Wpływ metali ciężkich na aktywność dehydrogenazową i katalazową w glebach

ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE T. XXXVI, NR 2, S. 29—42, WARSZAWA 1985

RYSZARD TURSKI, ZOFIA STĘPNIEWSKA, ANNA W ÓJCIKOW SKA-KAPUSTA, ANNA KASIAK

WPŁYW METALI CIĘŻKICH NA AKTYWNOŚĆ DEHYDROGENAZOWĄ I KATALAZOWĄ W GLEBACH Instytut G leboznawstwa i Chemiii Rolnej Akadem ii Rolniczej w Lublinie

Zakład Agrofizyki PAN w Lublinie

WSTĘP

W celu określenia ogólnej aktywności biologicznej gleb już w latach sześćdziesiątych obecnego stulecia stosowano metody oznaczania aktyw ­ ności niektórych enzymów, głównie dehydrogenaz [9].

Enzymy obecne w glebie mogą pochodzić z roślin i drobnoustrojów. Uważa się, że dehydrogenazy pełnią zasadniczą rolę w początkowych sta­ diach utleniania substancji organicznej przez przenoszenie wodoru lub elektronów z substratów do akceptorów [7]. Aktywność katalazy glebo­ wej jest związana z zawartością substancji organicznej i jest do niej p ro­ porcjonalna. Działalność katalazy polega na rozkładzie nadtlenku wodo­ ru na tlen cząsteczkowy i wodę. Aktywność dehydrogenaz i katalazy jest najw iększa w poziomach próchniczych i zmniejsza się wraz z głębokością gleby [4, 8, 9].

Stwierdzono, że aktywność biologiczna gleb ulega w yraźnym zmia­ nom w obecności Pb. Okazało się, że nagromadzenie Pb w glebie powo­ duje w yraźne obniżenie jej oddychania oraz zmianę aktywności dehydro- genazowej. D o e l m a n i w spółautorzy stwierdzili, że zdolność Pb do obniżania poziomu oddychania i aktywności biologicznej zależy od po­ jemności kationowym iennej gleby. Ich zdaniem, należy liczyć się z moż­ liwością w ystąpienia niejednakowych efektów przy tych samych dawkach Pb na różnych glebach [1, 2, 3].

Podjęte przez nas badania miały na celu określenie zmian aktywności dehydrogenazowej i katalazowej w glebach pochodzących z terenu przy­ szłego Lubelskiego Zagłębia Węglowego, inkubow anych z dodatkiem tlenków Pb, Zn i Ni, przy zróżnicowanej wilgotności i natlenieniu tych gleb.

30 R. Turski i in.

MATERIAŁ I METODY

Badania nad aktywnością glebowych dehydrogenaz i katalazy prze­ prowadzono na glebie bielicoziemnej w ytworzonej z piasku (Orzechów Nowy), glebie brunatnej wytworzonej z lessu (Trębaczów) oraz na w ap- niowcowej rędzinie kredowej (Bezek). Pobrane z poziomów próchnicznych (tab. 1) próbki gleb suszono w tem peraturze pokojowej i przesiewano

T a b e l a 1 O g ó l n e w ł a ś c i w o ś c i b a d a n y c h g l e b G e n e r a l p r o p e r t i e s o f t h * з о И я u n d e r . ' t u d y ; : a - J c . i l 0 г:> -id / - r ani ii on v' t r y c z n y - £ c z a s t - k 0 0 J r a - : . : ] om? c r i c o o n p c s i t i ?n , * o f p a r t i c l e s o f J ..'iti -.T ZOŹĆ. . •a ; : ; : - t a r . c ' i o r g a n i c z n e 2 !<■ ^■r-.-anic : n a t t e r ООП t ,‘n t pH i " . 'cmnofić at- /1 ■ C a t i o n i c k a t i o n o w a : - a - i t y O , 1 mm 0, 1 - mm KUl H , 0 o X t-x x : : r u r . a t n o z i ' ; m n a w y t w o r z o n a 7, l e s s ó w Brown r o i ł d e v e l o p e d f r o m l o e s s 1 3 5 3 3-* 1 . 5 1 5 . = 0 , ~ 10, С ? R o d z i n a k r e d o w a C r e t a c e o u s r e r . d ; ; i r . a s o i l 3 0 1 3 - ^ . . 9 7 , С 7 , 7 < ü ’ : I .:5 Î e ] i c o z i e m n a лу u w o r z e n a z p i a sit ów i ' o d - . c i c ^ i l d *;• v e 2 o po d f r o m з a n à 80 14 _{■ * ~ '} 4 , 7 6 , 3 3 , 7 *5 x .к' г.а k a t i o n ó w - Sum o f c a t i o n s T'x Zi.?:?.rtoŹ2 w;/r.ienne£o К - C o n t e n t o f e x c h r i r r r a b l s H

przez 3-milimetrowe sito plastykowe. Do jednej serii próbek tych gleb dodano mieszaninę: ZnO, P b 0 2 i NiO w ilościach (w przeliczeniu na czy­ ste metale) odpowiednio: 10,3, 3, 29 i 4,95 mg/kg gleby (I dawka), do d ru ­ giej — ilości 5-krotnie większe (II dawka). Dodane ilości tlenków odpo­ w iadają masie pyłów uważanej za dopuszczalną w Śląskim Zagłębiu Wę­ glowym w okresie 10 i 50 lat. K ontrolną serię stanowiły próbki gleb bez dodatku tlenku tych metali.

