CC BY
35
Вісник Дніпропетровського університету. Біологія. Екологія. - 2010. - Вип. 18, т. 2. - С. 14-18. Visnyk of Dnipropetrovsk University. Biology. Ecology. - 2010. - Vol. 18, N 2. - P. 14—18.
УДК 631.4:(634.9 + 574)
С. М. Кірієнко, О. О. Дідур
Дніпропетровський національний університет ім. Олеся Гончара
ВПЛИВ РИЙНОЇ АКТИВНОСТІ МІКРОМАМАЛІЙ НА ФЕРМЕНТАТИВНУ АКТИВНІСТЬ ҐРУНТІВ В УМОВАХ МЕТАЛУРГІЙНОГО ВИРОБНИЦТВА
Вивчено вплив рийної активності мікромамалій як екологічного чинника інтенсифікації ґрунтоутворення. Розглянуто ферментативну активність ґрунту - його здатність проявляти каталітичний вплив на перетворення різних хімічних сполук під впливом ферментів, які містяться в ньому. Визначено зміни уреазної активності ґрунтів в умовах техногенезу за участю тварин. З’ясовано позитивний вплив рийної активності ссавців-ґрунториїв на ферментативну активність досліджуваних ґрунтів. Установлено показники, які статистично достовірно впливають на зміну уреазної активності в ґрунті.
С. М. Кириенко, О. А. Дидур
Днепропетровский национальный университет им. Олеся Гончара
ВЛИЯНИЕ РОЮЩЕЙ АКТИВНОСТИ МИКРОМАММАЛИЙ НА ФЕРМЕНТАТИВНУЮ АКТИВНОСТЬ ПОЧВ В УСЛОВИЯХ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
Изучалось влияние роющей активности микромаммалий как экологического фактора в интенсификации почвообразования. Рассматривалась ферментативная активность почвы - ее способность проявлять каталитическое воздействие на превращения различных соединений под воздействием имеющихся в ней ферментов. Показана изменчивость уреазной активности почв в условиях техногенеза при участии животных. Установлено ее положительное влияние на ферментативную активность исследованных почв. Определены показатели, статистически достоверно влияющие на изменение активности уреазы в почве.
S. M. Kirienko, О. A. Didur
О les’ Honchar Dnipropetrovsk National University
INFLUENCE OF MAMMAL FOSSORIAL ACTIVITY ON THE SOIL FERMENTATIVE ACTIVITY IN CONDITIONS OF METALLURGICAL PRODUCTION
Effect of mammal fossorial activity as an ecological factor of the soil genesis intensification is studied. Enzymatic activity of soil as its ability to demonstrate a catalytic effect for various compounds transformation is examined. Variability of soil urease activity in technogenic conditions with the participation of animals is shown. The positive influence of animals’ activity on the catalitic ability of the investigated soils was determined. The statistically significant characteristics which have an influence on the urease activity in soil are found out.
© С. М. Кірієнко, О. О. Дідур, 2010 14
Вступ
Рийна активність ссавців - важлива ланка середовищетвірної активності тварин, яка впливає на біогеоценотичні процеси, особливо на процеси ґрунтоутворення та біологічну активність ґрунтів [1-4; 7; 8]. Біологічна активність ґрунту як відображення процесу деструкції органічних речовин знаходить достатньо чітке вираження в екстра-зональних лісах у целюлозоруйнівній, каталазній, протеолітичній активності, накопиченні амінокислот, інгібіторів росту, рівні мікробного метаболізму та ґрунтовому диханні [12; 13].
Ґрунтові ферменти являють собою суміш сполук, які надходять від мікроорганізмів, коренів рослин, ґрунтової мезофауни. У ході виділення із живих організмів у ґрунт, а також у результаті автолізу клітин після їх смерті, частина ферментів інактивується та руйнується, решта поглинаються ґрунтовими частками та тривалий час зберігають свою активність [9-11].
Уреаза входить до групи амідаз - ферментів, які викликають гідролітичне розщеплення хімічного зв’язку між нітроґеном і карбоном у ході гідролізу сечовини. Кінцеві продукти цього процесу - аміак і вуглекислий газ. Сечовина у ґрунт потрапляє у складі рослинних залишків, перегною і як азотне добриво. Вона виникає також у самому ґрунті як проміжний продукт перетворення органічних сполук (білків і нуклеїнових кислот). Продукт гідролізу сечовини аміак - безпосереднє джерело азотного живлення вищих рослин [6]. Вуглекислий газ бере участь у становленні активної кислотності ґрунтового розчину, а також у трансформації первинних і вторинних мінералів, окисно-відновних процесах ґрунту, впливає на життєдіяльність і розвиток ґрунтових безхребетних. Наприклад, у такої групи як ґрунтові нематоди зафіксований СО2-таксис: джерело діоксиду карбону - коріння рослин приваблює нематод-фітофагів. Уважають, що співвідношення концентрацій оксигену та вуглекислого газу у ґрунтовому повітрі регулює вихід личинок нематод зі стану спокою [5].
У регіонах з інтенсивним антропотехногенним впливом середовищетвірну активність ссавців можна розглядати як екологічний чинник інтенсифікації ґрунтоутворення. Мета роботи - з’ясувати роль і оцінити вплив ссавців у створенні екологічного буфера проти жорсткого пресу техногенних факторів у процесі формування механізмів ґрунтового гомеостазу.
Матеріал і методи досліджень
Визначення ферментативної активності ґрунтів, а саме активності уреази, проводили за Галстяном [6]. Активність уреази вимірювали в міліграмах гідролізованої сечовини на 1 г ґрунту за 1 добу. Зразки ґрунту відібрані з шарів 0-5 і 5-10 см. Уміст ферментів визначали в 6-разовій повторності. Термін експериментальних польових дослідів складав 1, 3 та 12 місяців. Лабораторні досліди проводили на базі Криворізького ботанічного саду НАН України в лабораторії біології ґрунтів.
Експериментальні дослідження охоплювали територію відвалів м. Кривий Ріг. Дослідні ділянки розташовані на території ВАТ “АрселорМітал Стіл Кривий Ріг”. Це найбільше підприємство гірничо-металургійного комплексу України з повним металургійним циклом. Одну пробну площу закладено на території відвалу Далекий “АрселорМітал Стіл Кривий Ріг” у штучному насадженні 20-25-річного віку з кам’янистістю ґрунту менше 70 % (необхідна умова існування ґрунториїв) [14]. У ньому виділили дві дослідні ділянки: із впливом рийної активності мікромамалій та без впливу пориїв. Ділянки іншої пробної площі розташовані на території балки поблизу с. Латівка в 6 км від відвалу Далекий. Ділянку балки, на якій спостерігали рийну ак-
тивність мікромамалій, вибрано як варіант контролю з пориєм, а ділянку балки без впливу рийної активності - як варіант контролю без порию.
Результати та їх обговорення
На пробній площі відвалу рийна активність ссавців на величину активності ферменту уреаза має позитивний вплив (табл.). У період експозиції один місяць активність уреази на глибині шару ґрунту 0-5 см на ділянці з пориями мікромамалій порівняно з ділянкою без впливу тварин в 1,8 та 1,6 раза більша, ніж на умовно чистій природній ділянці без порию (рис.).
Таблиця
Статистичні показники уреазної активності у досліджених ґрунтах
Умови досліду Кількість дослідів Середня арифметична уреазної активності, мг гідролізованої сечовини на 1 г ґрунту за добу Довірчий 95 % інтервал
нижня межа верхня межа
Ділянка природна без порию 6 9,28 8,00 10,55
природна з пориєм 6 12,99 11,72 14,26
відвальна без порию 6 6,57 5,30 7,84
відвальна з пориєм 6 11,86 10,59 13,13
Глибина ґрунту, см 0-5 12 10,74 9,84 11,64
5-10 12 9,61 8,71 10,51
Вік порию, місяці 1 8 11,82 10,72 12,91
3 8 8,93 7,83 10,03
12 8 9,78 8, 6 ОО 10,87
На глибині ґрунту 5-10 см величина уреазної активності на ділянці відвалу з по-риями підвищується в 1,7 раза порівняно з відвальною ділянкою без рийної активності тварин та в 1,6 раза порівняно з умовно чистою ділянкою балки без впливу рийної активності тварин. Якщо порівняти ферментативну активність уреази на шарі 5-10 см на ділянці відвалу без пориїв із природними ділянками з впливом ґрунториїв, то її величина зменшується в 1,78, 2,23 та 1,8 раза відповідно до періодів експозиції 1, 3 та 12 місяців.
У період експозиції 3 місяці активність уреази на глибині ґрунту 0-5 см на відвальній ділянці з пориями порівняно з відвальною ділянкою без впливу тварин підвищується в 1,9 та 1,2 раза порівняно з природною ділянкою без пориїв. На глибині 5-10 см активність уреази на відвальній ділянці з рийною активністю мікромамалій порівняно з ділянкою відвалу без впливу ссавців у 2,2 та 1,4 раза більша, ніж на природній ділянці без пориїв. Активність уреази на третій місяць дослідів на відвальній ділянці без впливу тварин порівняно з природною ділянкою з пориями удвічі менша на глибині 0-5 см і в 2,2 раза менша на глибині шару 5-10 см. Отже, із часом зменшується позитивний вплив рийної активності тварин в умовах техногенно трансформованих територій (рис.).
У період експозиції 12 місяців для шару ґрунту 0-5 см уреазна активність на відвальній ділянці з пориями порівняно з ділянкою відвалу без впливу тварин підвищується в 1,8 раза, але порівняно з природною ділянкою без пориїв зменшується в 1,2 раза. На глибині 5-10 см активність уреази на ділянці відвалу з рийною активністю порівняно з ділянкою відвалу без її впливу підвищується в 1,6 раза, а порівняно з природною ділянкою з пориями вона незначно зменшується (в 1,1 раза). 16
Величина уреазної активності на ділянці відвалу без впливу ссавців порівняно з природною ділянкою з впливом ссавців-ґрунториїв знижується в 2,3 раза в шарі 0-5 см та
1,8 раза - у шарі 5-10 см.
18
її 16
О X
0-5 см
1
5-10 см 0-5 см 5-10 см 0-5 см 5-10 см
1 3 3 12 12
Час експозиції, місяць
□ Природна ділянка (без порию) ■ Природна ділянка (з пориєм)
Н Відвальна ділянка (без порию) И Відвальна ділянка (з пориєм)
Рис. Вплив рийної активності мікромамалій на активність уреази ґрунту
Проведений дисперсійний аналіз дозволив установити, що екологічні умови вибраних ділянок, а також вік порию статистично значуще (р < 0,05) впливають на уреазну активність ґрунту. Дія глибини на зміну цього показника статистично недостовірна
(р = 0,07).
Спостерігається статистично значуща відмінність (р < 0,05) активності уреази між такими ділянками: природна без порию та природна з пориєм (9,28, 12,99 мг/г), природна без порию та відвальна без порию (9,28, 6,57 мг/г), природна без порию та відвальна з пориєм (9,28, 11,86 мг/г), природна з пориєм та відвальна без порию (12,99, 6,57 мг/г), відвальна без порию та відвальна з пориєм (6,57, 11,86 мг/г). Не встановлено достовірної різниці активності уреази між природною ділянкою з пориєм і відвальною ділянкою з пориєм (12,99, 11,86 мг/г). Статистичних відмінностей уреазної активності за глибинами ґрунту 0-5 та 5-10 см не виявлено.
