JA N G L IŃ SK I, ZO FIA ST ĘPN IE W SK A , A N N A K A S IA K
ZMIANY AKTYWNOŚCI ENZYMATYCZNEJ GLEB
W WARUNKACH ZRÓŻNICOWANEJ ZAWARTOŚCI
TLENU I WILGOTNOŚCI
Z akład A g ro fizy k i P A N w L u b lin ie
W STĘP
Aktywność biologiczna gleb określana przez aktywność enzymatyczną
może być, zdaniem H o f f m a n a [
8
], miarą żyzności i produkcyjności gle
by bardziej niż inne wskaźniki biologiczne, takie jaik intensyw ność oddy
chania czy też określanie liczebności mikroorganizmów. Inne prace dono
szą o zmianach aktywności enzymatycznej gleb w ciągu okresu w egeta
cyjnego [3], jak też pod w pływ em innych czynników [10, 11].
T a t e [13] stwierdził, że warunki anaerobowe, wyw ołane stałym lub
okresowym zalewaniem gleb wodą, pociągały za sobą zmiany w metabo
lizm ie węgla i wzmożenie rozwoju beztlenowców (względnych i bezwzglę-.
dnych), które w pierwszej kolejności atakują am inokwasy i węglowodany.;
Określona w tych warunkach aktywność dehydrogenazowa obniżała się-
podczas pierwszych pięciu dni zalania wodą, a następnie stale wzrastała;
aż do momentu osuszania.
’
F i s c h e r i współautorzy [4, 5] znaleźli w świeżo zalanych wodą gle
bach niższą aktywność dehydrogenazową niż w gruntach ofnych, a po->
ziom aktywności obniżał się w tych glebach wraz z głębokością profilu,
lecz nie był skorelowany ze stężeniem składników odżywczych ani z za-!
; wartością substancji organicznej.
R u s s e l i K o b u s [12] stwierdzili dodatnią korelację między za
wartością węgla i aktywnością dehydrogenazową. C e r n a [
1
] podaje na
tomiast 2,5-krotny wzrost aktywności dehydrogenazowej oraz spadek kon
sumpcji tlenu w glebie przy przejściu do wilgotności odpowiadającej peł
nej pojemności wodnej gleby.
E f r e m ó w a [3] wykazała prostą korelację m iędzy aktywnością ka-
talazową a prędkością wydzielania C 0
2
i stanem termicznym gleby, na
tomiast nie stwierdziła korelacji m iędzy potencjałem redoks panującym
w glebie a sezonowymi zmianami aktywności biologicznej.
54 J. Gliński i inni
Badania D o r a n a [2] wykazują, że powierzchniowa (0— 7 cm) warst
wa gleby od dawna nie uprawianej odznacza się znacznie wyższą aktyw
nością dehydrogenazowoą i fosfatazową oraz zawartością wody, substan
cji organicznej, С i N niż gleba uprawiana. Na większych głębokościach
różnice te nie wystąpiły.
Powiązania aktywności biologicznej z właściwościami fizycznym i g le
by skłoniło nas do podjęcia w kontrolowanych warunkach badań labora
toryjnych, które m iały wykazać w pływ dostępności tlenu w glebie (wy
rażonej ODR) na zm iany w niej aktywności dehydrogenazowej i kata-
lazowej.
M A TE R IA Ł Y I M ETODY
Dwie próbki gleb: brunatnej gliniastej i płowej piaszczystej (tab. 1),
pobrane z warstwy próchnicznej, przesiano przez sito o oczkach rów
nych 3 mm, a następnie umieszczono w naczyniach plastykow ych z dnem
perforowanym. Naczynia te ustawiono na płytach ssących w komorach
inkubacyjnych. Po ustaleniu wilgotności odpowiadającej ciśnieniom ssą
cym 10, 50 i 100 hPa, gleby poddano inkubacji w warunkach
zróżnico-T a b e l a 1
C h a r a k te r y o ty k a g le b - S o i l c h a r a c t e r i e t i c e
P ro cen to w a z a w a rto ś ć f r a k c j i 0 wy
m ia ra c h w ma P e rc e n ta g e o f s i z e f r a c t i o n s i n mm S u b s ta n c j a o r g a n ic z n a O rg a n ic m a t t e r % P ^ C l Pojem ność s o r p c y jn a С «Б«С » ■ e /1 0 0 g g le b y S o r p tio n c a p a c i t y m e/100 g o f s o i l G leba S o i l 1 -0 ,1 0 ,1 - 0 ,0 2 0 ,0 2 -0 ,0 0 2 < 0 ,0 0 2 Płow a p i a s z c z y s t a G rey brown p o d z o lic sandy 67 20 9 4 0 ,9 6 5 ,6 3 ,9 5 B ru n a tn a g l i n i a s t a Brown loamy 46 23 18 13 1 .7 4 6 ,8 0 ,6 8
wanego natleniania przy stałej temperaturze 20°C. Przez komory inku-
bacyjne przepuszczano w sposób ciągły mieszaniną gazu (sprężonego po
wietrza i azotu technicznego) zawierającą: 21, 14, 5 i 0,5% O
2
. Szczegóły
dotyczące konstrukcji komór inkubacyjnych i sposobu natleniania podano
we wcześniejszej pracy [7]. Po upływ ie 8 dni zmierzono ODR i oznaczo
no aktywność dehydrogenazową z zastosowaniem chlorku 2, 3, 5-trójfeny-
lotetrazolu i[10] oraz katalazową — metodą manganometryczną {&].
