Научная статья на тему 'Ферментативная активность дерново-подзолистой супесчаной почвы в условиях длительного применения осадков сточных вод'

Ферментативная активность дерново-подзолистой супесчаной почвы в условиях длительного применения осадков сточных вод Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

CC BY
180
45
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
осадки сточных вод / почва / удобрения / ферментативная активность / активный ил / инвертаза / уреаза / фосфотаза / каталаза. / sewage sludge / soil / fertilizers / enzymatic activity / activated sludge / invertase / urease / phosphatase / catalase.

Аннотация научной статьи по экологическим биотехнологиям, автор научной работы — М. В. Тютюнькова, С. Д. Малахова, И. Ю. Мурадова, З. С. Федорова

В данной статье рассмотрено изменение ферментативной активности дерново-подзолистой супесчаной почвы в условиях длительного применения осадков сточных вод очистных сооружений канализации г. Калуги в качестве удобрения сельскохозяйственных культур на примере овса в сравнении с традиционными удобрениями, а также в условиях применения различных доз осадков сточных вод. В ходе исследования были определены гидролитические ферменты, такие как инвертаза, фосфатаза, уреаза и окислительно-восстановительный фермент — каталаза. На основании проведенных исследований было доказано, что внесение в дерново-подзолистую супесчаную почву осадков сточных вод в дозе 10 т/га по сухому веществу при возделывании овса усиливает ферментативную активность этой почвы, что расширяет эффективное и потенциальное плодородие. При внесении возрастающих доз осадков сточных вод от 1 до 15 т/га по сухому веществу происходит повышение ферментативной активности.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по экологическим биотехнологиям , автор научной работы — М. В. Тютюнькова, С. Д. Малахова, И. Ю. Мурадова, З. С. Федорова

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ENZYMATIC ACTIVITY OF THE SOD-PODZOLIC SANDY LOAM SOILS IN CONDITIONS OF THE LONG-TERM APPLICATION OF SEWAGE SLUDGE

In this paper, the change in the enzymatic activity of the sod-podzolic sandy loam soils under the long-term use of wastewater sludge from sewage treatment facilities in the city of Kaluga as a fertilizer for crops is compared with traditional fertilizers, as well as under different doses of sewage sludge. In the course of the study, hydrolytic enzymes such as invertase, phosphatase, urease, and a redox enzyme catalase were identified. On the basis of the conducted studies, it was proved that the introduction of sewage sludge in a soddy-podzolic sandy loam soil at a dose of 10 t/ha on the dry matter during the cultivation of oats enhances the enzymatic activity of this soil, which expands the effective and potential fertility. With the application of increasing doses of sewage sludge from 1 to 15 t/ha on the dry matter, the enzymatic activity increases.

Текст научной работы на тему «Ферментативная активность дерново-подзолистой супесчаной почвы в условиях длительного применения осадков сточных вод»

-Ф-

Экология

УДК 631.95

DOI: 10.24411/1728-323X-2018-12049

ФЕРМЕНТАТИВНАЯ АКТИВНОСТЬ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ СУПЕСЧАНОЙ ПОЧВЫ В УСЛОВИЯХ ДЛИТЕЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД

М. В. Тютюнькова, к. б. н, Калужский государственный университет им. К. Э. Циолковского, г. Калуга, tyutyunkova82@mail.ru,

С. Д. Малахова, к. б. н, доцент Калужского филиала Российского государственного аграрного университета-МСХА имени К. А. Тимирязева, г. Калуга, sd.malakhova@mail.ru, И. Ю. Мурадова, старший преподаватель Российского экономического университета имени Г. В. Плеханова, Москва, igryad@mail.ru, З. С. Федорова, к. с.-х. н., доцент Калужского филиала Российского государственного аграрного университета-МСХА имени К. А. Тимирязева, г. Калуга, vitaf01@yandex.ru

