Почвовед РУДН 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.
Почвовед РУДН Яков Кузяков совместно с коллегами из Великобритании, Венесуэлы, Германии и Чили проанализировал 46 работ о влиянии тяжелых металлов на ферменты в почве. Авторы 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 связана 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 почвы. 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.
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
«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 Яков Кузяков из РУДН.
В исследовании приняли участие ученые из Университета Фронтера (Чили), Института Джеймса Хаттона (Великобритания), Венесуэльского института научных исследований, Гёттингенского университета (Германия) и Казанского федерального университета (Россия).
Meta-analysis of heavy metal effects on soil enzyme activities, Science of The Total Environment, 2020, 737
DOI:10.1016/j.scitotenv.2020.139744
Научное направление: почвоведение.