Висновки
У ході ремедіації порушених земель діяльність ссавців - важливий чинник підвищення біологічної активності ґрунтів. Рийна діяльність тварин-ґрунториїв має позитивний вплив на активність уреази як одну з характеристик біологічної активності ґрунту. Визначення активності уреази в ґрунті як однієї з діагностичних характеристик його екологічного стану дозволило встановити межі коливання цього показника на відвальних і умовно чистих (контрольних) ділянках. Тривалість експерименту та екологічні умови ділянки на високому статистичному рівні значущості впливають на варіювання величини уреазної активності.
Бібліографічні посилання
1. Абатуров Б. Д. Воздействие малых сусликов на продуктивность растительности в полупустыне / Б. Д. Абатуров, М. В. Ракова, Т. А. Середнева // Фитофаги в растительных сообществах. - М. : Наука, 1980. - С. 11-127.
2. Абатуров Б. Д. Деятельность животных-землероев в почвах, ее значение и основные пути изучения // Проблемы почвенной зоологии. Матер. IV Всесоюзн. совещ. - М. : Наука, 1972. - С. 5.
3. Булахов В. Л. Характеристика средообразующей деятельности позвоночных животных в лесах степной зоны юго-востока УССР // Вопросы степного лесоведения. - Д. : ДГУ, 1973. -Вып. 4. - C. 117-125.
4. Булахов В. Л. Средообразующая деятельность млекопитающих как биотический фактор преждевременной деградации почвенного покрова степных лесов промышленного Приднепровья / В. Л. Булахов, А. Е. Пахомов // Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения. Тез. докл. Всеросс. конф. - М., 1998. - Т. 2. - С. 220-221.
5. Бызова Ю. Б. Дыхание почвенных беспозвоночных. - М. : КМК, 2007. - 328 с.
6. Галстян А. Ш. Ферментативная активность почв Армении. - Ереван : Айстан, 1974. - 273 с.
7. Злотин Р. И. Роль животных в биологическом круговороте лесостепных экосистем / Р. И. Злотин, К. С. Ходашова. - М. : Наука, 1974. - 200 с.
8. Золотун В. П. Развитие почв юга Украины за последние 45-50 веков: Автореф. дисс. ... д-ра
с.-х. наук. - К. : УСХА, 1974. - 74 с.
9. Кірієнко С. М. Вплив екскреторної активності ссавців на біологічну активність ґрунту в умовах Криворізького залізорудного басейну // Вісн. Дніпропетр. ун-ту. Біологія. Екологія. - 2003. -
Вип. 11, т. 1. - С. 171-174.
10. Пахомов А. Е. Роющая деятельность млекопитающих как фактор стабилизации лесных почв // Франція та Україна: Наук.-практ. досвід у контексті діалогу національних культур. Тези доп. Міжнар. конф. - Д., 1998. - Ч. 3. - С. 13.
11. Пахомов О. Є. Вплив екскреторної активності ссавців на ферментативну активність ґрунту та накопичення гумусу на відвалах гірничорудної промисловості Криворіжжя / О. Є. Пахомов, С. М. Кірієнко // Наук. вісн. Чернів. ун-ту. Біологія. - Чернівці, 2004. - С. 191-197.
12. Kirienko S. M. Digging activity rodents as a factor of influence on soil // “Breath” edafotop steppe woods of Ukraine 1st Fems congress of European Microbiologists. Abstract book. - Slovenia, Ljubljana, Cancarjev Dom, 2003. - P. 33.
13. Pakhomov O. Y. The soils remediation under effect of excretoric activity of mammals different trophic groups in artifical wood ecosystems of Ukraine industrial regions / O. Y. Pakhomov, S. M Kirienko // ISEB 2001 Meeting “Phytoremediation” Abstracts. - Leipzig, Germany, 2001. - P. 107.
14. Smetana M. G. Tailing ponds of Krivij Rig are most ecological dangerous new formations / M. G. Smetana, M. O. Baranets // VI Intei'rational Interdisciplinary Conference on the Environment. -Toronto, 2000. - Р. 64.
Надійшла до редколегії 14.09.2010