В данной статье рассмотрено изменение ферментативной активности дерново-подзолистой супесчаной почвы в условиях длительного применения осадков сточных вод очистных сооружений канализации г. Калуги в качестве удобрения сельскохозяйственных культур на примере овса в сравнении с традиционными удобрениями, а также в условиях применения различных доз осадков сточных вод. В ходе исследования были определены гидролитические ферменты, такие как инвер-таза, фосфатаза, уреаза и окислительно-восстановительный фермент — каталаза. На основании проведенных исследований было доказано, что внесение в дерново-подзолистую супесчаную почву осадков сточных вод в дозе 10 т/га по сухому веществу при возделывании овса усиливает ферментативную активность этой почвы, что расширяет эффективное и потенциальное плодородие. При внесении возрастающих доз осадков сточных вод от 1 до 15 т/га по сухому веществу происходит повышение ферментативной активности.

In this paper, the change in the enzymatic activity of the sod-podzolic sandy loam soils under the long-term use of wastewater sludge from sewage treatment facilities in the city of Kaluga as a fertilizer for crops is compared with traditional fertilizers, as well as under different doses of sewage sludge.

In the course of the study, hydrolytic enzymes such as invertase, phos-phatase, urease, and a redox enzyme catalase were identified. On the basis of the conducted studies, it was proved that the introduction of sewage sludge in a soddy-podzolic sandy loam soil at a dose of 10 t/ha on the dry matter during the cultivation of oats enhances the enzymatic activity of this soil, which expands the effective and potential fertility. With the application of increasing doses of sewage sludge from 1 to 15 t/ha on the dry matter, the enzymatic activity increases.

Ключевые слова: осадки сточных вод, почва, удобрения, ферментативная активность, активный ил, инвертаза, уреаза, фосфотаза, каталаза.

Keywords: sewage sludge, soil, fertilizers, enzymatic activity, activated sludge, invertase, urease, phosphatase, catalase.

№ 2, 2018

Почва представляет собой многофазную систему, включая в себя и живую фазу. При внесении в почву осадка сточных вод (ОСВ) (содержащего активный ил) происходит взаимодействие этих двух сложных биологических систем, в результате ч его может измениться состояние плодородия почвы [2]. Направленность сдвига биологической составляющей почвенного плодородия требует экспериментального изучения в конкретном регионе.

ОСВ содержит активный ил относительно однородного состава — более 98 % частиц ила имеют крупность менее 1 мм. Активный ил представляет собой биоценоз микроорганизмов и простейших, его органическая часть составляет 70—75 %. Основную массу органической части сырого осадка и активного ила составляют белковые, жиро-и углеводоподобные вещества (80—85 %). Остальные 15—20 % приходятся на долю лигнино-гумусового комплекса соединений.

В биоценозах активного ила присутствуют представители шести отделов микрофлоры (бактерии, грибы, диатомовые, зеленые, синезеле-ные, эвгленовые микроводоросли) и девяти таксономических групп микрофауны (жгутиконосцы, саркодовые, инфузории, первичнополостные и вторичнополостные черви, брюхоресничные черви, коловратки, тихоходки, паукообразные).

49

-Ф-

Активный ил представляет собой сложную экологическую систему, организмы которой находятся на разных трофических уровнях. Гетеротрофные бактерии, водоросли, сапрофитные грибы и сапрофитные простейшие — первичные по-едатели — составляют I трофический уровень. Голозойные простейшие — II, а отдельные виды нематод, хищные коловратки, сосущие инфузории, тихоходки, хищные грибы — III трофический уровень [1].

Таким образом, изучение биологического состояния системы «почва + активный ил» является весьма актуальной и перспективной с позиции сохранения и повышения плодородия региональных почв Калужской области.

В ходе нашего эксперимента мы изучили ферментативную активность дерново-подзолистой супесчаной почвы в условиях применения ОСВ очистных сооружений канализаций г. Калуги в качестве удобрения сельскохозяйственных культур на примере овса в сравнении с традиционными удобрениями, а также в условиях применения различных доз ОСВ в дозе от 1 до 15 т/га по сухому веществу. Применение более высоких доз ОСВ лимитируется тяжелыми металлами ОСВ [3].

