Изменение ферментативной активности почв при нефтяном загрязнении

Ферментативная активность почв — один из показателей потенциальной биологической активнос­ти почв, характеризующий потенциальную способность системы сохранять гомеостаз.

В почве накапливается определенный «пул» ферментов, качественный и количественный состав которого характерен для данного типа почв.

356 Часть И. Примеры применения биотехнологии ВАВ в науке и производстве

ми ингибиторами являются ароматические соединения, отрицательное влияние которых проявляется ко всем рассмотренным окислительно-восстановительным и гидролитическим ферментам. н-Парафи- новые и цикло-парафиновые фракции, наоборот, оказывают в основном активирующее действие, осо бенно в низких концентрациях. Другой фактор, определяющий характер влияния нефтяного загряз­нения, — свойства самой почвы и, прежде всего, ее естественная буферность. Почвы с высокой буфер­ной емкостью менее резко реагируют на загрязнение.

Загрязнение нефтью влияет на ферментативную активность по всему профилю почвы. При загряз­нении почв нефтью нарушается обмен основных органогенных элементов в почве: углерода, азота, фосфора. Об этом, в первую очередь, свидетельствуют изменения активности ферментных комплек­сов, участвующих в их круговороте.

Активность некоторых ферментов: каталазы, уреазы, нитрит- и нитратредуктазы, амилазы можно использовать в качестве индикаторных показателей загрязненности почв нефтью, так как степень из­менения активности этих ферментов прямо пропорционально зависит от дозы загрязнителя и от вре­мени пребывания его в почве. Кроме того, определение активности исследованных ферментов не пре­дставляет методических трудностей и может быть широко использовано для характеристики почв, загрязненных нефтяными углеводородами.

Окислительно-восстановительные ферменты. Известно, что с окислительно-восстановительными процессами, происходящими при участии различных ферментов, связан распад нефтяных углеводо­родов в почве. Важнейшими и широко распространенными у почвенных микроорганизмов деструкто­рами нефти являются ферменты дегидрогеназы и каталазы. Уровень их активности в почве является определенным критерием состояния почвы в отношении самоочищающей способности ее от нефтяных ингредиентов: дегидрогеназа принимает непосредственное участие в разложении углеводородов, а вы­сокоактивный кислород, образующийся при участии каталазы, обеспечивает доступным кислородом микроорганизмы, участвующие в процессах разложения углеводородов.

В результате опытов, проведенных Н.А. Киреевой, установлено, что через 3 дня после загрязнения нефтью активность окислительно-восстановительных ферментов в почве заметно снижается по сравне­нию с контрольной почвой. Эти изменения сохраняются и через год после загрязнения. Тем не менее, через год после начала опытов активность окислительно-восстановительных ферментов несколько воз­растает, заметно снижаются различия между активностью каталазы и дегидрогеназы почвы контроль­ного и слабозагрязненного варианта, что свидетельствует о способности почвенной экосистемы восста­навливать биологическую активность до исходного уровня в течение года при слабом загрязнении.

Ферменты азотного обмена. В почве обнаруживаются гидролитические и окислительно-восстано­вительные ферментные системы, осуществляющие последовательное превращение азотсодержащих органических веществ через промежуточные стадии до минеральной нитратной формы, и наоборот, восстанавливающие нитратный азот до аммиака.

Уреаза — фермент, с действием которого связаны процессы гидролиза и превращения в доступную форму азота мочевины, — наиболее изучен. В нефтезагрязненных почвах активность уреазы возраста­ет как в полевых, так и в лабораторных опытах во всех рассматриваемых почвах. Изменение активнос­ти этого фермента находится в полном соответствии с ростом численности гетеротрофных микроорга­низмов, повышением содержания аммиачных форм азота и общего азота в загрязненной почве.

Большая роль в азотном обмене в почве принадлежит окислительно-восстановительным фермен­там: нитратредуктазе, нитритредуктазе и гидроксиламинредуктазе, которые в анаэробных условиях участвуют в процессах восстановления окисленных форм азота до аммиака. Загрязнение почвы нефтью неоднозначно действует на эти ферменты. Активность нитратредуктазы и нитритредуктазы снижается, а активность гидроксиламинредуктазы повышается.

Активность уреазы, нитрит- и нитратредуктазы можно использовать в качестве одного из диагнос­тических показателей загрязнения почв нефтью, так как, во-первых, эти ферменты меньше подвер­жены действию экологических факторов, во-вторых, прослеживается четкая зависимость активности их от степени загрязнения почв.

Активность гидролитических ферментов, участвующих в круговороте углерода. Основная роль в круговороте углерода в почвах принадлежит карбогидразам, расщепляющим углеводы различной природы и происхождения.

Сразу после загрязнения темно-серой лесной почвы не обнаружено достоверных различий между активностью инвертазы почв загрязненных и не загрязненных вариантов. Повышение активности че­рез год в образцах со слабой и средней дозами загрязнения, вероятно, связано с интенсивным разложе­нием отмерших растительных остатков. Высокая концентрация нефти, ведущая к созданию анаэроби- озиса в большей степени, чем слабая и средняя, создает лимитирующие условия для развития

аэробных целлюлозоразрушающих микроорганизмов при обилии субстрата. Этим можно объяснить наблюдаемое снижение активности инвертазы в данном варианте. Активность целлюлазы и амилазы снижается при воздействии нефти.

Таким образом, рассмотрение функционирования только трех основных ферментов углеводного об­мена при попадании нефтяных углеводородов в почву свидетельствует о глубоких изменениях, проис­ходящих в почве. Замедляются процессы распада растительных остатков, следствием чего является изменение трансформации органических соединений в сторону ухудшения.

Фосфогидролазы. В почве фосфор представлен в виде неорганических и органических соедине­ний. Недоступные формы фосфора усваиваются растениями благодаря деятельности фосфогидролаз, отщепляющих фосфор от органических соединений. Загрязнение серой лесной почвы нефтью снижа­ет активность фосфатазы. Причиной такого снижения активности фосфатазы может быть как обво­лакивание почвенных частиц нефтью, препятствующее поступлению субстрата, так и ингибирующее действие тяжелых металлов, концентрация которых в нефтезагрязненных почвах увеличивается. Наблюдаемое снижение активности фосфатаз является одной из причин уменьшения содержания подвижного фосфора нефтезагрязненной почвы. Через год после загрязнения активность фосфатазы сохраняется на низком уровне, содержание подвижного фосфора с ростом дозы нефти уменьшается.

Нефтяные углеводороды ингибируют активность ДНКазы, РНКазы, АТФазы.

Таким образом, попадание нефти в почву приводит к нарушению фосфорного режима почвы, уменьшению содержания подвижных фосфатов, к инактивации фосфогидролаз. В результате ухудша­ется фосфорное питание растений, обеспеченность их доступными формами фосфора.

6.