Каталазная активность в почвах урбанизированных территорий юга Дальнего Востока

В связи с возрастанием жесткого антропогенного прессинга на почвенный покров урбанизированных территорий особенно актуальной стала проблема мониторинга и диагностики экологического состояния почв с использованием методов биологической индикации. При этом максимальную эффективность показывают биохимические показатели активности почвенных ферментов, отражающие направленность биохимических процессов в почве и характеризующиеся сочетанием высокой чувствительности к антропогенному воздействию с достаточно высокой точностью определения [2, 4]. Одним из ферментов, широко используемым в качестве диагностического показателя при оценке изменения экологического состояния почв, является каталаза, играющая ведущую роль при окислительно-восстановительных реакциях в почве, которые являются основным звеном в процессе синтеза гумусовых веществ в почве и важным показателем их биологической активности. Важной характерной особенностью каталазы является ее активность в очень широком диапазоне почвенной кислотности (рН 4-10)[12]. Каталазная активность (Ка) неоднократно использовалась при оценке загрязнения почв тяжелыми металлами и нефтью, при этом в черноземе обыкновенном было выявлено ингибирование каталазы хромом, кобальтом, никелем и стимулирование активности фермента молибденом [6].

Ка как показатель биохимических свойств естественных и агрогенных почв Дальнего Востока, неоднократно применялся ранее [1, 11]. Были определены пределы изменения Ка в агрогенных почвах Приморья, установлена тесная связь Ка и почвенной кислотности, выявлена тенденция к увеличению Ка при возрастании энергозапасов

почв, зависящих от содержания органического вещества [9]. Однако для характеристики экологического состояния почв урбанизированных территорий региона данный показатель ранее не применялся, хотя техногенная нагрузка на почвенный покров дальневосточных городов очень высока.

Цель работы: апробация использования показателя Ка для определения экологического состояния основных типов почв урбанизированных территорий региона.

Объекты исследований - городские почвы Владивостока (591 тыс. жителей) - промышленного и портового города и Уссурийска (158 тыс.) -промышленного и сельскохозяйственного центра Приморья. Названия естественных почв даны по классификации [7], городских почв - по [8]. Физико-химические свойства почв и Ка определяли с помощью общепринятых методов. Для выявления обогащенности почв каталазой использовали шкалу, разработанную Д.Г. Звягинцевым [5].

Характерными чертами почв Владивостока из-за особенностей рельефа и активно протекающих склоновых процессов являются небольшая глубина профиля и сильная степень его каменистости, при этом мощность легкосуглинистых гумусово-аккумулятивных горизонтов часто не превышает 10 см. Для почв Уссурийска, развитых преимущественно на плоских террасах, характерна большая мощность верхних горизонтов (до 26 см). В естественных ненарушенные почвах зеленых зон городов сильно уменьшен или практически отсутствует слой лесной подстилки, часто фиксируется сильная захламленнось поверхности и обилие антропогенных включений внутри профиля.

Основной фон естественного почвенного покрова исследуемых городов составляют буроземы типичные. Поверхностно антропогенно-преобразованные почвы представлены урбостра-тифицированными подтипами буроземов и агрозе-мов структурно-метаморфических. Среди глубоко антропогенно-преобразо-ванных почв выделяются урбаноземы, культуроземы, рекреаземы, ре-плантоземы, к почвоподобным телам относятся

Известия Самарского научного центра Российской академии наук, том 15, №3(3), 2013

техноурбаноземы. Подробная характеристика почв приведена ранее [3]. Все исследованные почвы обладают средним уровнем плодородия по содержанию гумуса, часто имеют нейтральную и щелочную реакцию среды (табл. 1). Величина суммарного показателя загрязнения Zc указывает на умеренно опасную степень загрязнения в урбаноземах и техноурбаноземах и допустимую в остальных почвах.

Урбостратифицированным буроземам и залегающим на городской территории буроземам типичным свойственны значения Ка более низкие, чем их природными аналогами под заповедными дубовыми лесами (0,6, 1,1 и 4,0 О2см3/г почвы за 1 мин) [10]. Реплантоземы представляют собой почвы рекультивированных задернованных склонов или ровных поверхностей с одномоментно нанесенным маломощным органогенным горизонтом. Характеризуются щелочной реакцией среды при среднем содержании гумуса, в них выявлены наибольшие значения каталазной активности. К культуроземам относятся почвы старых заброшенных огородов и садов с хорошо выраженным дерновым горизонтом, к агроземам структурнометаморфическим – почвы городских огородов. Даже при среднем и высоком содержании гумуса им свойственна низкая степень обогащенности каталазой. К рекреаземам относят почвы клумб, газонов, скверов с многоразовой подсыпкой органоминеральных или торфосодержащих субстратов. При широком варьировании содержания гумуса (1,6-13,2%) они имеют очень низкую ферментативную активность (0,3-0,7 см3/г почвы за 1 мин).

Таблица 1. Физико-химические свойства и Ка типичных разрезов городских почв

Примечание: * - потеря при прокаливании, Zc - суммарный показатель загрязнения

Урбаноземы – специфические синлитоген-ные почвы селитебных районов, формирующиеся под влиянием строительной и бытовой антропогенной деятельности. Техноурбаноземы – почвы, состоящие из сочетания перемещенных естественных грунтов и смеси почвенно-грунтового материала со строительным, промышленным и бытовым мусором. Отличаются крайне неравномерным содержанием гумуса по профилю почв и преимущественно щелочной реакцией почвенной среды.

Величина Ка активности в них очень мала даже при высоком содержании органического вещества (0,2-0,7 см3/г почвы за 1 мин), возможно вследствие более сильного загрязнения тяжелыми металлами, поскольку значения суммарного коэффициента загрязнения Zc в этих почвах более высоки (16-37).

Анализ полученных данных позволил выявить некоторые закономерности в содержании каталазной активности в почвах урбанизированных территорий. Все почвы характеризуются низкой ферментативной активностью, варьирующей между бедной и очень бедной степенью обогащенно-сти почв каталазой. Это связано на наш взгляд с недостаточным поступлением свежего органического вещества и заторможенностью окислительных процессов в почвах в связи со снижением общего уровня биологической активности в условиях отсутствия или угнетения источников ферментов в почве. Наиболее высокие показатели Ка зафиксированы в поверхностных горизонтах почв, в глубоких слоях они резко снижаются, за исключением некоторых урбаноземов. Подобный тренд хорошо объясняется снижением содержания органического вещества и кислорода в глубоких минеральных слоях с большей плотностью сложения. Установлена достоверная отрицательная связь между величиной Ка и степенью засоления городских почв (r=-0,64 при Р=0,95), т.е. интенсивное, зачастую ненормированное применение противогололедных реагентов способствует угнетению микрофлоры и снижению ферментативной активности почв.

Наибольшие значения Ка выявлены в ре-плантоземах и рекреаземах, что связано с внесением торфосодержащего плодородного субстрата, наименьшие – в урбаноземах и техноурбаноземах, сформированных из природного материала и продуктов антропогенной деятельности. Отмечена тенденция к росту Ка с увеличением содержания органического вещества в почвах. Почвам Владивостока свойственны более низкие количественные значения каталазной активности по сравнению с почвами Уссурийска. Все городские почвы имеют более низкие показатели ферментативной активности по сравнению с почвами агрогенных ландшафтов Приморья. Так, в агротемногумусовых почвах показатели Ка составили 3,0, в агроабраземах варьируют от3,6 до 4,6 О 2 см³/г почвы за 1 мин, что соответствует средней степени обогащенности почв каталазой [9].

Городские почвы Владивостока и Уссурийска существенно отличаются от почв агрогенных и природных ландшафтов Приморья по показателям Ка. Им свойственны более низкие параметры Ка, что свидетельствует о обедненности свежим органическим веществом, неблагоприятной экологической обстановке. Величина Ка снижается в ряду почв: реплантоземы – культуроземы – рекреаземы – аг-роземы структурно-метаморфические – урбанозе-мы – техноурбаноземы.