Ферментативный анализ почвенных образцов проводился стандартизованными методами.

Ферменты, относящиеся к классам гидролаз и оксид оредуктаз, участвуют в основных процессах гумификации почв, поэтому их активность — это существенный показатель плодородия почв.

К гидролазам относят инвертазу, уреазу, фос-фатазу, протеазу и др.

Инвертаза — катализирует реакции гидролитического расщепления сахарозы на эквимоляр-ные количества глюкозы и фруктозы, воздействует также на другие углеводы (галактозы, глюкозы, рамнозы) с образованием молекул фруктозы — энергетического продукта для жизни микроорганизмов, катализирует фруктозотрансферазные реакции. Исследования многих авторов показали, что активность инвертазы лучше других ферментов отражает уровень плодородия и биологической активности почв.

Уреаза — катализирует реакции гидролитического расщепления мочевины на аммиак и диоксид углерода. В связи с использованием мочевины в агрономической практике необходимо иметь в виду, что активность уреазы выше у более плодородных почв.

Фосфатаза (щелочная и кислая) — катализирует гидролиз ряда фосфорорганических соединений с образованием ортофосфата. Активность фосфатазы тем выше, чем меньше в почве подвижных форм фосфора, поэтому она может быть использована как дополнительный показатель

50

при установлении потребности внесения в почвы фосфорных удобрений. Наиболее высокая фос-фатазная активность в ризосфере растений.

К классу оксидоредуктаз относят каталазу, пе-роксидазу и полифенолоксидазу и др.

Каталаза — в результате ее действия происходит расщепление перекиси водорода, токсичной для живых организмов:

Н2О2 ^ Н2О + О2.

Большое влияние на каталазную активность минеральных почв оказывает растительность. Почвы, находящиеся под растениями с мощной глубоко проникающей корневой системой, характеризуются высокой каталазной активностью. Особенность активности каталазы заключается в

Таблица 1 Ферментативная активность дерново-подзолистой супесчаной почвы в условиях применения осадков сточных вод и традиционных удобрений

Вариант опыта Фосфата-за, мг фенолфталеина на 100 г почвы Инвер-таза, мг глюкозы на 100 г почвы Уреаза, мг NH3 на 100 г почвы Катала-за, выделение О2 за 3 мин в мл на 1 г почвы

1. Контроль 5,2 270,0 11,5 2,2

2. NPK 6,1 300,0 15,6 2,8

3. Навоз 6,5 450,0 32,7 8,1

4. ОСВ 28,0 1780,0 112,0 21,2

5. Чернозем (эталон) 93,0 4100,0 250,0 26,0

Таблица 2 Ферментативная активность дерново-подзолистой супесчаной почвы в условиях применения различных доз ОСВ

Вариант опыта Фосфа-таза, мг фенолфталеина на 100 г Инвер-таза, мг глюкозы на 100 г почвы Уреаза, мг NH3 на 100 г почвы Катала-за, выделение О2 за 3 мин в мл на

почвы 1 г почвы

1. Контроль 5,2 270,0 11,5 2,2

2. 1 т/га ОСВ 6,3 320,0 17,4 3,1

3. 5 т/га ОСВ 15,2 640,0 82,0 14,1

4. 10 т/га ОСВ 28,0 1780,0 112,0 21,2

5. 15 т/га ОСВ 46,5 2556,0 180,3 23,5

6. Чернозем (эталон) 93,0 4100,0 250,0 26,0

№ 2, 2018

-Ф-

-Ф-

-Ф-

том, что вниз по профилю она мало изменяется, имеет обратную зависимость от влажности почв и прямую — от температуры [4].

В нашем исследовании были определены гидролитические ферменты: инвертаза, фосфатаза, уреаза и окислительно-восстановительный фермент — каталаза.

Основные результаты исследований представлены в таблицах 1—2.

