ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЫ СОЕДИНЕНИЯМИ ФТОРА НА ЕЁ ФЕРМЕНТАТИВНУЮ АКТИВНОСТЬ

АННОТАЦИЯ

В статье представлены результаты исследований по снижению активности почвенных ферментов - каталазы, уреазы и фосфатазы в почвах, загрязненных соединениями фтора в зависимости от расстония от источника загрязнения.

ABSTRACT

The article presents the results of studies on reducing the activity of soil enzymes - catalase, urease and phosphatase in soils contaminated with fluorine compounds, depending on the distance from the source of pollution.

Ключевые слова: почва, соединения фтора, ферменты, каталаза, уреаза, фосфатаза, «Таджикская алюминиевая компания» (TALCO).

Keywords: soil, fluorine compounds, enzymes, catalase, urease, phosphatase, Tajik Aluminum Company (TALCO).

Введение

На сегодняшний день известно более тысячи типов ферментов, находящихся в живых организмах. В составе почвы присутствуют все известные нам ферменты, из которых методами количественного определения наиболее изучены такие, как гидролазы (в частности, инвертазы, фосфатазы, протеазы, уреазы, амилазы) и оксидоредуктазы (в частности, дегидрогеназы, полифенолоксидазы, каталазы) [1].

Основная роль гидролазы заключается в их участии в реакциях гидролитического разложения высокомолекулярных органических соединений, то есть ферменты этого типа играют важную роль в обогащении почвы питательными веществами, переходящим в благоприятную для растений и микроорганизмов форму [2].

Многие исследователи используют активность почвенных ферментов в диагностическом анализе плодородия почв. В то же время они показали антропогенный эффект в виде изменения ферментативной активности в почве [3].

В последние годы усиливается антропогенное воздействие на почвы, что приводит к изменению количественного и качественного состава гумуса и снижению ферментативной активности почв. Ферментативная активность отражает состояние плодородия почвы, внутренние изменения, происходящие при сельскохозяйственном использовании и повышении уровня культуры земледелия [4].

Фтор является одним из основных экологических токсичных веществ природного и техногенного происхождения и широко распространен на поверхности Земли [5]. Фториды попадают в биосферу в результате извержений вулканов, угольных электростанций, алюминиевых заводов, заводов по производству фосфорных удобрений, а также заводов по производству стекла, кирпича, кафеля и пластмасс [6].

Источниками антропогенного фтора в почве являются не только производства алюминия [7]. Возможно, загрязнение системы почва-растение-животные фторидами может быть вызвано близким расположением завода по производству минеральных удобрений, а также регулярным интенсивным применением фосфорных удобрений под сельскохозяйственные культуры [8]. Например, при внесении 60-90 кг/га Р₂0₅ в почву поступает 6-8 кг фтора [9].

Целью настоящего исследования является изучение изменения ферментативной активности почвы при загрязненнии соединениями фтора.

Объекты и методы исследования

Агрохимические тестовые опыты проводили на участках сельскохозяйственного производства с загрязненной почвой -Сурхандарьинской области Республики Узбекистан, прилегающих к Государственному унитарному предприятию «Таджикская алюминиевая компания» (TALCO, Республика Таджикистан) на различных расстояниях от источника загрязнения:

1) Слабо поврежденная почва - Сурхандарьинская область, Шурчинский район, 75 км от источника загрязнения;

2) Умеренно поврежденная почва - Сурхандарьинская область, Денауский район, 50 км от источника загрязнения;

3) Сильно поврежденная почва - Сурхандарьинская область, Сарыасийский район, 15 км от источника загрязнения.

Полевые испытания проводились на типичных сероземных почвах в условиях поливного орошения, и повторялись трижды. Размер площади каждого экспериментального участка составил 20 м×4,8 м = 96 м², общая площадь экспериментальных участков — 1440 м².

Активность почвенных ферментов оценивали в соответствии с методами почвенной энзимологии Хазиева, 1990 [10].

Результаты исследования

Как известно, микроорганизмы являются весьма чувствительными индикаторами изменения почвенно-экологических условий. Почвы региона загрязнены, эрозированы и засолены в различной степени, что является основными сдерживающими факторами для развития микроорганизмов. По мере повышения уровня этих процессов их количество резко снижается. С целью изучения активности ферментов при вредном воздействии соединений фтора, для экспериментов были отобраны пробы почв в Сурхандарьинской области на расстоянии в 16, 25, 35, 50, 75 и 100 км от «Таджикской алюминиевой компания» (TALCO) на глубине слоев 0-10, 10-20 и 30-40 см. Из полученных проб проводили химические анализы соответствующими физико-химическими методами.

Полученные результаты показывают (табл.1), что активность уреазы, катализирующей разложение мочевины в почве до аммиака и углекислого газа, составляет в слабо и умеренно загрязненных фтором почвах 1,39-3,72 на 10 г почвы, а в сильно загрязненных фтором почвах - 2,38-4,20 и 1,12-3,86 мг NH₃.

Активность фосфатазы зависит от количества фосфора в органической и минеральной форме, в слабо, умеренно и сильно загрязненных фтором почвах составляет 1,80-3,20 мг R₂O₅ на 100 г соответственно.

Фермент каталаза участвует в разложении NaF, который накапливается в почве в результате различных биохимических процессов. Активность каталазы в слабо, умеренно и сильно загрязненных фтором почвах составляет на 1 г почвы 0,82-2,72 см³ О₂.

Таблица 1.

Ферментативная активность почв в зависимости от расстояния от источника загрязнения

Низкая активность каталазы в загрязненных почвах свидетельствует о накоплении в них NaF, являющемся вредным для живых организмов.

Активность практически всех изученных ферментов по профилю почвы проявлялась преимущественно в верхних, наиболее биологически активных слоях, она снижается равномерно в зависимости от количества почвенных микроорганизмов.

Установлено, что активность почвенных ферментов региона находится в прямой зависимости от загрязнения фторидами. Низкая активность ферментов в менее загрязненных почвах связана со свойствами почв. Фермент каталаза участвует в активных окислительно-восстановительных реакциях в почвах, расщепляя перекись водорода на кислород и воду.

На основании данных исследований можно сделать выводы, что при вредном воздействии соединений фтора, активность каталазы, уреазы и фосфатазы, важных для выживания живых организмов, в почвах Сурхандарьинской области увеличивается по мере увеличения расстояния от завода «Таджикская алюминиевая компания» (TALCO) от 16 до 100 км. На расстоянии 75 км и более от источника загрязнения ферменты хорошо развиваются в почве, такую почву можно назвать экологически чистой и нормально функционирующей.

Результаты, полученные в ходе настоящего исследования могут быть использованы для борьбы с вредным воздействием на почву активных фторных соединений, их нейтрализации и очищения. Это может принести большую пользу для сельского хозяйства, так как позволит вернуть большие площади земли в сельхозоборот, а также даст возможность получения экологически чистых продуктов.

Список литературы:

1. Прунтова О.В. Курс лекций по общей микробиологии и основам вирусологии. Ч. 1 / О.В. Прунтова, О.Н. Сахно, М.А. Мазиров. – Владимир: Изд-во Владим. гос. ун-та, 2006. – 192 с. - ISBN 5-89368-672-1.
2. Oloffsen A. Biological activity in soil  from forest stands in Central Sweden, as related to site properties / А. Oloffsen // Microbial Ecology. - 2005. – V. 11. - № 3. - P. 259-266.
3. Вальков В.Ф. Почвоведение: учебник для вузов  / В.Ф. Вальков, К.Ш. Казеев, С.И. Колесников. – М.: ИКЦ «Март», 2004. – 496 с. - ISBN: 5-241-00405-X.
4. Изменение почв в процессе их окультуривания: Сборник статей, под ред. В. К. Гирфанова. Уфа — 1974.
5. Whitford G.M. Fluoride: Metabolism, Mechanism of action and safety. Dent Hyg 1983;57:16-8.
6. Jagtap S., Yenkie M. K., Labhsetwar N., Rayalu S. "Fluoride in Drinking Water and Defluoridation of Water," Chemical Review, vol.112, 2012, pp. 2454-2466.
7. Крупкин П.И., Косицина А.А. К вопросу о загрязнении фтором почв пригородной  зоны г. Красноярска. Вестник. Красноярского государсвенного аграрного университета, 2006.10:162-169.
8.  Окорков В.В., Абдарахманов М.П. Содержание фтора в почве и растениях  при применении средств химизации в степной зоне Казахстана. Агрохимия. 1994. 4: 85-95.
9. Орлов Д.С. Садовникова Д. С., Лозановская И. Н.Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. Учеб. пособие для хим., хим-технол. и биол. спец. вузов М.: Высш. шк., 2002. 334 с.
10. Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии. – Москва, 1990. - 189 с.