ПДК. Внесение в почву цеолитов в сочетании с органикой существенно увеличивало  активность фермента, в то время как при внесении только цеолитов данный эффект был выражен в значительно меньшей степени. Как и в случае уреазы, наибольшим протекторным действием по отношению к протеазе обладали цеолиты в количестве 15 т/га: если в случае совместного внесения цеолитов и органики при 10 ПДК цинка активность составила 72 %, а в случае цеолитов в количестве 30 т/га - 58 % от контроля, то при использовании цеолитов в количестве 15 т/га - даже увеличилась на 24 %.

Загрязнение почвы цинком приводило к некоторому снижению целлюлозолитической активности по сравнению с незагрязненными образцами: активность  составила при 1 ПДК -60 %, при 5ПДК - 80 %, при 10 ПДК - 70 % от контрольного значения. Внесение удобрений оказало значительное положительное влияние на целлюлозолитическую активность (рис. 1, В). В незагрязненных почвах, содержащих навоз в сочетании с цеолитами, было отмечено увеличение ферментативной активности в 3,3 раза, в то время как на загрязненных почвах это увеличение составило  5,1 раза при 1 ПДК, 3,6 раза при 5 ПДК и 3,7 раза при 10 ПДК по сравнению с аналогичной загрязненной почвой, но без внесения удобрений. При использовании цеолитов в количестве 15 т/га увеличение активности фермента составило 3,2 раза в незагрязненной и от 3,0 до 5,1 раз в загрязненной почве. В случае использования цеолитов в количестве 30 т/га данный эффект был также положительным. Внесение в почву цеолитов в  сочетании с органикой обладало наиболее высоким протективным действием. Следовательно, применение органических удобрений в сочетании с цеолитами позволило снизить отрицательное действие цинка на целлюлазную активность почвы. Но по сравнению с протеазой и уреазой данное воздействие было менее выражено.

Таким образом, по отношению к загрязнению почвы цинком очень чувствительной оказалась протеазная активность, менее чувствительной - уреазная активность, и слабо реагировала целлюлазная активность. По отношению к уреазе проявились в наибольшей степени протекторные свойства цеолитов.

Рецензенты:

  • Янтурин С.И., д.б.н., профессор, зав. кафедрой экологии, Сибайский институт (филиал) ГОУ ВПО «Башкирский государственный университет, г. Сибай.
  • Мазгаров И.Р., д.б.н., профессор, зав. кафедрой физиологии человека и животных, Сибайский институт (филиал) ГОУ ВПО «Башкирский государственный университет», г. Сибай.

Библиографическая ссылка

Семенова И.Н., Семенова И.Н., Зулкарнаев А.Б. ВЛИЯНИЕ ЦЕОЛИТОВ НА ФЕРМЕНТАТИВНУЮ АКТИВНОСТЬ ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО ПРИ ЗАГРЯЗНЕНИИ ЦИНКОМ // Современные проблемы науки и образования. – 2011. – № 6.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=4916 (дата обращения: 20.11.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074