Odważone ilości tlenków rozcierano w moździerzu agatowym z małą porcją gleby i po wymieszaniu jej z resztą próbki glebowej umieszczano w w orkach polietylenowych. Próbki gleby bez dodatków i z dodatkiem tlenków przesypyw ano do cylinderków sporządzanych z pcw i ustaw iano na podsiąk kapilarny. Po nasyceniu wodą cylinderki stawiano na płytach ssących z siłą 100 i 1000 hPa. Część cylinderków w pełni nasyconych wo­ dą, po ustaleniu się ciśnienia ssącego, przeniesiono do komór inkubacyj- nych o tem peraturze 20° ±2°C, przez które stale przepływ ała mieszanina gazów o składzie: 1) 21% 0 2 + 79% N2; 2) 21% 0 2 + 5% C 0 2 + 74% N2; 3) 100% N2 i 4) 95% N2 + 5% C 0 2. W czterech kom binacjach z przepły­ w ającym i gazami znalazły się cylinderki z glebą o wilgotności odpowia­ dającej sile ssącej 1000 hPa, 100 hPa bez dodatków m etali oraz z I i II do­

Wpływ metali ciężkich na enzymy glebowe ₃₁

datkiem w trzech pow tórzeniach każda. Serię kontrolną stanowiła gleba całkowicie wysycona wodą bez dodatków i z dodatkam i tlenków metali, inkubow ana bez przepływ u gazów. Szczegółowy opis doświadczenia przedstawiono w pracy W ó j c i k o w s k i e j - K a p u s t y [10]. Inkuba­ cję gleb prowadzono przez 21 dni. Po upływie tego czasu oznaczono ak­ tywność dehydrogenazową próbek glebowych metodą opisaną przez R o s s a {7] na podstawie redukcji chlorku 2,3,5-trójfenylotetrazolu (TTC) do formazanu.

Aktywność katalazową określano metodą m anganom etryczną według

J o h n s o n a [5]. Aktywność dehydrogenazową wyrażono jako ilość

jumolu form azanu utworzonego w glebie w ciągu 1 min., w przeliczeniu

na 1 g suchej masy gleby (/imole form azanu g " ,m in“1). Aktywność k ata­ lazową wyrażono ilością /imoli КМпО/1( równoważną rozkładowi H20 2 w w yniku działania enzymu, w porów naniu z próbą kontrolną odniesioną

do 1 g suchej gleby (jumole KMnO/A g-1).

Zawartość Zn, Ni i Pb oznaczono w ekstrakcie 2,5-procentowego kw a­ su octowego, przy stosunku gleba : roztwór 1:4, metodą absorpcji atomo­ wej na aparacie AAS-1, cynk bezpośrednio z roztworu, nikiel i ołów natom iast przeprowadzono do fazy organicznej metodą ketonową, opisa­ ną przez K abatę-Pendias [6]. Istotność otrzym anych wyników aktywności dehydrogenaz i katalazy badanych gleb sprawdzono na podstawie analizy w ariancji (tab. 8).

WYNIKI

A k t y w n o ś ć d e h y d r o g e n a z o w ą . Po 21 dniach inkubacji

stwierdzono istotny wzrost aktywności dehydrogenazowej łączny dla trzech badanych gleb wraz ze wzrostem dawki m etali ciężkich (tab. 2—7, rye. 1—4). Wzrost ten był znaczniejszy przy większej wilgotności (100 T 4 b e l a 2 B i l a n s n e t a l i c i ę ż k i c h w b a d a n y c h g l e b a c h / r a g / k g / B a l a n c e o f h e a v y m e t a l s i n t h e s o i l s u n d e r s t u d y / m g / к г / Gl c b a S o i l I ] o ś ć w y j ś c i o w a

I n i t i a l a m o u n t Dodar.o - J.'lO.e d Juir.a - Jura

Zn Pb Ni Zn Pb Ni Zr. . : : i L e s s o w a L o e s s 22 9 100 5 i i o , 3 I I 5 1 , 5 •3 r> _» -1 ^ , 4 4 , 9 2 4 , 3 2 3 9 , 3 2 3 0 , 5 ю з , з 11-3.5 -•. y 7.9, У R ę d z i n r . R e n d z i n a 501 35 7 i 1 0 , 3 I I 5 1 , 5 3 , 2 1 o , 4 4 , 9 5 1 0 , 3 5 5 1 , 5 3 s , i 1 3 , 9 31, i’i / i s z c z y s t a o a n d 15 9 2 i : o , 3 I I 5 1 , 5 3 , 2 1 6 , 4 • •. °- 2 t , S 6 6 , 3 1 2 , 2 2=, 4 С, 9 2b , 3 I i 11 - d a w k i m e t a l i c i ę ż k i c h I a n d I I - d o s e s o f h e a v y m o t a l s

