Zware metalen onderdrukken de enzymactiviteit in de bodem drie tot 3,5 keer en hebben een bijzonder prominent effect op de enzymen die de koolstof- en zwavelcirculatie ondersteunen. volgens een bodemkundige van RUDN, samen met zijn collega's uit Chili, Duitsland, het VK en Venezuela. De gegevens die het team verkrijgt, kunnen leiden tot efficiënter gebruik en bemesting van landbouwgronden. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in Wetenschap van de totale omgeving .

Bodemenzymen bevorderen chemische reacties in bodems, reguleren cellulair metabolisme van bodemorganismen, deelnemen aan de afbraak van organisch materiaal en aan de vorming van humus. De kwaliteit en vruchtbaarheid van de bodem hangen in grote mate af van de activiteit van bodemenzymen. Zware metalen, zoals lood, zink, cadmium, koper, en arseen, verminderen de katalytische vermogens van enzymen, dus interfereren met de circulatie van chemische elementen.

Yakov Kuzyakov en zijn internationale medewerkers analyseerden 46 onderzoeken naar het effect van zware metalen op bodemenzymen. De auteurs kozen zes enzymen en groepeerden ze op basis van de chemische elementen die ze aantasten. Bijvoorbeeld, arylsulfatase is een enzym dat reacties tussen water en zwavelhoudende zuren bevordert. Daarom, het wordt geassocieerd met de biogeochemische cyclus van zwavel. evenzo, andere enzymen spelen hun rol in de koolstofkringlopen, stikstof of fosfor.

Het team vergeleek de activiteit van enzymen in gezonde bodems en die verontreinigd met zware metalen. Intracellulaire enzymen (d.w.z. die gevonden in de cellen van plantenwortels en microben) geassocieerd met koolstof- en zwavelcycli bleken het meest gevoelig voor besmetting. Dit kan te wijten zijn aan het feit dat extracellulaire enzymen zich binden met klei en organisch materiaal, waardoor ze stabieler worden.

"Extracellulaire enzymen zijn resistenter vanwege het organo-minerale complex dat ze stabiliseert in de bodemomgeving en dat intracellulaire enzymen ontbreken. Enzymen die deelnemen aan de stikstof- en fosforcirculatie vertoonden gemiddelde tot lage activiteitsreductieniveaus omdat ze voornamelijk extracellulair zijn, " zei Jakov Koezjakov, een doctoraat in de biologie, het hoofd van het Centrum voor Wiskundige Modellering en Ontwerp van Duurzame Ecosystemen bij RUDN.

Arylsulfatase en dehydrogenase, twee enzymen die verantwoordelijk zijn voor de gasuitwisseling, glycolyse en fermentatie, bleken het meest gevoelig. In bodems die verontreinigd zijn met zware metalen, hun activiteit verminderde met respectievelijk 64% en 72%, d.w.z. met drie tot 3,5 keer. Sommige enzymen, zoals bèta-glucosidase en catalase, verminderde activiteit vertoonden, zelfs wanneer de concentratie van zware metalen in de bodem zeer laag was (tot 200 mg per 1 kg). In tegenstelling tot die, urease, een enzym dat een rol speelt bij de stikstofcirculatie, is minder gevoelig voor de concentratie van zware metalen:de activiteit vermindert met 10% bij lage verontreinigingsniveaus en tot 70% bij extreem hoge verontreinigingswaarden. Opmerkelijk, de activiteit van zure fosfatasen neemt toe in aanwezigheid van kleine hoeveelheden cadmium en koper in kleine hoeveelheden.

"Onze studie leidt tot een beter begrip van de processen die ervoor zorgen dat bodemsystemen degraderen onder invloed van verontreiniging met zware metalen. De verkregen resultaten kunnen helpen bij het ontwikkelen van nieuwe methoden voor het herstellen van verontreinigde bodems, " voegde Yakov Koezjakov eraan toe.