W szystkie oznaczenia wykonano w trzech powtórzeniach.
W Y N IK I
Uzyskane w yniki dotyczące zależności aktywności dehydrogenazowej
od stanu natlenienia dwóch różnych gleb przy trzech wilgotnościach
przedstawiono na rys. 1 i 2. Wskazują one na wyraźny w pływ w ym ienio
nych czynników na te zależności.
Poziom aktywności dehydrogenazowej był dwukrotnie w yższy w glebie
piaszczystej niż w glebie gliniastej. Przy wilgotności gleb odpowiadającej
Rys. 1. A k ty w n o ść dehy.drogenazow a w g le b ie p iaszczystej in k u b ow an ej przy róż nej w ilg o tn o śc i i stę ż e n iu tlen u
A — 21% 0 2, в — 14% 0 2 с — 5% 0 2, D — 0,5% 0 2
D eh yd rogen ase a c tiv ity in sa n d y soil at a »different m oistu re and o x y g e n con ten t
A — 21% 0 2, В — 14% 0 2 С — 5% 0 2, D — 0,5% 0 2
ciśnieniu ssącemu równemu 10 hPa wystąpiła najwyższa aktywność de
hydrogenazy. Zmniejszenie natlenienia powodowało przy tej wilgotności
przyrost aktywności dehydrogenazowej w obu glebach. Aktywność przy
stężeniu 0,5% i0
2
wzrosła niem al o połowę w glebie piaszczystej i dwu
krotnie w glebie gliniastej w porównaniu z tą aktywnością przy
21
%
0
2.
Przy wilgotnościach
odpowiadających ssaniu 50 i 100 hPa
tendencja
zmian aktywności dehydrogenazowej była podobna, lecz nie tak wyraźna.
Natomiast aktywność katalazowa (rys. 3 i 4) wykazyw ała tendencje
przeciwne niż dehydrogenazowa i była wyższa w glebie gliniastej niż
w piaszczystej. Ponadto wzrastała ona wyraźnie przy m niejszych w ilgot
nościach i zmniejszającym się stężeniu tlenu w glebie piaszczystej. Tak
więc gleby zawierające 21% 0 2, przy ciśnieniu 10 hPa, wyikazywały ak
tywność wyższą o około 25% w glebie gliniastej i o około 40% w glebie
piaszczystej w porównaniu z glebami zawierającym i 0,5% 0 2. N ależy na
znaczyć brak określonych zależności aktywności katalazowej od stężenia
tlenu przy niższej wilgotności gleby lekkiej (50 i 100 hPa).
56 J. Gliński i inni
Oznaczone wartości aktywności dehydrogenazowej i katalazowej po
zostawały w prostoliniowej zależności ze zmierzonymi w tych warunkach
wartościami ODR (rys. 3 i 4).
