Влияние переувлажнения и оглеения на ферментативную активность почв

АКТИВНОСТЬ почв

Ферментативная активность - важная почвенная характеристика. Ферменты (энзимы) - белковые вещества, которые выступают в виде катализаторов биохимических процессов. Почва является самой обеспеченной системой по ферментативному разнообразию и запасу. По современным данным, в почвах содержится около 40 ферментов.

А.Ш. Галстяном в 1974 году доказано, что для ферментативных реакций необходимы специфическая пространственная ориентация и взаимодействие субстрата с активным центром энзима. Именно поэтому работа многих ферментов происходит не только как в растворах, но и на поверхности частиц почвы.

Все процессы, определяющие эволюцию почвы, осуществляются ферментативным комплексом, как живого почвенного вещества, так и самой почвы (Купревич, Щербакова, 1966).

Источниками почвенных энзимов выступают растения, микроорганизмы, грибы, водоросли, животные, которые выделяют их в виде метаболитов. Однако до сих пор единого мнения о природе происхождения почвенных ферментов.

В настоящее время установлено, что почвенные ферменты представлены, по всей видимости, только ферментами, участвующими в разложении органического вещества. То есть синтетазы в почве обнаружены не были.

Ферменты в почве находятся в комплексе с гумусовыми соединениями, но прочность этой связи зависит от самих ферментов. Примечательно, что гидролитические ферменты иммобилизованы гумусом почвы более прочно, чем оксидоредуктазы (Масько и др., 1992).

Преобладающая часть веществ, попадающих в почву, представлены углеводами, которые подвергаются действию комплекса ферментов - инвертазы, амилазы и других. Инвертаза расщепляет сложные сахара на мономеры в виде глюкозы и фруктозы.

Процессы круговорота азота и его соединений является центральным звеном в почвенном метаболизме. На каждой стадии преобразования белковых соединений принимают участие гидролазные и оксидредуктазные системы энзимов. Первый этап начинается с действия протеаз и нуклеаз, катализирующих процессы деполимеризации.

На стадии аммонификации в процесс вступают амидазы, из которых наиболее интересна уреаза. С действием уреазы связаны процессы гидролиза мочевины. Также при протекании аммонификации свою роль играют ферменты группы оксидоредуктаз: в анаэробных условиях происходит окисление азота до нитратов при непосредственном участии нитритоксида-зы, а при анаэробиозе нитратредуктаза катализирует образование нитритов.

Фосфор, являясь одним из важнейших элементов питания, жизненно необходим для связанных с почвой организмов. С этой точки зрения интерес представляет фосфатаза, которая катализирует гидролиз эфиров фосфорной кислоты.

Известно, что почвенные энзимы участвуют и в отдельных этапах биогенеза гумуса (Галстян, 1974). Основные участники - полифенолокси-даза и пероксидаза. Активность этих ферментов определяется парциальным давлением кислорода в почве. Так как при анаэробных условиях активизируются уже сульфатредуктазы.

Ферриредуктазы используют кислород окиси железа в качестве акцептора электронов в окислительно-восстановительных процессах. При этом окисные формы железа восстанавливаются в закисные.

К классу оксидоредуктаз относится также фермент каталаза, являющаяся дыхательным ферментом, катализирующая расщепление перекиси водорода, токсичной для живых организмов.

Среди ферментов, участвующих в процессах дыхания почвенной микробиоты, большое значение имеют и дегидрогеназы, которые катализируют реакции дегидрирования органических веществ. Образованный путем дегидрирования водород может при помощи аэробных дегидрогеназ может передаваться кислороду из воздуха или при помощи анаэробных дегидрогеназ - органическим веществам типа хинонов.

Таким образом, ферментный пул почвы очень богат, разнообразен и принимает участие во всех этапах трансформации, поступающих в почву органических соединений, и является важнейшим регулятором биохимического гомеостаза почвы.

