Активность каталазы в черноземе обыкновенном и влияние на нее антропогенных факторов

Каждому типу почв характерен свой относительно устойчивый ферментный уровень. Почвенные ферменты представляют собой высокомолекулярные белковые вещества – продукты метаболизма почвенного биоценоза. Они образуются в результате жизнедеятельности высших растений и почвенной мезо- и микрофауны, а также поступают в почву после их отмирания. Почвенные ферменты являются природными биокатализаторами, которые участвуют в трансформации веществ и энергии, находящихся в биогеоценозе или поступающих в него. Значительная роль отводится ферментам в процессах разложения органических остатков и синтеза гумуса [1, 2].

На ферментативную активность оказывает влияние ряд естественных факторов – химический и физический состав почвы, влажность, кислотность (рН), температурный режим и т.д. Однако, в последнее время в связи с ростом антропогенной нагрузки на почвы, все более интенсивное воздействие на ферментативную активность оказывают антропогенные факторы (внесение удобрений, гербицидов и других средств химизации) [2, 3].

В настоящее время в почву поступает извне множество различных химических соединений – минеральные удобрения, химические средства защиты растений, стимуляторы роста и др., которые физио- логически и химически более активны, чем естественные компоненты почвы, и в небольших концентрациях могут изменять ферментативную активность. При этом их влияние на ферментный потенциал почвы может быть прямым – через действие на накопленные в почве ферменты (активация, ингибирование или разрушение) и косвенным – путем изменения ферментного пула почвы в результате ингибирования или стимуляции роста растений и почвенных организмов и продуцирования ими ферментов в почву [3]. Почва, обладая активной поверхностью и сложной химической, физической и биологической средой, определяющими ее буферность и емкость поглощения, значительно регулирует интенсивность воздействия экзогенных химических компонентов на ферментный пул почвы и динамику его активности. Предметом наших исследований в этом аспекте являлось изучение влияния удобрений, гербицидов и гуминовых препаратов на активность каталазы в почве.

Объекты и методы исследования. В полевых и модельных лабораторных опытах изучали влияние гербицида Гранстар Про класса сульфонилмочевины, азотных (калийная селитра) и фосфорных (суперфосфат) удобрений и гуминового препарата BIO-Дон, полученного из вермикомпо-ста, на активность каталазы в черноземе обыкновенном карбонатном. В полевом опыте обработку озимой пшеницы проводили различными дозами гербицида – от пониженной (10 г/га) до повышенной (25 г/га), которая используется при высокой засоренности посевов. В это же время проводили обработку посевов гуминовым препаратом BIO-Дон в дозе 2 л/га. Активность каталазы определяли газоволюметрическим методом [4]. Результаты обработаны методами статистического анализа (Excel).

Результаты и обсуждение. Каталаза относится к классу окислительновосстановительных ферментов или оксидоредуктаз. Она разрушает токсичную для растений перекись водорода, которая образуется в процессе их дыхания, в результате биохимических реакций окисления органических соединений и в процессе метаболизма аэробных микроорганизмов. В зоне степных и сухостепных почв сезонная активность каталазы имеет летний минимум при повышенной активности весной и осенью [3].

При изучении влияния гербицида на каталазную активность в полевом опыте образцы на анализ отбирались через 1 месяц и через 2,5 месяца после обработки посевов. Результаты анализов представлены в таблице 1.

Таблица 1. Активность каталазы в полевом опыте при обработке озимой пшеницы гер- бицидом Гранстар Про и гуминовым препаратом BIO-Дон.

Как видно из таблицы 1, при обработке как гербицидом, так и гуминовым препаратом, происходит некоторая стимуляция окислительно-восстановительных процессов в почве, что выразилось в повышении активности каталазы. В условиях полевых испытаний изучаемые биологические процессы находятся под влиянием большого количества факторов – метеорологических условий, состояния культурных и сорных растений после обработки гербицидами и т.д., поэтому мы не можем сказать, что повлияло больше на данное повышение – обработка препаратами или весеннее повышение температуры. Так, например, снижение активности каталазы, наблюдаемое в июле, явно обязано очень низкой влажности почвы.

Для того, чтобы исключить влияние переменных факторов и выявить непосред- ственное воздействие гербицидов на почвенные микробиологические и биохимические процессы, был поставлены кратковременные молельные лабораторные опыты без растений. Инкубация проводилась при комнатной температуре и оптимальной влажности (60% ППВ). Отбор образцов на анализы проводился на 5-й, 15-й и 35-й день после внесения гербицидов.

Результаты анализов (табл. 2) показали, что изучаемый гербицид оказал стимулирующее влияние на окислительновосстановительные процессы в почве, которое в наибольшей мере проявилось через 15 дней после обработки. Положительное влияние на активность каталазы оказало также внесение гуминового препарата BIO-Дон.

Таблица 2. Активность каталазы в лабораторном опыте при внесении в почву гербици- да Гранстар Про, гуминового препарата BIO-Дон и удобрений.

Удобрения оказывают большое влияние на ферментативные процессы в почве: по- вышая плодородие почвы в целом, они вместе с тем положительно действуют и на ее ферментный уровень. Однако, действие отдельных видов и доз удобрений на активность различных ферментов не одинаково. Внесение азотного и фосфорного удобрения вызвало диаметрально противоположное воздействие на активность каталазы в черноземе (табл. 2). Азотные удобрения как химически, так и биологически – наиболее активные формы минеральных удобрений. Для почвенных микроорганизмов и растений, не способных фиксировать азот атмосферы в процессе жизнедеятельности, азотное питание всегда находится в минимуме, и они реагируют бурным развитием на внесение минерального азота в почву. При этом происходит не только активизация жизнедеятельности почвенной микрофлоры, но и рост ферментативной активности почвы, в частности каталазы, что мы и наблюдали в нашем эксперименте.

При внесении фосфорного удобрения активность каталазы снизилась почти в три раза сразу после его внесения и оставалась такой же низкой до конца эксперимента. По мнению А.Ш. Галстяна, такая реакция каталазы на удобрение обусловлена блокированием простетической группы фермента каталазы анионами фосфорной кислоты [5]. Кроме того, фосфор не является лимитирующим фактором для развития почвенной микрофлоры.

Таким образом, обработка гербицидом Гранстар Про и гуминовым препаратом BIO-Дон, а также внесение азотного удобрения способствовали увеличению активности каталазы в черноземе обыкновенном карбонатном. Внесение в почву суперфосфата снизило активность каталазы почти в три раза.