32 R. Turski i in. A k t y w n o ś ć d e h y d r o g e n a z o w a i k a t a l a z o w a b a d a n y c h g l e b / p o t r a k t o w a n y c h ł ą c z n i e / w z a l e ż n o ś c i od i c h w i l g o t n o ś c i i d o d a t k u m e t a l i c i ę ż k i c h D e h y d r o g e n a s e a n d c a t a l a s e a c t i v i t y o f t h e s o i l s u n d e r s t u d y / r e g a r d e d a s a w h o l e / d e p e n d i n g on t h e m o i s t u r e l e v e l a n d a d d i t i o n o f h e a v y m e t a l s A k t y w n o ś ć A c t i v i t y D o d a t e k m o t a l i A d d i t i o n W i l g o t n o ś ć o d p o w i a d a j ą c a c i ś n i e n i u K ' j i 3 t u r e l e v e l c o r r e s p o n d i n g t o t h e р г е я з и г е o f ś r e d n i e o t m o t a l 3 100 hP-i 1 0 00 h P a Me a n я D e h y d r o g e n a z o w a o f d e h y d r o g e n a s e 0 I 1 , 5 9 6 1 , 7 6 1 1 , 0 7 3 1 , 4 3 3 1 , 3 3 7 1 , 6 2 5 I I 2 , 310 1 , 6 6 4 1 , 9 8 7 ś r e d n i e me-tn 1 , з п о 1 , 4 1 0 1 , 6 5 0 K a t a ] 'iZow-> o f c a t ' i l n s o 0 I 1,7.36 1,76-1 1 , 3 1 0 2 , 0 0 4 1 , 7 7 4 1 , 8 8 4 I I 1 , 6 9 3 1 , 8 5 3 1 , 7 7 0 ś r e d n i e яеч.п 1 , 7 3 0 1 , 8 3 9 1 , 8 0 9 T \ b e 1 л 4 A k t y w n o ś ć d e h y d r o £ e n a z o w a w z a l e ż n o ś c i od s k ł n d u p r z e p ł y w a j ą c y c h :\-\.z6\4 w i l g o t n o ś c i b a d a n y c h g l e b i i l o ś c i d o d a n y c h m e t a l i c i ę ż k i c h D e h y d r o g e n i z e a c t i v i t y d e p e n d i n g on t h e c o m p o s i t i o n o f f l o w i n g ga se. T, i r . o i ö t u r e l e v : l o f t h e s o i l s s t u d i e d a n d t h e a m o u n t o f a d d e d h e a v y m et i l s I G l e b a S o i l O o d - t e k m - . ' t a l i A d d i t i o n o f me t i l s 2 1 * 0 2 + + 7 9£ N2 21' ; 0 o + + 5% C02+ + 74;>: :i2 i o a s n2 95% ?r2 + + 5v^ C 0 o 3 r -. idn io Меапз j imol f o r m a z a n u X m i n “ 1 - p m o l o f f o r m a z a n e x g - 1 x mir. “ 1 L e s s o w a L o e3 3 0 I 0 , 3 6 6 1 , 0 6 6 0 , 7 3 8 0 , 6 4 3 0 , 8 1 8 1 , 6 2 3 0 , 7 1 5 0 , 8 3 3 0 , 7 8 4 1 , 0 4 1 I I 0 , 5 9 6 0 , 6 2 0 2 , 0 2 0 0 , 5 3 0 0 , 9 4 1 ś r e d n i e mean 0 , 8 4 3 0 , 6 6 7 1 , * 8 7 0 , 6 9 2 0 , 9 2 2 R ę d z i n a R e n d z i n a 0 I 1 00 7 1 , 2 2 6 0 , 9 3 1 1 , 1 9 3 1, 356 1 , 4 9 5 1 , 0 4 6 0 , 9 5 1 1, 306 1 , 2 1 4 I I 1 , 3 9 0 1 , 5 8 5 1 , 4 0 8 1 , 8 2 2 1 , 5 7 1 ś r e d n i e mean 1 , 5 0 3 1 , C- J s 1 , 4 2 0 1 , 2 7 3 1, 364 I - i a s z c z y s t a S a n d 0 I 1 , 2 7 9 2 , 2 9 9 1 , 9 6 0 2 , 0 1 0 1 , 5 3 0 2 , 5 8 9 2 , 8 5 8 4 , 261 1 , 9 0 7 2 , 7 9 0 I I 2 , 3 3 8 2 , 2 8 8 3 , 2 1 1 7 , 3 6 3 3 , 6 0 0 ś r e d n i e mean 1 , 9 7 2 2 , 0 8 6 2 , 4 4 3 4 , 8 2 7 2 , 8 3 2

hPa). Największe zmiany aktywności dehydrogenazowej w ystąpiły w gle­ bie piaszczystej (tab. 4). Przy obu wilgotnościach i we w szystkich kom­ binacjach przepływ ających gazów w raz ze w zrastającą dawką m etali cięż­ kich (tab. 5) nastąpił istotny (ponad 2-krotny) wzrost aktywności, z w y­ jątkiem kombinacji z przepływ em gazów o składzie: 2Г%>02 + 5°/oC02 +