Ферментативная активность напрямую зависит как от экологических факторов, так и от свойств самой почвы. Гидротермические условия являются одним из ведущих факторов, регулирующих почвенные процессы. С увеличением увлажненности на фоне пониженной температуры наблюдается повышение активности гидролитических ферментов - инвертазы, фосфатазы, уреазы и прочих. При длительном переувлажнении почв установлена минимальная активность каталазы (Лыков, 1976). В то время как активность уреазы максимальна в глеевых почвах, как наиболее обогащенных органическим субстратом. При высушивании почв происходит изменение ферментативной активности (Даденко, 2004). Гидролазы снижают свою активность, а оксидазы - увеличивают в 1,5-2 раза (Галстян, 1974). Соответственно, при переувлажнении наблюдается обратная зависимость.

Исследованиями различных авторов установлено, что активность почвенных ферментов может служить надежным показателем при диагностике почвенного состояния и его изменения под действием антропогенной деятельности (Галстян, 1982, 1978; Хазиев, 1976, 1982; Казеев, 1996, 2003, 2005; Колесников, 2006). Применению активности почвенных энзимов в качестве показателя для оценки состояния почв способствуют низкая ошибка опытов (не более 5-8 %) и высокая устойчивость ферментов даже при хранении образцов (Галстян, 1982; Даденко, Казеев, 2006).

При оценке биологической активности достаточно определять активность одного фермента из групп: гидролазы, оксидоредуктазы, амидазы.

Многие авторы считают, что активность каталазы следует можно рассматривать как показатель активности микробиоты в различных экологических нишах. Каталазную активность оценивают как устойчивый показатель и рекомендуют к широкому использованию для энзимологической диагностики состояния изменения окислительно-восстановительных условий (Григорян, 1990; Казеев, Колесников и др., 2000). Следует отметить, что в окислении железа каталазе принадлежит важная роль. При окислении органики образуется перекись водорода, разлагаемая каталазой. Освободившийся при этом кислород окисляет двухвалентное железо.

Карбогидразы (группа гидролаз) — ферменты, расщепляющие углеводы различной химической природы и происхождения (инвертаза, целлюлаза, амилаза, ксиланаза и др.). Они зарекомендовали себя как надежные показатели биологической активности почвы. Наиболее полно из них исследована инвертаза. Ее активность часто предлагают использовать как показатель степени окультуренности, эродированное™, загрязненности поч вы, пригодности почв для заселения растениями (Хазиев, 1982 и др.). Целлюлозоразрушающая активность также имеет огромное значение в круговороте углерода в природе и может служить показателем биологической активности, в частности интенсивности превращения лабильной фракции органического вещества почвы (Паников и др., 1984; Хазиев, Багаутдинов, 1987; Киреева и др., 2000 и др.).

Ферментативная активность также существенно определяется степенью гидроморфизма почв. При длительном переувлажнении и обводнении в поверхностных горизонтах установлена минимальная активность каталазы и инвертазы (Лыков, 1976).

А.Ш. Галстян (1974) утверждал, что переувлажнение снижает активность оксидаз, но, напротив, повышает - гидролаз. А также установил, что при оглеении увеличивается активность марганецредуктазы и ферриредук-тиазы. Это подтверждают исследования М.Г. Лыкова (1976), установившего, что активность уреазы максимальна в глеевых почвах. Повышение активности гидролаз связывают с обогащением гидроморфных почв органическим веществом. Однако пойменно-болотные почвы обладают высокой активностью и инвертазы, и каталазы (Галстян, 1974). Переувлажнение снижает активность оксидоредуктаз (каталаза) за счет ингибирования про-стетической группы фермента (Казеев, Стрелкова, Тищенко, 2006) и преобладания восстановительных условий.

Рядом авторов показана возможность успешного применения ферментативной активности при выявлениях процессов вторичного гидроморфизма и оглеения (Стрелкова, Казеев, 2004). Особое внимание следует обращать на активность ферриредуктазы, которая катализирует процесс восстановления железа в анаэробных условиях в присутствии водорода. Оптимальные условия для усиления активности ферриредуктазы создаются при наличии в почве окисей железа и легкодоступных органических веществ. Вопрос о состоянии железа в почве особенно актуален, если осушение производится с помощью закрытого дренажа, на котором могут оседать охряные образования. Следует отметить, что активность ферриредуктазы максимально повышается при переувлажнении, что связано с преобладанием восстановительных условий (Казеев, 2004).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >