Особливості функціонування фосфота амідогідролаз в едафотопах, забруднених емісіями рудозбагачувальної фабрики Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 581.2:631.461

О. М. Артюшенко, В. О. Негуляєв

Криворізький ботанічний сад НАН України

ОСОБЛИВОСТІ ФУНКЦІОНУВАННЯ ФОСФО- ТА АМТДОГТДРОЛАЗ В ЕДАФОТОПАХ, ЗАБРУДНЕНИХ ЕМІСІЯМИ РУДОЗБАГАЧУВАЛЬНОЇ ФАБРИКИ

Досліджено вплив аеротехногенного типу забруднення ґрунту на активність деяких гідролітичних ферментів циклів азоту та фосфору. Показано, що біохімічна мобілізація фосфорорганічних і азотвмісних сполук ґрунту, забрудненого важкими металами, пригнічується в різній мірі. За чутливістю до аеротехногенного типу забруднення досліджені ферменти можна розташувати наступним чином: уреаза > лужна фосфатаза > аргіназа > АТФ-аза > кисла фосфатаза > амідаза.

Influence of aerotechnogenic contamination of soils on activity of some hydrolytic enzymes of nitrogen and phosphorus cycles is examined. Biochemical mobilization of organophosphorous and nitrogen-bearing compounds in soils polluted by heavy metals is depressed to a variable extent. In descending order of sensitivity to the pollution, the studied enzymes ranked as follows: urease > alkaline phosphatase > arginase > АТPase > acid phosphatase > amidase.

Вступ

Одна з актуальних проблем сьогодення - відновлення та охорона ґрунтів, що зазнають негативного впливу підприємств гірничо-переробного комплексу, зокрема забруднення важкими металами. Екологічні наслідки цього явища мають одразу два негативні аспекти. По-перше, потрапляючи по ланцюгах живлення з ґрунту в живі організми, важкі метали можуть викликати небезпечні захворювання. По-друге, накопичуючись у ґрунті, вони здатні змінювати його властивості. Високий рівень забруднення важкими металами призводить до змін фізико-хімічних властивостей ґрунту: рН, рівня окисно-відновного потенціалу, складу гумусу та інших [5; 9]. Однак у першу чергу змінюються біологічні властивості ґрунту: знижується чисельність мікроорганізмів, збіднюється їх видовий склад, уповільнюються біохімічні реакції. Результат дії вищезазначених чинників - часткова, а в ряді випадків і повна втрата ґрунтом родючості [4]. Тому необхідне подальше вивчення функціонування ґрунтових ферментів, які каталізують реакції біохімічної мобілізації фосфорорганічних і азотовмісних сполук у ґрунтах, порушених діяльністю виробництв із збагачення залізної руди.

Матеріал і методи досліджень

Об’єкт досліджень - зональний ґрунт (чорнозем звичайний малогумусний) та ґрунт промислового майданчика рудозбагачувальної фабрики (РЗФ) Північного гірничо-збагачувального комбінату Кривого Рогу. Зразки зонального та забрудненого ґрунту відбирались восени з шарів 0-10, 10-20 та 20-30 см. Визначення активності кислої (КФ 3.1.3.1) та лужної (КФ 3.1.3.2) фосфатази, АТФ-ази (КФ 3.6.1.3), амідази (КФ 3.5.1.4), аргінази (КФ 3.5.3.1) та уреази (КФ 3.5.1.5) проводили за загальноприйнятими методиками Ф. Х. Хазієва (1990) [7]. Статистичну обробку результатів проводили за Б. А. Доспеховим [3].

Результати та їх обговорення

Визначення активності фосфо- та амідогідролаз у чорноземі звичайному мало-гумусному свідчить, що для більшості ферментів спостерігається поступове зменшення їх активності в нижчих шарах ґрунту на 8-48 %, тоді як для уреази - на 87 %.

© О. М. Артюшенко, В. О. Негуляєв, 2006

Попередніми дослідженнями В. М. Гришко, О. В. Данильчук і О. В. Сищикової [2] щодо накопичення різних за рухомістю форм важких металів у ґрунтах промислового майданчика РЗФ встановлено, що вміст рухомих форм заліза у верхньому шарі поблизу джерела емісій більше ніж у 2500 разів перевищував такий у зональному ґрунті, кадмію - удвічі, міді - на 25-30 %. Тобто відбувається аерогенний тип забруднення едафотопів найбільш мобільними формами важких металів.

Визначення активності фосфо- та азотмобілізуючих ферментів (табл.) свідчать, що поблизу джерела емісій у верхніх шарах ґрунту спостерігається зниження їх активності порівняно із зональним ґрунтом. Так, у шарах ґрунту 0-10 та 10-20 см активність кислої фосфатази зменшилась більше ніж на 20 %. Зазначене інгібування активності ферменту у поверхневих шарах ґрунту проммайданчика можна пояснити не лише впливом сполук важких металів, а й несприятливим для функціонування кислої фосфатази рН ґрунтового розчину - 8,4 (тоді як оптимум становить 4-6).

Таблиця

Активність деяких фосфатаз і амідогідролаз у зональному та порушеному ґрунті

о 3 о § & ю и 8 4 и Активність фосфатаз, мг Р2О5/г ґрунту за 24 години Активність амідогідролаз

кисла фосфатаза лужна фосфатаза амідаза, мг N-NN4+/г ґрунту за 24 години аргіназа, мг N-СО(NH2)2/г ґрунту за 24 години

М ±т V, % о 2 ол до х® & %т ко М ±т V, % 2 ол до ^ & ко М ±т V, % 2 о д ^ я § М ±т V, % 2 ол до ^ & ко

Чорнозем звичайний

0-10 0,49 ± 0,013 4,8 - 0,66 ± 0,014 3,7 - 0,42 ± 0,002 11,2 - 0,68 ± 0,003 8,1 -

10-20 0,45 ± 0,012 4,4 - 0,41 ± 0,009 1,2 - 0,28 ± 0,001 11,3 - 0,55 ± 0,004 11,5 -

20-30 0,28 ± 0,003 2,1 - 0,38 ± 0,008 3,6 - 0,22 ± 0,002 21,5 - 0,55 ± 0,003 9,9 -

Проммайданчик РЗФ

0-10 0,38 ± 0,025* 11,2 78,0 0,30 ± 0,018* 10,5 45,5 0,38 ± 0,002* 12,4 90,5 0,38 ± 0,001* 8,3 55,7

10-20 0,35 ± 0,007* 3,3 77,7 0,30 ± 0,002* 1,2 73,2 0,26 ± 0,002* 18,2 92,9 0,45 ± 0,001* 7,1 80,9

20-30 0,18 ± 0,014* 13,7 64,2 0,37 ± 0,003 3,6 97,4 0,20 ± 0,002* 23,6 90,9 0,51 ± 0,002* 9,3 91,7

Примітки: * - різниця достовірна відносно контролю (р < 0,05).

На глибині 20-30 см активність ферменту на 45 % менша, ніж у зональному ґрунті. Дослідження активності АТФ-ази показало, що вже у верхньому шарі ґрунту спостерігається пригнічення (на 22 %) її функціонування. Більш суттєве зменшення активності ферменту відмічене в нижньому шарі ґрунту проммайданчика. На нашу думку, крім зазначених вище чинників при поясненні отриманих даних треба враховувати той факт, що в містах та на промислових майданчиках підприємств формуються специфічні техногенні поверхневі ґрунтоподібні утворення з низькою родючістю та порушеною структурою ґрунтового профілю, значною кількістю будівельного сміття, неорганічних промислових відходів, інколи материнської породи [6], поверх якої був насипаний шар чорнозему.

Отримані дані добре узгоджуються з роботами [1; 8; 10], якими встановлено, що надходження комплексу важких металів у ґрунт зі зрошувальними водами спричиняє інгібуючу дію на активність ґрунтових фосфатаз. К. В. Григоряном та

А. Ш. Галстяном [1] запропонована класифікація рівнів забруднення ґрунтів важки-

ми металами на основі змін активності кислої та лужної фосфатаз. Зменшення активності ґрунтових фосфатаз до 20 % свідчить про низький рівень забруднення ґрунтів, від 20 до 45 % - середній, більше ніж на 45 % - високий рівень забруднення ґрунтів. Згідно із запропонованою вище класифікацією досліджені нами ґрунти можна віднести до середньо- та сильно забруднених.

Значне пригнічення функціонування лужної фосфатази та аргінази (на 55 та 45 % відповідно) встановлене у верхньому шарі ґрунту (0-10 см), який у більшій мірі забруднений важкими металами. На глибині 10-20 см зменшення активності зазначених ферментів відбувалось у меншій мірі (на 27 і 29 % відповідно), а в шарі ґрунту 20-30 см значення статистично не відрізнялись від контролю (див. табл.). Наведений вище розподіл активності ферментів свідчить про аерогенний тип забруднення.

Рис. Активність АТФ-ази (а) та уреази (б) у чорноземі звичайному та на проммайданчику РЗФ:

1 - шар ґрунту 0-10 см, 2 - 10-20 см, 3 - 20-30 см,

* - різниця статистично достовірна відносно контролю (р < 0,05).

Істотне (на 73 %) уповільнення процесів гідролітичного розщеплення азотор-ганічних сполук, що каталізуються уреазою, відмічене у поверхневому шарі ґрунту (рис. б), тоді як інтенсивність процесів дезамінування специфічних органічних сполук не зазнає суттєвих змін. Про це свідчить зменшення активності амідази лише на 8 %. Такий ефект, імовірно, є свідченням того, що забруднення важкими металами в значно меншій мірі впливає на функціонування ґрунтової амідази.

Висновок

У верхніх шарах ґрунту промислового майданчика, який зазнає негативного впливу аерогенних емісій важких металів, відбувається зниження активності ґрунтових ферментів. Порівняння активності ферментів циклу азоту та фосфору показує, що у поверхневому шарі ґрунту проммайданчика спостерігається більш істотне пригнічення активності амідогідролаз, тоді як у нижчих шарах - фосфогідролаз. За чутливістю до забруднення вивчені гідролази можна розташувати наступним чином: уреаза > лужна фосфатаза > аргіназа > АТФ-аза > кисла фосфатаза > амідаза. Встановлене уповільнення біохімічних процесів перетворення фосфо- й азотвмісних органічних сполук потребує пошуку найефективніших прийомів їх оптимізації.

Бібліографічні посилання

1. Григорян К. В. Диагностика загрязненных тяжелыми металлами орошаемых почв по активности фосфатазы I К. В. Григорян, А. Ш. Галстян II Почвоведение. - 1986. - № 8. -С. 63-67.

2. Гришко В. М. Вміст різних за рухомістю форм важких металів в едафотопах, що зазнають техногенного впливу I В. М. Гришко, О. В. Данильчук, О. В. Сищикова II Вісник Дніпропетровського університету. Біологія. Екологія. - Д.: Вид-во ДНУ, 2001. - Вип. 10, т. і. - С. 181-185.

3. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта. - М.: Агропромиздат, 1985. - 351 с.

4. Казеев К. Ш. Биология почв юга России I К. Ш. Казеев, С. И. Колесников,

В. Ф. Вальков. - Ростов-на-Дону: Изд-во ЦВВР, 2004. - 350 с.

5. Колесников C. И. Экологические последствия загрязнения почв тяжелыми металлами. -М., 2001. - 231 с.

6. Мірзак G. В. Екологічні особливості едафотопів урбанізованих територій степової України: Автореф. дис. ... канд. біол. наук: 03.00.16I ДНУ. - Д., 2002. - 20 с.

7. Хазиев Ф. Х. Методы почвенной энзимологии. - М: Наука, 1990. - 189 с.

8. Kampichler C. Influence of heavy metals on the functional diversity of soil microbial communities I C. Kampichler, O. Horak II Biol. Fertil. Soils. - 1996. - Vol. 23. - P. 299-306.

9. Kuperman R. G. Soil heavy metal concentration. Microbial biomass and enzyme activities in a contaminated grassland ecosystem I R. G. Kuperman, M. M. Carreiro II Soil. Biol. Biochem. -1997. - Vol. 29. - P. 179-190.

10. Dungan R. S. Enzymes in the environment. Activity, ecology, and applications I R. S. Dungan, W. T. Frankenberger. - New York: Marcel Dekker, Inc., 2002. - 324 p.

Надійшла до редколегії 06.02.06.

УДК 581:577

Б. О. Барановський

Дніпропетровський національний університет

ФІТОРІЗНОМАНІТТЯ ЛАНДШАФТНОГО ЗАКАЗНИКА БОГУСЛАВСЬКИЙ (ПАВЛОГРАДСЬКИЙ р-н ДНІПРОПЕТРОВСЬКОЇ обл.)

Проаналізовано біорізноманіття рослинності та флори ландшафтного заказника Богуслав-ський. Зареєстровано 500 видів, у тому числі 25 рідкісних і зникаючих, які зростають у різних екотопах заплави. Знайдено два рідкісні для степової зони України види, які раніше не наводилися для Дніпропетровської області.

Analysis of the vegetation and flora biodiversity of the scenic reserve Boguslavsky is presented. There are 500 species including 25 of rare and threatened species in different ecotopes of the flood-plain. Two species of plants, which are rare for Steppe zone of Ukraine, were found. These species are new for a flora of the Dnipropetrovsk oblast.

Вступ

Збереження біорізноманіття - найважливіша екологічна проблема. Це відображено у ряді документів [17]. Природні комплекси долини р. Самара - цінна за рівнем біорізноманіття територія степової зони України. Вивченню флори та рослинності долини Самари присвячено багато наукових праць [1-13; 16; 18; 21; 23; 24]. Біль-

© Б. О. Барановський, 2006 6