T a b e l a 5 A k t y w n o ś ć d e h y d r o g e n a z o w a w z a l e ż n o ś c i o d n k ł a d u p r z e p ł y w a j ą c y c h ę a z ó w , w i l g o t n o ś c i b a d a n y c h g l e b i i l o ś c i d o d a n y c h m e t a l i c i ę ż k i c h D e h y d r o g e n a s e a c t i v i t y d e p e n d i n g o n t h e c o m p o s i t i o n o f f l o w i n g g a s e s , m o i s t u r e l e v e l o f t h e s o i l s s t u d i e d a n d t h e a m o u n ÿ o f a d d e d h e a v y n e t a l s G l e b a S o i l D o d a t o k m e t a l i A d d i t i o n o f h e a v y m e t a l s W i l g o t n o ś ć g l o b o d p o w i a d a j ą c a c i ś n i e n i u - S o i l m o i s t u r e l e v e l c o r r e s p o n d i n g t o t h e p r e s s u r e o f ś r e d n i e d l a o b u w i l g o t n o ś c i M e a n s f o r b o t h m o i s t u r e l e v e l s 1 0 0 h P a 1 0 0 0 h P n 21% 0 2 + +79% N2 21% 0 2 + +5% C 0 2 + +74% N2 100% N2 95% N2 + +5% C 0 2 ś r e d n i e m e a n s 21% 0 2 + +79% N2 21% 0 2 + +5% C 0 2+ +7 4% N2 100% N2 95% N2+ +5% C 0 2 ś r e d n i e m e a n s j m o l f o r m a z a n u x g “ 1 x m i n “ 1 j u n o l o f f o r m a z a n o x g “ 1 x m i n “ 1 L e s s o w a L o e s s 0 I I I 0 , 7 4 3 0 , 8 9 6 0 , 6 1 3 1 , 1 8 0 0 , 5 5 3 0 , 7 8 6 0 , 7 6 3 2 , 0 5 0 2 , 2 5 0 0 , 9 4 3 1 , 0 8 6 0 , 7 5 6 0 , 9 0 7 0 , 8 0 5 1 , 1 0 1 0 , 9 9 0 1 , 2 3 6 0 , 5 8 0 0 , 2 9 6 0 , 7 3 3 0 , 4 5 3 0 , 8 6 6 1 , 1 9 6 1 , 7 9 0 0 , 6 0 6 0 , 5 8 0 0 , 3 0 3 0 , 6 9 0 0 , 9 3 6 0 , 7 8 1 0 , 7 9 8 0 , 8 7 0 0 , 9 4 1 ś r e d n i e n e a n 0 , 7 5 1 0 , 8 4 0 1 , 6 8 7 0 , 9 2 8 0 , 9 3 8 0 , 9 3 5 0 , 4 9 4 1 , 2 8 4 0 , 4 9 6 0 , 8 0 2 0 , 0 7 0 R ę d z i n a R e n d z l n a 0 I I I 2 , 1 4 3 1 , 7 1 6 1 , 3 8 0 0 , 9 6 6 0 , 9 6 3 2 , 2 7 0 1 , 5 2 6 1 , 5 0 0 1 , 4 2 0 1 , 3 1 6 0 , 8 8 3 2 , 9 9 0 1 , 4 8 8 1 , 2 6 5 2 , 0 1 5 1 , 6 4 3 0 , 7 3 6 1 , 4 0 0 0 , 8 9 6 1 , 4 0 3 0 , 9 0 0 1 , 1 8 6 1 , 4 9 0 1 , 3 9 6 0 , 7 7 6 1 , 0 2 0 0 , 6 5 3 1 , 1 2 5 1 , 1 6 2 1 , 0 8 7 1 , 3 0 7 1 , 2 1 4 1 , 5 5 1 ś r e d n i e во a n 1 , 7 4 6 1 , 4 0 0 1 , 4 8 2 1 , 7 3 0 1 , 5 8 9 1 , 2 6 0 1 , 0 6 6 1 , 3 5 7 0 , 8 1 6 1 , 1 2 5 1 , 3 5 7 P i a o z o z y s t a S a c d 0 I I I 1 , 3 9 3 1 , 9 7 6 1 , 4 7 0 3 , 1 1 6 2 , 0 0 6 0 , 7 9 0 1 , 9 5 0 3 , 0 9 3 3 , 4 2 6 3 , 1 1 3 5 , 7 8 0 9 , 5 7 6 2 , 3 9 3 3 , 2 1 4 3 , 8 1 5 1 , 1 6 6 2 , 6 2 3 3 , 2 0 6 0 , 8 0 3 2 , 0 1 3 1 , 1 5 0 1 , 1 1 0 2 , 0 8 6 2 , 8 9 6 2 , 6 0 3 2 , 7 4 3 5 , 1 5 0 1 , 4 2 0 2 , 3 6 6 3 , 1 2 5 1 , 9 0 7 3 , 1 1 8 3 , 4 7 0 ś r e d n i e ■о a s 1 , 6 1 3 1 , 9 7 1 2 , 8 2 3 6 , 1 5 6 3 , 1 4 1 2 , 3 3 2 1 , 3 2 2 2 , 0 6 4 3 , 4 9 8 2 , 3 0 4 2 ,8 3 2

34 R. Tux ski i in. T a b е 1 а 6 A k t y w n o ś ć k a t a l a z o w a h a ć a n y c : . g l 1-*'» w z a l e ż n o ś c i od r sk ła du pm*? p ł y w a j ą c y c h r a z ó w i d o d a t k u m e t a l i c i ę ż k i c h C a t a l a e e a c t i v i t y o f t h e n o i l s ^ t u d i o d d e p e n d i n g on th<' c o m p o s i t i o n o f '’l o w i n g r a s e s a n d a d d i t i o n o f h e a v y m e t a l s 2 k ł a d p r r » p > y w • o m p o r i tr‘ on o f a j a c v c h r a z ó w f l o w i n g гч г а г . G l e b a J o i l D o d a t e k me t a l i A d d i t i o n o f no t a l i ; 2T< 0 ; + + 7 ? * ”n2 2 1 ; o r + -!■ r .- CO,T + 7 ::<y; n'2 I 95 3’ + G r o d n i e . . . . . |i::;ol KMnO^ x ~- 1 Le »sowa 0 2, / 7 С • , 3 5 3 2,.'Й 1 1 , 5 1 3 2 , 182 L c e s s I 2 , * 1 5 , 2 , A :S j 2 , 7 7 0 1 , 1 3 0 2 , 1 8 8 - i 2 , 4 6 3 I 2 , 6 1 0 1 , 3 9 3 2 , 199 :: r e d n i e mean I 2 , 37 1 I г ...— ! 2 , /.20 I 2 , r. 20 1 , 3 4 9 2 , 190 R ę d : : i n a 2 , 1 4 b !! : , 4 39 2 , Ob 1 1 , G l 3 2 , 0 7 1 R er : d : : i n a Ii I 2 , - : j_I 1 , 7 0 5 2 , 1 9 9 2 , 0 9 9 11 г, :~7 гз ! I ! 1 , ° ' 9 I 1 , 7 7 1 1 , 3 5 9 1 , 9 5 9 ś r e d n i e I 2 , 1С 9 1 , 3 5 2 1 , 3 9 2 2 , 0 4 3 P i - ü ’r . c z v n t a 1 , 3 7 : 1 , 0 3 9 1 , : -' o 1 , 2 . 3 1 , 1 3 1 J a n d I 1 , 2 9 3 2 , 9 3 3 1,CriO о cr\ о 1 , 0 6 5 : i 1 , 1 4 1 С Qr) 1 1 , 0 8 1 C , 9 :J 0 1 , 0 2 8 ć r e d r i e mean 1 , 2 0 9 1 0 , 9 5 9 I 1 , 0 7 4 - , 994 1 , 0 7 4