R ys. 2. A k ty w n o ść d eh yd rogen azow a w g leb ie g lin ia stej in k u b ow an ej przy róż n e j w ilg o tn o śc i i stę ż e n iu tlen u
o b j a ś n i e n i a j a k n a r y s . 1
D eh yd rogen ase a c tiv ity in lo a m y soil ait a d ifferen t m oistu re and o x y g e n con ten t
e x p l a n a t i o n s — a s i n F ig . 1
R ys. 3. A k ty w n o ść k a ta la zo w a w g leb ie p ia szczy stej in k u b ow an ej przy różnej w il gotn ości i stężen iu tlen u
o b j a ś n i e n i a j a k n a r y s . 1
C atalase a c tiv ity in sa n d y so il at a d ifferen t m o istu re and o x y g en con ten t
e x p l a n a t i o n s — a s i n F ig . 1
R ys. 4. A k ty w n o ść k a ta la zo w a w g leb ie g lin ia stej in k u b ow an ej przy różnej w ilg o t n ości i stę ż e n iu tlen u
o b j a ś n i e n i a j a k n a r y s . 1
C atalase a c tiv ity in loam y .soil at a d ifferen t m oistu re and o x y g en con ten t
R ys. 5. Z ależn ość m ięd zy a k ty w n o ścią de hyd rogen azo w ą a ODR
1 — g l e b a p i a s z c z y s t a , 2 — g l e b a g l i n i a s t a
R ela tio n b e tw e e n d eh y d ro g en a se a c tiv ity and O.D.R.
1 s a n d y s o il, 2 —\ l o a m y s o il
R ys. 6. Z ależn ość m ięd zy a k ty w n o ścią k a- ta la zo w ą a ODR
o b j a ś n i e n i a j a k w r y s . 5
R elation b e tw e e n ca ta la se a c tiv ity and O.D.R.
e x p l a n a t i o n s — a s i n F ig . 5
W NIO SK I
1. Poziom aktywności dehydrogenazo we j i katalazowej jest odbiciem
warun/ków tlenow ych i wilgotnościowych w glebie, jak również zależy od
gatunku gleby.
2. Stwierdzono wzrost aktywności dehydrogenazo we j oraz spadek ak
tywności katalazowej w glebie wytworzonej z piasku i gliny, w miarę
zmniejszającego się stężenia tlenu.
3. N ajw iększy w pływ stanu natlenienia na aktywność enzymatyczną
gleb zaznaczył się przy stosunkowo dużej ich wilgotności (10 hPa).
4. Gleba gliniasta odznaczała się mniejszą aktywnością dehydrogenazo-
wą niż gleba piaszczysta. Odwrotną tendencję stwierdzono w przypadku
katalazy.
5. Aktywności obu enzymów pozostawały w prostoliniowej zależności
od ODR, przy czym dla katalazy była to zależność rosnąca, a dla dehy
drogenazy — malejąca.
6
. Zmiany w aktywności analizowanych enzym ów były w zależności
od natlenienia większe w glebie gliniastej niż w piaszczystej.
LIT E R A TU R A
[1] C e r n a S.: R ela tio n b e tw e e n resp iratory and d eh yd rogen ase a c tiv ity of soil. A cta U niv. C arolinae, B iol. 1978, 1/2, 1— 10.
[2] D o r a n J. W.: S o il m icrob ial and b io ch em ica l ch an ges associated w ith red u ced tilla g e. S oil Sei. A m . J. 44, 1980, 765— 771.
58 J. Gliński i inni
[3] E f r e m o v a T. T.: B io ch im iczesk ije i o k is litie ln o -v o sta n o v itie ln y je p rocesy n a o su szczen n ych b olotach juga K rasn ojarsk ogo k raje. P o czw o w ied . 1977, 9, 103— 114.
[4] F i s c h e r W. R., P f a n n e b e r g T., S c h n e i d e r E.: D ie a n a ly tisch e B es tim m u n g der D eh y d ro g en a sea k tiv itä t in U n terw a sserb ö d en . Z eitsch rift fü r P fla n zen ern ä h ru n g und B od en k u n d e 142, 1979, 1, 124— 127.
[5] F i s c h e r W. R., P f a n n e b e r g T.: D eh yd rogen ase a c tiv ity in recen t su b a q ueous soils. Z eitsch rift fü r P fla n zen ern ä h ru n g und B od en k u n d e 142, 1979, 3, 492— 499.
[6] G a w l i k J., M a l i c k i M. , S t ę p n i e w s k i W.: The p rob lèm e of e ffe c tiv e v o lta g e co n tro l in m ea su rem en t of O.D.R. in soil. P ol J. S o il Sei. 10, 1977, 9— 16.
[7] G l i ń s k i J., D o b r z a ń s k i В., Ł a b u d a S., S t ę p n i e w s k i W.: O x y g en con d ition s for th e em ergen ce of tom ato seed lin g s in the sa il. Pol. J. S o il Set. 11, 1978, 81—88.