Анализ данных таблицы 1 позволяет судить о том, что активность ферментов дерново-подзолистой супесчаной почвы очень слабая, т. е. в этой почве гидролитические и окислительно-восстановительные реакции протекают вяло. Интенсивность ферментативной активности дерново-подзолистой почвы на контрольном варианте и на варианте с внесением рекомендованных доз ^бо?3оКбо была в 10—20 раз ниже активности ферментов черноземов. Внесение навоза усиливает активность ферментов дерново-подзолистой

почвы в 1,5—4 раза. ОСВ усиливает активность ферментов опытных почв в 3—8 раза. Но при этом активность всех изученных ферментов все же ниже в 1,5—3 раза ферментативной активности черноземов.

В результате анализа таблицы 2 можно сделать вывод, что ферментативная активность дерново -подзолистой супесчаной почвы при внесении ОСВ значительно повышается по сравнению с вариантом без удобрений. С возрастанием доз ОСВ происходит соответствующее повышение ферментативной активности. Наиболее близка к эталонной почве активность каталазы.

На основании проведенных исследований можно сделать заключение о том, что внесение в дерново-подзолистую супесчаную почву ОСВ в дозах от 1 до 15 т/га по сухому веществу при возделывании овса усиливает ферментативную активность этой почвы, что расширяет эффективное и потенциальное плодородие.

Библиографический список

1. Жмур Н. С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. — М.: АКВАРОС, 2003. — 512 с.

2. Малахова С. Д., Тютюнькова М. В., Федорова З. В., Чудинова М. В. Изменение основных параметров плодородия дерново-подзолистой супесчаной почвы в условиях применения возрастающих доз осадков сточных вод. Экология урбанизированных территорий № 1, Издательский дом ООО «Камертон», 2016. — С. 6—11.

3. Тютюнькова М. В., Малахова С. Д., Анфилов К. Л., Чудинова М. В. Нормирование содержания тяжелых металлов в почве при внесении осадков сточных вод (статья). Проблемы региональной экологии № 4, Издательский дом ООО «Камертон», 2015. — С. 76—81.

4. Хазиев Ф. Х. Методы почвенной энзимологии. — М., Наука, 1990. — 202 с.

ENZYMATIC ACTIVITY OF THE SOD-PODZOLIC SANDY LOAM SOILS IN CONDITIONS OF THE LONG-TERM APPLICATION OF SEWAGE SLUDGE

M. V. Tyutyunkova, Ph. D. in Biology, Tsiolkovsky Kaluga State University, tyutyunkova82@mail.ru;

S. D. Malakhova, Ph. D. in Biology, Associate Professor of the Department of Agronomics of the Kaluga branch of the Russian State Agrarian University — Timiryazev Moscow Agricultural Academy, sd.malakhova@mail.ru;

I. Yu. Muradova, senior teacher of the Department of Foreign Languages, Plekhanov Russian University of Economics, igryad@mail.ru;

Z. S. Fedorova, Ph. D. in Agronomics, Associate Professor of the Department of Agronomics of the Kaluga branch of the Russian State Agrarian University — Timiryazev Moscow Agricultural Academy vitaf01@yandex.ru

Bibliography

1. Zhmur N. S. Technological and biochemical processes of wastewater treatment at structures with aerotanks. Moscow: AKVAROS, 2003. 512 p. [in Russian]

2. Malakhova S. D., Tyutyunkova M. V., Fedorova Z. V., Chudinova M. V. Changes in the main parameters of fertility of sod-podzolic sandy loam soil under conditions of the application of increasing doses of sewage sludge // Ecology of urbanized territories. No. 1. Moscow, Publishing House LLC "Kamerton", 2016. P. 6—11. [in Russian]

3. Tyutyunkova M. V., Malakhova S. D., Anfilov K. L., Chudinova M. V. Normalization of the content of heavy metals in the soil with the introduction of sewage sludge (article) // Regional environmental issues. No. 4, Moscow, Publishing house LLC "Kamerton", 2015. P. 76—81. [in Russian]

4. Khaziev F. H. Methods of soil enzymology. Moscow, Nauka, 1990. 202 p. [in Russian]

№ 2, 2018

51

-Ф-

-Ф-

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.