+ 7 4 % N2 o większej wilgotności (100 hPa). W rędzinach dodatek metali ciężkich przy mniejszej wilgotności (1000 hPa) nie powodował istotnych zmian, natom iast przy większej wilgotności (100 hPa) w atmosferze o składzie 21% 02 + 79% N 2 obserwowano spadek aktywności dehydro- genazowej przy wyższej dawce metali. W kombinacjach z mieszaniną ga­ zów zaw ierających COo nastąpił istotny wzrost aktywności tych enzy­ mów przy większej ilości dodanych m etali zarówno w w arunkach tleno­ wych, jak i beztlenowych.

Najm niejsze zm iany aktywności dehydrogenazowej w ystąpiły w gle­ bie lessowej, gdzie istotny wzrost aktywności w ystąpił jedynie w kombi­ nacji z N2 przy najwyższej II dawce m etali ciężkich i ssaniu 1000 hPa oraz przy obu (I i II) dawkach w glebie bardziej w ilgotnej (tab. 5).

Inkubacja gleby przy pełnym nasyceniu wodą (O hPa) bez przepływ u mieszaniny gazów spowodowała w glebie piaszczystej lekki wzrost akty­ wności dehydrogenazowej przy I dawce i zdecydowany spadek przy II dawce (rye. 1), w rędzinie nastąpił spadek aktywności dehydrogenazo­ wej, natom iast w glebie lessowej — nieznaczny jej w zrost (ryc. 2 i 3). A k t y w n o ś ć k a t a l a z o w a . Aktywność katalazowa badanych gleb była nieco wyższa przy mniejszej wilgotności. Wielkość tej aktyw

-T a b e l a 7 A k t y w n o ś ć k a t a l a z o w a b a d a n y c h g l e b w z a l e ż n o ś c i o d s k ł a d u p r z e p ł y w a j ą c y c h g a z ó w , w i l g o t n o ś c i i i l o ś c i d o d a n y c h m e t a l i c i ę ż k i c h C a t a l a s e a c t i v i t y o f s o i l s s t u d i e d d e p e n d i n g o n t h e c o m p o s i t i o n o f f l o w i n g g a s e s , m o i s t u r e l e v e l a n d a d d i t i o n o f h e a v y m o t a l s G l e b a S o i l D o d a t e к m e t a l i A d d i t i o n o f h e a ? y a e t a l s W i l g o t n o ś ć g l e b o d p o w i a d a j ą c a c i ś n i e n i u - S o i l m o i a t u r o l e v e l c o r r e s p o n d i n g t o t h e p r e s s u r e o f ś r e d n i e d l a o b u w i l g o t n o ś c i M e a n s f o r b o t h m o i s t u r e l e v e l s 1 0 0 h P a 1 0 0 0 h P a 21% 0 ? + +79% N2 21% 0 2 + +5% C 0 p + +7 4% N2 100% n2 5% C 0 ? + +9 5% N2 ś r e d n i e n e з л з 21% 0 . ,+ +79% IT2 21% 0 ? + +5% C 0 2+ +7 4% N2 100% * 2 5% C 0 ? + +95% N2 ś r e d n i e m e a n s j ; m o l I3fln0^ x g - ^ L e s s o w a L o e s s 0 I I I 2 , 2 5 0 2 , 2 7 0 2 , 3 3 0 2 , 2 9 0 2 , 3 1 0 2 , 4 2 0 2 , 4 0 0 2 , 4 1 3 2 , 4 9 3 1 , 3 2 5 0 , 6 2 0 1 , 3 3 3 2 , 0 6 5 1 , 9 0 3 2 , 1 5 9 2 , 4 9 3 2 , 5 6 0 3 , 2 6 0 2 , 4 2 6 2 , 5 6 6 2 , 5 0 6 2 , 5 6 3 3 , 1 2 7 2 , 7 2 7 1 , 7 1 3 1 , 6 4 0 1 , 4 6 3 2 , 1 7 5 2 , 7 2 5 2 , 4 8 9 2 , 3 4 3 2 , 0 6 4 2 , 2 8 8 ś r o d n l e m o a n 2 , 3 0 3 2 , 3 4 0 2 , 4 3 5 1 , 0 9 2 2 , 0 4 2 2 , 7 7 1 2 , 4 9 9 2 , 8 0 5 1 , 6 0 5 2 , 4 6 2 2 , 2 3 2 R ę d z i n a R e n d z i n a 0 I I I 2 , 2 3 0 2 , 4 3 0 2 , 3 5 6 2 , 4 3 6 1 , 9 6 0 1 , 9 5 3 2 , 110 1 , 6 6 0 1 , 9 7 6 1 , 5 7 3 1 , 8 5 6 1 , 3 7 3 2 , 0 3 7 1 , 9 7 6 1 , 9 1 4 2 , 0 6 3 2 , 2 7 7 2 , 2 0 0 2 , 4 4 3 2 , 3 2 0 1 , 9 0 6 2 , 0 5 3 1 , 7 5 0 1 , 5 6 6 1 , 6 6 3 2 , 5 4 3 2 , 3 4 6 2 , 0 5 5 2 , 2 2 2 2 , 0 0 4 2 , 1 4 2 1 , 9 7 0 2 , 0 1 9 ś r e d n i e m e a n 2 , 0 0 5 2 , 1 1 4 1 , 9 1 5 1 , 6 0 1 2 , 0 2 1 2 , 1 8 0 2 , 2 2 3 1 , 7 8 9 2 , 1 8 4 2 , 0 6 5 2 , 0 4 3 P i a s z c z y s t a S a n d 0 I I I 1 , 0 3 6 1 , 2 6 6 0 , 9 9 6 1 , 1 1 3 0 , 9 3 3 0 , 9 0 6 1 , 0 6 0 1 , 106 1 , 0 0 3 1 , 0 4 6 0 , 9 4 0 1 , 0 6 0 1 , 0 6 3 1 , 4 1 5 0 , 9 9 1 1 , 7 1 0 1 , 3 2 0 1 , 3 1 6 0 , 9 7 6 0 , 9 4 3 0 , 0 9 6 1 , 0 6 0 1 , 0 5 3 1, 1 6 0 1 , 0 6 0 0 , 9 6 0 0 , 9 0 0 1 , 2 0 1 1 , 0 6 9 1 , 0 6 8 1 , 0 5 2 1 , 1 7 1 1 , 0 0 4 ś r e d n i e m e a n 1 , 0 9 9 0 , 9 8 4 1 , 0 5 6 1 , 0 1 5 1 , 0 3 4 1 , 4 4 8 0 , 9 . 3 8 1 , 0 9 1 0 , 9 7 3 1 , 1 1 7 1 , 0 7 6 GO W p ły w m et a li cię żk ic h na en zy m y g le b o w e

36 R. Turski i in.

A n a liz i w a r i a n c j i u kan ych wyników

A n a ly s is o f V a ria n c e o f th<? t:=: o b ta in •ïd

Ź ró d ło z m ie n n o śc i i. 0 , 0

-V a r i a b i l i t y s o u rc e aktywno:;;'- d я r : y d r o n a o w •. -,k ty.vr:-»;;<* к -. Lal .” ov; .

a c t i v i t y iier.yd rop^nan* •.r L ! V : ty о Г Г ; t . 1 a f “ G le b y - A - S o i l - A 0 , 11 .'■,0 : D odatek m e t a li - В 0 ,1 1 ■' »f"' ' ’ A d d it io n o f m e ta l3 - В W ilg o tn o ś ć - С 0 ,0 7 o ,:v M o is tu re l e v e l - С S k ł a d p r z e p ły w a ją c y c h gazów - D 0 , 14 V ' C o a p o a it io n o f flo w in g g a se3 - D AB 0 ,2 6 0 , 1 ° AC 0 ,1 9 not fourni AD 0 ,3 2 (.'■, ? • EC 0 ,1 9 - , 14 ЕЕ 0 ,3 2 o ,:' CD O ,;’ 4 0 , 1 ? ABC 0 ,4 1 0 ,3 0 A5D Q , ‘j3 n ot fourvi ACD o,4H 0 , 3 5 j BCD 0 , 43 0 , 3 5 A3CD o , .'4 0 ,-o 1

Dawki metali-Doses of metals

Rye. 1. Zawartość rozpuszczalnych form Zn, N i i Pb oraz aktyw ność dehydrogena- zowa D i katalizow a К po 21 dniach inkubacji w glebie piaszczystej przy pełnym

jej nasyceniu wodą

O — bez dodatku m etali, I — pojedyncza dawka, II — 5-krotnie w iększa dawka

Content o f soluble forms of Zn, N i and Pb and th e dehydrogenase D and catalase К activity after 21 days of incubation in sandy /soil a t its fu ll saturation w ith w ater

Wpływ metali ciężkich na enzymy glebowe ₃₇

Ryc. 2. Zawartość rozpuszczalnych form Zn, N i i Pb oraz aktyw ność dehydrogena- zowa D i katalazow a К po 21 dniach inkubacji w glebie lessow ej przy pełnym

jej nasyceniu wodą

O — bez dodatku m etali, I — pojedyncza dawka, II — 5-krotnie większa dawka

Content of soluble form s of ZN, N i and Pb and the dehydrogenase D and catalase

К activity after 21 days of incubation in loess soil at its fu ll saturation w ith w ater

O — no addition of h eavy metals, I — single dose, II — fivefold dose

Dawki metali-Doses of meta/s

Ryc. 3. Zawartość rozpuszczalnych form Zn, N i i Pb oraz aktyw ność dehydrogena- zowa D i katalazow a К po 21 dniach inkubacji w rędzinie przy pełnym jej n asy­

ceniu w odą

O — bez dodatku m etali, I — pojedyncza daw ka, II — 5-krotnie większa dawka

Content of soluble forms of ZN, N i and Pb and the dehydrogenase D and catalase К activity after 21 days of incubation in rendzina soil at its fu ll saturation w ith

water,

38 R. Turski i in.

ności była 2-krotnie mniejsza w glebie piaszczystej w porów naniu z ak­ tywnością w glebie lessowej czy rędzinie.

Skład przepływ ających gazów nie w płynął jedonoznacznie na aktyw ­ ność katalazową w badanych glebach (tab. 7). Największe zmiany aktyw ­ ności katalazowej notowano w glebie lessowej, gdzie istotne ponad 2-krot- ne jej obniżenie w ystąpiło w kombinacji z przepływem mieszaniny 95% N2 + 5 % C 0 2 przy obu poziomach wilgotności (100 hPa i 1000 hPa), w porów naniu z kombinacją, w której mieszanina gazów zaw ierała 2 Г % 0 2. W rędzinie istotne obniżenie aktywności katalazowej w ystąpiło zarówno pod wpływem mieszaniny 95% N2 + 5 % C 0 2, jak i w atmosferze beztlenowej (100% N2) przy obu poziomach wilgotności.

W glebie piaszczystej obecność 5% C 0 2 w atmosferze zaw ierającej 21% 0 2 wywołała istotne obniżenie aktywności katalazowej przy m niej­ szej wilgotności (1000 hPa), podobnie jak inkubacja w atmosferze 100% N2 i 95% N2 + 5% C 0 2.

Zm iany aktywności katalazowej, wywołane dodatkiem m etali ciężkich, były znacznie mniejsze niż aktywności dehydrogenazowej. We w szyst­ kich glebach inkubow anych w stanie pełnego wysycenia wodą stw ier­ dzono lekki wzrost aktywności katalazowej przy pierw szym wzbogace­ n iu i w yraźny spadek przy dawce 5-krotnie większej. Podobną zależność stwierdzono w rędzinie inkubow anej w atmosferze 2 1 % 0 2 + 79% N 2 przy obu poziomach wilgotności (100 i 1000 hPa), jak również w glebie piaszczystej w kombinacji 2 1 % 0 2 + 79% N 2 przy sile ssącej 100 hPa.

PODSUMOWANIE

Zawartość badanych m etali ciężkich w próbkach gleb wyjściowych była zróżnicowana (tab. 1). Największe ich ilości znaleziono w glebie lessowej i dodatek do tej gleby Pb, wynoszący 10% wartości wyjścio­ wej, nie spowodował w niej w yraźnych zmian aktywności badanych en­ zymów.

Największą zwartością Zn odznaczała się rędzina. Całkowita zaw ar­ tość tego pierw iastka była 2-krotnie większa niż w glebie lessowej i 30-krotnie większa niż w glebie piaszczystej (tab. 2). Cynk w rędzinie znajdował się w form ach trudno rozpuszczalnych i w ekstrakcie octo­ wym jego ilość była zbliżona, a naw et mniejsza niż oznaczona w takich samych w arunkach inkubacji w glebie lessowej.

Natom iast w glebie piaszczystej zarówno dodane Zn, jak i Pb łatwo przechodziły w form y rozpuszczalne, osiągając przy pełnym nasyceniu wodą, po 21 dniach inkubacji, ilości zbliżone do dodanych. Z tego też powodu najw yraźniejsze zm iany aktywności wywołane dodatkiem m etali ciężkich w ystąpiły w glebie piaszczystej. P rzy m ałych stężeniach Zn i Pb następow ał szybki w zrost aktywności dehydrogenazowej i katalazowej.

Wpływ metali ciężkich na enzymy glebo wei 39

Po przekroczeniu jednak 25 mg Zn kg-1 gleby i 0,2 mg Pb kg-1 aktyw ­ ność katalazowa i dehydrogenazowa gwałtownie m alała (rye. 1). Ten ko­ rzystny efekt w zrostu aktywności enzym atycznej przy małych dawkach m etali ciężkich może być uzasadniony niedoborem tych m etali jako skład­ ników pokarmowych. Przekroczenie jednak określonego poziomu stanowi­ ło czynnik ham ujący aktywność badanych enzymów.

Ryc. 4. Zm iany aktyw ności dehydrogenazo w e j D i katalazowej К w zależności od ilości rozpuszczalnych form Zn i Pb w glebie piaszczystej

Changes of the dehydrogenase D and catalase К activity depending on the amount of soluble forms of Zn and Pb in sandy soil

Przeprowadzone badania wskazują więc, że te same dawki m etali ciężkich wprowadzone do różnych gleb w postaci trudno rozpuszczalnych związków (tlenki) są w nich w różnym stopniu rozpuszczalne. W tych samych w arunkach natlenienia i tej samej wilgotności wprowadzone tlenki m etali w sposób różnorodny oddziałują na aktywność enzym atycz­ ną gleb.

Uzyskane w yniki są zgodne ze stanowiskiem Doelmana i w spółauto­ rów [2, 3], że w glebach o niskiej pojemności kationowymiennej zazna­ czają się najw yraźniej zmiany aktywności dehydrogenazowej po dodaniu do nich Pb. Dawki jednak Pb, stosowane przez wymienionych autorów, były ponad 20-krotnie większe (375 jug Pb g "1 gleby) a więc zdecydowa­ nie powyżej granicy toksyczności. Stąd też w ynikał stały spadek aktyw ­ ności enzym atycznej.

40 H. Turski i in.

WNIOSKI

Stwierdzono, że aktywność enzym atyczna trzech gleb była zależna od ich cech rodzajowych i od zawartości form rozpuszczalnych Zn, Pb i Ni, regulow anych stopniem natlenienia i wilgotności gleby.

1. W w arunkach przeprowadzonych doświadczeń największe w arto­ ści aktywności dehydrogenazowej stwierdzono w glebie piaszczystej, mniejsze w rędzinie i najm niejsze w glebie lessowej. Nasilenie aktyw ­ ności katalazowej układało się na ogół w odwrotnej kolejności: było n a j­ mniejsze w glebie piaszczystej, a największe w glebie lessowej.

2. Zawartość rozpuszczalnych form Zn, Pb i Ni w zrastała w glebach wraz ze w zrostem ich wilgotności i była najwyższa w kombinacjach bez­ tlenowych.

3. Badane tlenki m etali ciężkich najłatw iej przechodziły w form y rozpuszczalne w glebie piaszczystej, cynk — w glebie lessowej, a ołów — w rędzinie.

4. Aktywność dehydrogenazowa i katalazowa w glebie piaszczystej w zrastała przy m ałych stężeniach rozpuszczalnych form Zn i Pb, nato­ m iast po przekroczeniu 25 mg Zn kg“1 gleby i 0,2 mg Pb kg "1 gleby gwałtownie malała. Natom iast w rędzinie i w glebie lessowej zależności nie były tak wyraźne.

5. Aktywność dehydrogenazowa i katalazowa jest zależna głównie od rozpuszczalności w glebie dodanych do niej związków Pb i Zn, a w m niej­ szym stopniu od Ni.

LITERATURA

[1] D o e l m a n P., H a a n s t r a L.: Effect of lead on soil respiration and hedyhro- genase activity. Soil Biol. Biochem. 11, 1980, 475-479.

[2] D o e l m a n P., H a a n s t r a L.: Effects of lead an the decom position of organic m atter. Soil Biol. Bdochem. 11, 1980, 481-485.

l[3] D o e l m a n P., H a a n s t r a L.: E ffects o f lead an the soil bacterial m icro­ flora. Soil Biol. Biochem. 11, 1980, 478-491.

[4] F i s 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 analytische B es­ tim m ung der D ehydrogenaseaktivität in U nterwasserböden. Zeitschrift für Pflanzenernährung und Bodenkunde 142, 179, 124-127.

[5] J o h n s o n J.I., T e m p l e K.L.: Some variables affecting the m easurem ent of catalase activity in soil. Soil Sei. Soc. Am. Proc. 28, 1964, 207-216. [6] K a b a t a - P e n d i a s A. i in.: Oznaczanie zawartości pierw iastków śladowych

oraz siarki w glebach i roślinach. IUNG Puławy, 1978.

[7] R o s s D.J.: Some factors influencing the estim ation of dehdyrogenase acti­ vities of some soils under pasture. Soil Biol. Bioahem. 3, 1971, 97-110.

i[8) S p a l d i n g B.P.: E ffect of divalent m etal chlorides on respiration and

extractable enzym atic activities of D ouglas-iv needle litter. J. Lnvironm etal Quality 81, 1978, 105-109.

Wpływ metali ciężkich na enzymy glebowe ₄₁

[9] T r o j a n o w s k i J.: Przemiiany substancji organicznej w glebie. PWRiL

W arszawa 1973.

[10] W ó j c i k o w s k a - K a p u s t a A.: Zm iany rozpuszczalności Zn, Ni i Pb w g le ­ bach o zróżnicowanym natlenieniu i w ilgotności. Maszynopis, 1983.

W pły nęło do Re dakcj i 8.VI.1982

Р. ТУРСКИ, 3. СТЕМПНЕВСКИ, А. ВУЙЦИКОВСКА-КАПУСТА, А. КАСЯК ВЛИЯНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА АКТИВНОСТЬ ДЕГИДРОГЕНАЗЫ И КАТАЛАЗЫ В ПОЧВАХ Кафедра почвоведения и агрохимии Сельскохозяйственной академии в Люблине, Институт геофизик ПАН в Люблине Р езю м е Исследовали влияние прибавки тяжелых металлов (Zn, Pb, Ni) на активность дегидро­ геназы и каталазы в трех разных почвах в условиях установленной влажности отвечающей сосущему давлению 100 и 1000 гПа при ведении инкубации в атмосфере содержащей 21 % 0 2, 2 1 % 0 2+ 5 % С 0 2, 100 % N2, 95% N 2 + 5% C 02, а также в состоянии полной насыщенностих почв водой. В инкубированные почвы вносили тяжелые металлы (ZnO, РЬ02, NiO) в доза 12,5, 3,8 и 6,3 мг/кг почвы (I-ое обогащение) и в пятикратно высших дозах (Il-ое обога­ щение). Установлено, что энзиматическая активность исследуемых почв была обусловлена их видовыми признаками и содержанием растворимых форм Zn, Pb и Ni, регулируемых состоянием окисления и влажности почвы.

R. TURSKI, Z. STĘPNIEWSKI, A. WÓJCIKOWSKA-KAPUSTA, A. К ASI AK

INFLUENCE OF HEAVY METALS ON THE DEHYDROGENASE AND CATALASE ACTIVITY IN SOILS

Departm ent of Soil Science and Agricultural Chemisty, Agricultural U niversity of Lublin

Departm ent of Agrophysics, Polish A cadem y of Siences, Lublin S u m m a r y

The influence of addition of heavy m etals (Zn, Pb, Ni) on the dehydrogenase and catalase a ctivity in three different soils under conditions of an established

m oisture level corresponding to the sucking presssure o f 100 and 1000 hPa was

studied w hile performing incubation in the atmosphere containing 21°/o 0 2,

21°/o 0 2 + 50/o C 0 2, 10 0 °/oN2, 95% N2 + 5°/o C 0 2 and in the state o f a full saturation of

soils w ith water. H eavy m etals (ZnO, P b 0 2, NiO) were broguht into the incubated

42 R. Turski i in.

fivefold higher am ounts (Ilnd enrichment). It has been found that the enzym atic activity of the soils under study 'depends of their species properties aiid on the content of soluble form of Zn, Pb and Ni, controlled by the oxidation and m oisture level of soil.

Prof. dr hab. Ryszard Turski In st ytu t Gleboznaw stw a i Chemii Rolnej AR Lublin, Leszczyńskiego 7