Екологічні аспекти використання ґрунтових ферментів як індикаторів антропогенного забруднення ґрунтів
Анотація
У сучасній епосі, коли спостерігається швидке зростання промислових секторів та урбанізація, аналіз впливу людської діяльності на активність ґрунтових ферментів набуває особливого значення. У межах цього дослідження було встановлено мету – провести оцінку впливу антропогенного забруднення на активність ферментів у ґрунті. Для досягнення поставленої мети проведено дослідження рівня активності ферментів у ґрунті у місті Кара-Балта Чуйської області Киргизької Республіки, який вимірювався за допомогою біохімічних аналізів та спеціальних ферментативних тестів. Результати досліджень показали значне розмаїття активності каталази в різних ґрунтових зразках. Деякі зразки виявляють високу активність, тоді як інші низьку. Ці відмінності можуть бути пов’язані з окислювальним стресом та здатністю ґрунтових мікроорганізмів до розкладання пероксиду водню. Аналіз уреази показав найвищу активність у ґрунтових зразках через 2 години, особливо на межі захисного бар’єру хвостосховища, вказуючи на інтенсивні хімічні реакції, особливо поблизу джерел забруднення. Дослідження також виявили різноманітність активності протеази в ґрунтовій екосистемі, де зразки з високою активністю можуть ефективніше розкладати білки порівняно зі зразками з низькою активністю. Для досягнення екологічної стійкості ґрунтових ресурсів необхідно розробити стратегію управління, включаючи моніторинг та відновлення пріоритетних ділянок з урахуванням місцевих особливостей, підтримувати біорізноманіття, застосовувати стійкі методи сільського господарства та боротися із ґрунтовою ерозією. Важливими кроками також є утворення спільноти щодо важливості ґрунтових ресурсів, фінансування досліджень, а також співпраця з місцевими органами влади, науковцями та бізнес-спільнотою. Результати дослідження можуть бути використаними при розробці стратегій запобігання негативним наслідкам забруднення ґрунтів, сприяючи покращенню екологічної стійкості, особливо для державних структур з охорони навколишнього середовища
Ключові слова
каталаза; уреаза; протеаза; екосистема; екологічна стійкість; сталий розвиток
[1] Bartkowiak, A., Lemanowicz, J., & Lamparski, R. (2020). Assessment of selected heavy metals and enzyme activity in soils within the zone of influence of various tree species. Scientific Reports, 10, article number 14077. doi: 10.1038/s41598-020-69545-3.
[2] Cui, Y., Wang, X., & Wang, X. (2021). Evaluation methods of heavy metal pollution in soils based on enzyme activities: A review. Soil Ecology Letters, 3, 169-177. doi: 10.1007/s42832-021-0096-0.
[3] Cui, Y.X., Bing, H.J., Fang, L.C., Jiang, M., Shen, G.T., Yu, J.L., Wang, X., Zhu, H., Wu, Y.H., & Zhang, X.C. (2019). Extracellular enzyme stoichiometry reveals the carbon and phosphorus limitations of microbial metabolisms in the rhizosphere and bulk soils in alpine ecosystems. Plant and Soil, 458, 7-20. doi: 10.1007/s11104-019-04159-x.
[4] Doolotkeldieva, T., Bobusheva, S., & Konurbaeva, M. (2021). The improving conditions for the aerobic bacteria performing the degradation of obsolete pesticides in polluted soils. Air, Soil and Water Research, 14(1). doi: 10.1177/1178622120982590.
[5] Doolotkeldieva, T., Konurbaeva, M., & Bobusheva, S. (2018). Microbial communities in pesticide-contaminated soils in Kyrgyzstan and bioremediation possibilities. Environmental Science and Pollution Research, 25, 3184831862. doi: 10.1007/s11356-017-0048-5.
[6] Keller, T., Lamandé, M., Naderi-Boldaji, M., & de Lima, R.P. (2021). Soil compaction due to agricultural field traffic: An overview of current knowledge and techniques for compaction quantification and mapping. In Advances in Understanding Soil Degradation (pp. 287-312). Cham: Springer. doi: 10.1007/978-3-030-85682-3_13.
[7] Koković, N., Saljnikov, E., Eulenstein, F., Čakmak, D., Buntić, A., Sikirić, B., & Ugrenović, V. (2021). Changes in soil labile organic matter as affected by 50 years of fertilization with increasing amounts of nitrogen. Agronomy, 11(10), article number 2026. doi: 10.3390/agronomy11102026.
[8] Lee, S.H., Kim, M.S., Kim, J.G., & Kim, S.O. (2020). Use of soil enzymes as indicators for contaminated soil monitoring and sustainable management. Sustainability, 12(19), article number 8209. doi: 10.3390/su12198209.
[9] Maini, A., Sharma, V., & Sharma, S. (2020). Assessment of soil carbon and biochemical indicators of soil quality under rainfed land use systems in North Eastern region of Punjab, India. Carbon Management, 11(2), 169-182. doi: 10.1080/17583004.2020.1721976.
[10] Maphuhla, N.G., Lewu, F.B., & Oyedeji, O.O. (2020). The effects of physicochemical parameters on analysed soil enzyme activity from alice landfill site. International Journal of Environmental Research and Public Health, 18(1), article number 221. doi: 10.3390/ijerph18010221.
[11] Masikevych, A., Masikevych, Y., Malovanyу, M.S., & Blyzniuk, M. (2022). Microbiological pollution of soils and surface waters of the Pokuttia-Bukovyna Carpathians. Journal of Water and Land Development, 55(10-12), 91-96. doi: 10.24425/jwld.2022.142309.
[12] Michan, C., Blasco, J., & Alhama, J. (2021). High-throughput molecular analyses of microbiomes as a tool to monitor the wellbeing of aquatic environments. Microbial Biotechnology, 14(3), 870-885. doi: 10.1111/17517915.13763.
[13] Nazarkulova, S., Burkitbayev, M., Nursapina, N., & Mokhodoeva, O. (2019). Species of uranium of the Kamyshanovskoe deposit (Kyrgyzstan). International Journal of Biology and Chemistry, 12(2), 116-121.doi: 10.26577/ijbch-2019-i2-15.
[14] Nunes, R., de Bem Oliveira, I., de Araújo Dias, P., Bidinotto, A.B., & de Campos Telles, M P. (2021). BarcodingGO: A problem-based approach to teach concepts related to environmental-DNA and bioinformatics. Biochemistry and Molecular Biology Education, 49(2), 210-215. doi: 10.1002/bmb.21424.
[15] Ochoa-Hueso, R., Delgado-Baquerizo, M., Risch, A.C., Schrama, M., Morriën, E., & Barmentlo, S.H. (2021). Ecosystem coupling: A unifying framework to understand the functioning and recovery of ecosystems. One Earth, 4, 951-966. doi: 10.1016/j.oneear.2021.06.011.
[16] Raffa, C.M., & Chiampo, F. (2021). Bioremediation of agricultural soils polluted with pesticides: A review. Bioengineering (Basel), 8(7), article number 92. doi: 10.3390/bioengineering8070092.
[17] Severinenko, M.A., Solodukhin, V.P., Djenbaev, B.M., Lennik, S.G., Zholboldiev, B.T., & Snow, D.D. (2023). Occurrence of radionuclides and hazardous elements in the transboundary river basin Kyrgyzstan-Kazakhstan. Water, 15(9), article number 1759. doi: 10.3390/w15091759.
[18] Tepe, Y., Şimşek, A., Ustaoğlu, F., & Taş, B. (2022). Spatial-temporal distribution and pollution indices of heavy metals in the Turnasuyu Stream sediment, Turkey. Environmental Monitoring and Assessment, 194, article number 818. doi: 10.1007/s10661-022-10490-1.
[19] Totubaeva, N., Tokpaeva, Z., Uulu, A.A., & Kojobaev, K. (2019). Microbiological diversity and biotechnological potential of the soil ecosystem of a high-mountainous landfill. Polish Journal of Environmental Studies, 28(6), 4429-4435. doi: 10.15244/pjoes/99904.
[20] Wyszkowska, J., Borowik, A., Zaborowska, M., & Kucharski, J. (2023). The usability of sorbents in restoring enzymatic activity in soils polluted with petroleum-derived products. Materials (Basel), 16(10), article number 3738. doi: 10.3390/ma16103738.