Oxidoreductive enzymes activity as secondary transformation index of peat-moorsh soils

• Autorzy: Szajdak L. W. , Meysner T. , Styła K. , Gaca W. , Szczepański M.

Identyfikatory

DOI

10.2429/proc.2018.12(2)033

Warianty tytułu

PL

Aktywność enzymów oksydoredukcyjnych jako wskaźnik wtórnego przeobrażenia gleb torfowo-murszowych

• Konferencja: ECOpole’18 Conference (10-13.10.2018 ; Polanica Zdrój, Poland)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Transformation of peat into moorsh in aerobic conditions after drainage causes changes in molecular structure and degradation of organic matter. Assessments of water retention and dewatering in peat indicate that agricultural activity has left a negative impact on peatland. Peat-moorsh samples were collected from three sites in the Wrzesnica River valley. Soil cores were subsequently divided into 0-25, 25-50, 50-75, 75-100 cm depth intervals. The following oxidoreductive enzymes activity was determined: phenol, xanthine and urate oxidase, peroxidase and nitrate reductase. In analyzed peat-moorsh samples have shown significant increase of phenol (1.3-2.3 times), xanthine (1.4-2.0 times) oxidase activity in all sites, and urate oxidase (1.4-2.5 times), peroxidase (1.6-3.8 times) activity in the first and the second sites within peat-moorsh profile. An opposite trend was recorded for nitrate reductase activity. The activity of this enzyme significant decreased with soil depth profile from 1.4 to 5.2 times. It was connected with degree of secondary transformation determined by the water holding capacity index (W1), porosity, moisture, the concentration of total phenolic, dissolved and total organic carbon. The investigations confirmed that enzymes activity is a good factor of the changes taking places in peat-moorsh soils. Oxidoreductive enzymes are important in catalyzing several pathways necessary for the stabilization of soil structure and organic matter formation.

PL

Zabiegi melioracyjne oraz eksploatacja złóż torfowych powodują zmiany w strukturze molekularnej i degradację materii organicznej. Długotrwała działalność rolnicza na odwodnionych glebach torfowych prowadzi do ich degradacji. Próbki gleb torfowo-murszowych zostały pobrane z trzech stanowisk zlokalizowanych w dolinie rzeki Wrześnicy koło Czerniejewa z głębokości 0-25, 25-50, 50-75, 75-100 cm. W próbkach glebowych oznaczono aktywność enzymów oksydoredukcyjnych: oksydazy fenolowej, ksantynowej i moczanowej oraz peroksydazy i reduktazy azotanowej. Wykazano istotny wzrost aktywności oksydazy fenolowej (1,3-2,3 razy), ksantynowej (1,4-2,0 razy) przy wszystkich stanowiskach oraz oksydazy moczanowej (1,4-2,5 razy) i peroksydazy (1,6-3,8 razy) przy stanowisku pierwszym i trzecim wraz z głębokością profilu glebowego. Przeciwny trend odnotowano dla aktywności reduktazy azotanowej. Aktywność tego enzymu zmniejszała się istotnie wraz z głębokością profilu glebowego od 1,4 do 5,2 razy. Zmiany te były zgodne ze stopniem wtórnego przeobrażenia utworów torfowo-murszowych określanego wartościami wskaźnika chłonności wodnej (W1), porowatością, wilgotnością, koncentracją związków fenolowych, rozpuszczonego i ogólnego węgla organicznego. Badania potwierdziły, że aktywność enzymów oksydoredukcyjnych jest dobrym wskaźnikiem zmian zachodzących w glebach torfowo-murszowych. Enzymy te odgrywają kluczową rolę w katalizowaniu wielu szlaków metabolicznych niezbędnych do stabilizacji struktury gleby i tworzenia materii organicznej.

Słowa kluczowe

EN

peat-moorsh soils; oxidoreductive enzymes; organic matter; secondary transformation index

PL

gleby torfowo-murszowe; enzymy oksydoredukcyjne; materia organiczna; wskaźnik wtórnego przeobrażenia

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Proceedings of ECOpole
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 12, No. 2
• Strony: 345--353
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., tab., fot.

Twórcy

autor

Szajdak L. W.

• Institute for Agricultural and Forest Environment, Polish Academy of Sciences, ul. Bukowska 19, Poznań 60-809, Poland, phone [phone]

autor

Meysner T.

• Institute for Agricultural and Forest Environment, Polish Academy of Sciences, ul. Bukowska 19, Poznań 60-809, Poland, phone [phone]

autor

Styła K.

• Institute for Agricultural and Forest Environment, Polish Academy of Sciences, ul. Bukowska 19, Poznań 60-809, Poland, phone [phone]

autor

Gaca W.

• Institute for Agricultural and Forest Environment, Polish Academy of Sciences, ul. Bukowska 19, Poznań 60-809, Poland, phone [phone]

autor

Szczepański M.

• Institute for Agricultural and Forest Environment, Polish Academy of Sciences, ul. Bukowska 19, Poznań 60-809, Poland, phone [phone]

Bibliografia

• [1] Ilnicki P, Zeitz J. Irreversible loss of organic soil functions after reclamation. In: Parent L-E, Ilnicki P, editors. Organic Soils and Peat Materials for Sustainable Agriculture. Boca Raton, London, New York, Washington: CRC Press LLC; 2003.
• [2] Sokołowska Z, Szajdak L, Matyka-Sarzyńska D. Impact of the degree of secondary transformation on acid-base properties of organic compounds in mucks. Geoderma. 2005;127:80-90. DOI: 10.1016/j.geoderma.2004.11.013.
• [3] Brouns K, Keuskamp J.A, Potkamp G, Jos TA Verhoeven JTA, Hefting MM. Peat origin and land use effects on microbial activity, respiration dynamics and exo-enzyme activities in drained peat soils in the Netherlands. Soil Biol Biochem. 2016;95:144-155. DOI: 10.1016/j.soilbio.2015.11.018.
• [4] Kalisz B, Łachacz A, Głazewski R. Effects of peat drainage on labile organic carbon and water repellency in NE Poland. Turk J Agric For. 2015;39:20-27. DOI: 10.3906/tar-1402-66.
• [5] Tonks AJ, Aplin P, Beriro D., Cooper H, Evers S, Vane ChH, Sjögersten S. Impacts of conversion of tropical peat swamp forest to oil palm plantation on peat organic chemistry, physical properties and carbon stocks. Geoderma. 2017;289:36-45. DOI: 10.1016/j.geoderma.2016.11.018.
• [6] Tarnawski M, Depta K, Grejciun D, Szelepin B. HPLC determination of phenolic acids and antioxidant activity in concentrated peat extract-a natural immunomodulator. J Pharm Biomed Anal. 2006;41:182-188. DOI: 10.1016/j.jpba.2005.11.012.
• [7] Szajdak LW, Gaca W. Nitrate reductase activity in soil under shelterbelt and adjoining cultivated field. Chem Ecol. 2010;26(4):123-134. DOI: 10.1080/02757540.2010.501028.
• [8] Smolander A, Kitunen V. Soil microbial activities and characteristics of dissolved organic C and N in relation to tree species. Soil Biol Biochem. 2002;34:651-660. DOI: 10.1016/S0038-0717(01)00227-9.
• [9] Szajdak LW, Gaca W, Meysner T, Styła K, Maryganova V. Enzymes activity and IAA contents in soils. In: Narwal SS, Pavlovic P, John J, editors. Research Methods in Plant Sciences, Vol. 2, Forestry and Agroforestry. Houston, Texas, USA: Studium Press; 2011.
• [10] Martin-Smith M. Uricolytic enzymes in soil. Nature. 1963;197:361-362. DOI: 10.1038/197361a0.
• [11] Laine MPP, Strömmer R, Arvola L. Nitrogen release in pristine and drained peat profiles in response to water table fluctuations: a mesocosm experiment. Appl Environ Soil Sci. 2013;2013:1-7. DOI: 10.1155/2013/694368.
• [12] Szajdak LW. Changes of chemical and biochemical properties and mineralization of peat and moorsh. In: Ilnicki P, Szajdak LW, editors. Peatland Disappearance. Poznań: WPTPN; 2016.
• [13] Boguta P, Sokołowska Z. Statistical relationship between selected physicochemical properties of peat-muck soils and their fraction of humic acids. Int Agrophys. 2014;28:269-278. DOI: 10.2478/intag-2014-0017.
• [14] Heinz M, Zak D. Storage effects on quantity and composition of dissolved organic carbon and nitrogen of lake water, leaf leachate and peat soil water. Water Res. 2018;130:98-104. DOI: 10.1016/j.watres.2017.11.053.
• [15] Wiedermann M, Kane ES, Veverica TJ. Are colorimetric assays approprite for measuring phenol oxidase activity in peat soils. Soil Biol Bochem. 2017;105:108-110. DOI: 10.1155/2013/694368.
• [16] Saraswati S, Parsons ChT, Strack M. Access roads impact enzyme activities in boreal forested. Access roads impact enzyme activities in boreal forested peatlands. Sci Total Environ. 2019;651:1405-1415. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2018.09.280.
• [17] Jassey VEJ, Chiapusio G, Gilbert D, Toussaint ML, Binet P. Phenoloxidase and peroxidase activities in Sphagnum-dominated peatland in a warming climate. Soil Biol Bochem. 2012;46:49-52. DOI: 10.1016/j.soilbio.2011.11.011.
• [18] Ravichandran R, