Changes in Enzyme Activity in Post-Pyrogenic Soils (Physical Model Experiment)

V. D. Prikhodko; Приходько В. Д.; K. S. Kazeev; Казеев К. Ш.; V. V. Vilkova; Вилкова В. В.; M. S. Nizhelskiy; Нижельский М. С.; S. I. Kolesnikov; Колесников С. И.

doi:10.31857/S0032180X22600743

Изменение активности ферментов в постпирогенных почвах (физический модельный эксперимент)

Авторы: Приходько В.Д.¹, Казеев К.Ш.¹, Вилкова В.В.¹, Нижельский М.С.¹, Колесников С.И.¹
Учреждения:
1. Южный федеральный университет
Выпуск: № 1 (2023)
Страницы: 118-128
Раздел: ДЕГРАДАЦИЯ, ВОССТАНОВЛЕНИЕ И ОХРАНА ПОЧВ
URL: https://journals.rcsi.science/0032-180X/article/view/137830
DOI: https://doi.org/10.31857/S0032180X22600743
EDN: https://elibrary.ru/JKAGRD
ID: 137830

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Представлены данные по изменению ферментативной активности почв при пирогенном воздействии в модельных экспериментах, имитирующих природные пожары. В лабораторных и естественных условиях выполнена серия опытов, направленных на изучение пирогенного ингибирования активности ферментов и динамики их восстановления в постпирогенных почвах. Объектами исследования явились песчаная почва (серопески, Arenosol) и чернозем миграционно-сегрегационный (Haplic Chernozem (Loamic, Pachic)) Ростовской области. Модельные опыты выполнены путем обработки почвенных образцов пламенем газовой горелки (количество теплоты 87–435 × 10³ Дж) и пирогенного воздействия при горении древесного топлива (10–279 × 10⁶ Дж). В первом случае продолжительность воздействия составила от 1 до 5, во втором – от 1 до 120 мин. Выявлен отклик ферментов (каталазы, инвертазы, уреазы, пероксидазы и фосфатазы) на воздействие низкотемпературной плазмы (1–120 мин), который отличался в зависимости от группы фермента и степени воздействия. Установлено, что глубина проникновения термического воздействия при имитации пожаров ограничивается верхним слоем почвы (0–10 см), а радиус распространения относительно источника горения не превышает 20 см. Температурные значения варьировали в зависимости от времени, источника воздействия и количества топлива (400–600°C). Песчаные почвы и чернозем нагревались и остывали с разной скоростью. Выявлена обратная зависимость активности каталазы, инвертазы и уреазы от интенсивности воздействия пирогенного фактора. Прослежена динамика восстановления активности ферментов в постпирогенных почвах. Активность инвертазы восстанавливается быстрее, чем активность каталазы и уреазы, но полного восстановления спустя год не происходит. Полученные результаты свидетельствуют о значительно пролонгированном эффекте ингибирования ферментативной активности при имитации природных пожаров.

Ключевые слова

пожары, пал, биологические индикаторы, ферментативная активность

Список литературы

Азаренко (Мясникова) М.А., Казеев К.Ш., Ермолаева О.Ю., Колесников С.И. Изменение растительного покрова и биологических свойств черноземов в постагрогенный период // Почвоведение. 2020. № 11. С. 1412–1422.
Анилова Л.В., Шорина Т.С., Пятина Е.В. К вопросу о влиянии пирогенного фактора на растительный покров степей Оренбургского Предуралья // Вестник Оренбургского гос. ун-та. 2011. № 12(131). С. 19–20.
Ветрова А.А., Трофимов С.Я., Кинжаев Р.Р., Аветов Н.А., Арзамазова А.В., Пунтус И.Ф., Сазонова О.И., Соколов С.Л., Стрелецкий Р.А., Петриков К.В., Делеган Я.А., Самойленко В.А., Филонов А.Е. Разработка микробного консорциума для биоремедиации нефтезагрязненных почв Среднего Приобья // Почвоведение. 2022. № 5. С. 642–654. https://doi.org/10.31857/S0032180X22050100094
Вилкова В.В., Казеев К.Ш., Шхапацев А.К., Колесников С.И. Реакция ферментативной активности почв ксерофитных лесов черноморского побережья Кавказа на пирогенное воздействие // Аридные экосистемы. 2022. Т. 28. № 1(90). С. 107–114.
Габбасова И.М., Гарипов Т.Т., Комиссаров М.А., Сулейманов Р.Р., Суюндуков Я.Т., Хасанова Р.Ф., Назырова Ф.И. Влияние пожаров на свойства степных почв Зауралья // Почвоведение. 2019. № 12. С. 1513–1523.
Гродницкая И.Д., Карпенко Л.В., Пашкеева О.Э., Гончарова Н.Н., Старцев В.В., Батурина О.А., Дымов А.А. Влияние лесных пожаров на микробиологические свойства торфяных олиготрофных почв и торфяно-подзолов глеевых в болотах северной части Сым-Дубчесского междуречья (Красноярский край) // Почвоведение. 2022. № 4. С. 454–468. https://doi.org/10.31857/S0032180X22040098
Даденко Е.В., Мясникова М.А., Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Биологическая активность чернозема обыкновенного при длительном использовании под пашню // Почвоведение. 2014. № 6. С. 724–733.
Дубровина И.А. Влияние биоугля на агрохимические показатели и ферментативную активность почв средней тайги Карелии // Почвоведение. 2021. № 12. С. 1523–1534. https://doi.org/10.31857/S0032180X21120054
Дымов А.А., Старцев В.В., Горбач Н.М., Паюсова И.В., Габов Д.Н., Доннерхак О. Сравнение методов определения соединений углерода пирогенно измененных органических соединений // Почвоведение. 2021. № 12. С. 1332–1345.
Дымов А.А., Старцев В.В., Зуева О.М. Углерод водорастворимых соединений в лесных почвах и его постпирогенная динамика (на примере республики Коми) // Лесоведение. 2018. № 5. С. 359–371.
Захаров В.Л. Наиболее распространенные организмы-биоиндикаторы плодородия почв Севера ЦЧР // Агропромышленные технологии Центральной России. 2021. № 2(20). С. 25–46.
Казеев К.Ш., Колесников С.И., Акименко Ю.В., Даденко Е.В. Методы биодиагностики наземных экосистем. Ростов-на-Дону: Изд-во Южного федерального ун-та, 2016. 356 с.
Казеев К.Ш., Одабашян М.Ю., Трушков А.В., Колесников С.И. Оценка влияния разных факторов пирогенного воздействия на биологические свойства чернозема // Почвоведение. 2020. № 11. С. 1372–1382.
Казеев К.Ш., Трушков А.В., Одабашян М.Ю., Колесников С.И. Постагрогенное изменение ферментативной активности и содержания органического углерода чернозема в первые 3 года залежного режима // Почвоведение. 2020. № 7. С. 901–910.
Нижельский М.С., Казеев К.Ш., Вилкова В.В., Колесников С.И. Ингибирование ферментативной активности чернозема обыкновенного газообразными продуктами горения растительных материалов // Почвоведение. 2022. № 6. С. 728–736. https://doi.org/10.31857/S0032180X22060090
Нижельский М.С., Казеев К.Ш., Шхапацев А.К., Колесников С.И. Использование активности ферментов для диагностики последствий фумигации дымом почв [Электрон. ресурс] // АгроЭкоИнфо: Электронный научно-производственный журн. 2021. № 4. Режим доступа: http://agroecoinfo.ru/STATYI/2021/4/st_426.pdf. https://doi.org/10.51419/20214426
Никитин Д.А., Семенов М.В., Чернов Т.И., Ксенофонтова Н.А., Железова А.Д., Иванова Е.А., Хитров Н.Б., Степанов А.Л. Микробиологические индикаторы экологических функций почв (обзор) // Почвоведение. 2022. № 2. С. 228–243. https://doi.org/10.31857/S0032180X22020095
Старцев В.В., Дымов А.А., Прокушкин А.С. Почвы постпирогенных лиственничников Средней Сибири: морфология, физико–химические свойства и особенности почвенного органического вещества // Почвоведение. 2017. № 8. С. 912–925. https://doi.org/10.7868/S0032180X17080111
Терехова В.А. Биотестирование экотоксичности почв при химическом загрязнении: современные подходы к интеграции для оценки экологического состояния (обзор) // Почвоведение. 2022. № 5. С. 586–599. https://doi.org/10.31857/S0032180X22050094
Шабанов В.В., Солошенков А.Д. Количественные методы оценки плодородия для целей точного мелиоративного регулирования // Природообустройство. 2020. № 4. С. 13–22.
Шурыгин С.Г. Влияние пожаров на водный режим осушенных минеральных почв // Актуальные проблемы лесного комплекса. 2019. № 54. С. 79–83.
Alcaniz M., Outeiro L., Francos M., Farguell J., Ubeda X. Long-term dynamics of soil chemical properties after a prescribed fire in a Mediterranean forest (Montgri Massif, Catalonia, Spain) // Science of the total environment. 2016. V. 572. P. 1329–1335.
Certini G., Moya D., Lucas-Borja M.E., Mastrolonardo G. The impact of fire on soil–dwelling biota: A review // Forest Ecology and Management. 2021. V. 488. P. 118989.
Chen Y., Wei T., Sha G., Zhu Q., Liu Z., Ren K., Yang C. Soil enzyme activities of typical plant communities after vegetation restoration on the Loess Plateau, China // Appli-ed Soil Ecology. 2022. V. 170. P. 104292.
Chodak M., Sroka K., Wos B., Pietrzykowski M. Chemical and microbial properties of post-mining and post-fire soils afforested with different tree species // Applied Soil Ecology. 2022. V. 171. P. 104321.
Fernandez-Garcia V., Miesel J., Baeza M.J., Marcos E., Calvo L. Wildfire effects on soil properties in fire–prone pine ecosystems: Indicators of burn severity legacy over the medium term after fire // Applied Soil Ecology. 2019. V. 135. P. 147–156.
Gonzalez-Perez J.A., Gonzalez-Vila F.J., Almendros G., Knicker H. The effect of fire on soil organic matter – a review // Environment international. 2004. V. 30. № 6. P. 855–870.
Humphreys F.R., Craig F.G. Effects of fire on soil chemical, structural and hydrological patterns // Conference on Fire and the Australian Biota. Canberra (Australia), 9 Oct 1978. Australian Academy of Science, 1981.
Kolesnikov S., Timoshenko A., Minnikova T., Tsepina N., Kazeev K., Akimenko Y., Zhadobin A., Shuvaeva V., Rajput V.D., Mandzhieva S. Sushkova S., Minkina T., Dudnikova T., Mazarji M., Zhadobin A., Alamri S., Siddiqui M.H., Singh R.K. Impact of Metal-Based Nanoparticles on Cambisol Microbial Functionality, Enzyme Activity, and Plant Growth // Plants. 2021. V. 10. P. 2080. https://doi.org/10.3390/plants10102080
Koster K. Aaltonen H., Berninger F., Heinonsalo J., Koster E., Ribeiro-Kumara C. Impacts of wildfire on soil microbiome in Boreal environments // Current Opinion in Environmental Science & Health. 2021. V. 22. P. 100258.
Lombao A., Barreiro A., Carballas T., Fonturbel M.T., Martin A., Vega J.A., Diaz-Ravina M. Changes in soil properties after a wildfire in Fragas do Eume Natural Park (Galicia, NW Spain) // Catena. 2015. V. 135. P. 409–418.
Mallik A., Gimingham C., Rahman A. Ecological effects of heather burning: I. water infiltration, moisture retention and porosity of surface soil // J. Ecol. 1984. P. 767–776.
Moya D., Gonzalez-De Vega S., García-Orenes F., Morug an-Coronado A., Arcenegui V., Mataix-Solera J., Lucas-Borja M.E., de las Heras J. Temporal characterisation of soil-plant natural recovery related to fire severity in burned Pinus halepensis Mill. // Forests. Sci. Total Environ. 2018. V. 636. P. 737–750.
Nichols L., Shinneman D.J., McIlroy S.K., de Graaff M.A. Fire frequency impacts soil properties and processes in sagebrush steppe ecosystems of the Columbia Basin // Applied Soil Ecology. 2021. V. 165. P. 103967.
Semenenko S.Y., Morozova N.V., Marchenko S.S. Studies of the Effects of Pyrogenic Exposure on the Enzymatic Activity of Chestnut and Chernozem Soils // Ari-d Ecosystems. 2020. V. 10. № 4. P. 384–389.
Singh A.K., Kushwaha M., Rai A., Singh N. Changes in soil microbial response across year following a wildfire in tropical dry forest // Forest Ecology and Management. 2017. V. 391. P. 458–468.
Stoof C.R., Wesseling J.G., Ritsema C.J. Effects of fire and ash on soil water retention // Geoderma. 2010. V. 159. № 3–4. P. 276–285.
Ulery A.L., Graham R.C. Forest fire effects on soil color and texture // Soil Sci. Soc. Am. J. 1993. V. 57. P. 135–140.
Zhang M., Wang W., Tang L., Heenan M., Wang D., Xu Z. Impacts of prescribed burning on urban forest soil: Minor changes in net greenhouse gas emissions despite evident alterations of microbial community structures // Applied Soil Ecology. 2021. V. 158. P. 103780.