[8] H o f m a n n E.: T he origin and im p o rta n ce of en zym es in so il. R ecen t P ro gress in M icrobiology 8, 1962, 216— 220.
[9] J o h n s o n J. L., T e m p l e K. L.: S o m e v a ria b les a ffectin g th e m easu rem en t of ca ta la se a c tiv ity . S oil Sei. Soc. A m . Proc. 28, 1964, 207— 216.
[10] R o s e D. J.: E ffects • f s t o ia g e on d eh yd rogen ase a c tiv itie s of so ils. S o il Bioi. B iochem . 2, 1970, 55— 61.
[11] R о s e D. J.: Som e factors in flu en cin g th e e stim a tio n of d eh yd rogen ase a c tiv i ties of so m e so ils under p asture. S o il B iol. B iochem . 3, 1970, 97— 110.
[12] R u s s e l S., K o b u s J.: K ülonbözö ta la jo k deh id rogen az a k tiv ita sa . A grarto- d om an yi K o zlem en y ek 33, 1974, 1, 16.
[13] T a t e R. L.: E ffect of flo o d in g on m icrob ial a c tiv itie s in organic soils: carbon m etab olism . S o il Sei. 128, 1979, 5, 267— 273.
Я. ГЛИНЬСКИ, 3. СТЕМПНЕВСКА, А. КАСЯК ИЗМЕНЕНИЯ ЭНЗИМАТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ПОЧВ В УСЛОВИЯХ РАЗЛИЧНОЙ ОБОГАЩЕННОСТИ КИСЛОРОДОМ И НЕОДИНАКОВОЙ ВЛАЖНОСТИ Агрофизический институт Польской академии наук в Люблине Р е з ю м е Для двух обрабатываемых почв с гранулометрическим составом глины и песка ныла определена энзиматическая активность дегидрогеназ и катализы в условлях влажности соответствующей сосущему давлению 10, 50 и 100 hPa. Почвы подвергали 8-дневному ин кубированию в воздухе содержащем 21, 14, 5 и 0,5 % кислорода ( 0 2) при температуре 20° по Ц. В обеих почвах был констатирован рост активности дегидрогеназ и падение активности каталазы по мере уменьшения концентрации кислорода. Изменения в активности этих эн зимов наиболее отчетливо проявились в условиях самой высокой влажности, эквивалентной сосущему давлению 10 hPa, они были менее отчетливы при 50 hPa и почти полностью ис чезали при 100 hPa. В легкой почве не обнаружено существенных различий в активности каталазы при 50 hPa и 100 hPa. Изменения активности обнаруживали явную связь с величиной значений O .D.R.( Oxygen Diffusion Rate).
J . G L I Ń S K I , Z . S T Ę P N I E W S K A , A . K A S IA K
CH A NG ES OF A N ENZY M ATIC A C T IV IT Y IN SO ILS W ITH R ESPE C T TO TH EIR W A TER CONTENT A N D O X Y G E N ST A T U S
In stitu te of A grop h ysics, P o lish A cadem y of S cien ces, L ublin S u m m a r y
T he en zym atic a c tiv ity of d eh yd rogen ase and ca ta la se w a s d eterm in ed in tw o d ifferen t kinds of soil, one of sa n d y te x tu r e , th e other loam y. T he m oistu re in th ree le v e ls of soil, corresp on d s to th e su c tio n w h ic h is eq u al to 10, 50 and 100 hPa. T hese w ere su b jected to 8 days of in cu b ation in th e atm osp h ere con tain in g 21, 14, 5 and 0,5°/o 0 2 at 20°C. In th e tw o soils th e in crea se in d eh yd rogen ase a c tiv ity and th e d ecrease of catalase, w h ile th e o x y g en c o n ten t dim in ish es w a s found. T he ch an ges of th e a c tiv ity of th ese en zy m es p roved to be v e r y in ten siv e as th e m o is tu re co n ten t reach ed its h ig h est in so il su ctio n 10 hP a, th ey w ere less d istin ct at 50 hPa, and at 100 hP a th ere w a s a v e r y slig h t d ifferen ce. In lig h t tex tu red soil th ere w as n o sig n ific a n t d ifferen ces in c a ta la se a c tiv ity at 50 and 100 hPa. The ch an ges of en zym e a c tiv ity w e r e clo sely con n ected to th e O.D.R. v a lu es.
P r o f . d r J a n G l i ń s k i Z a k ł a d A g r o f i z y k i P A N
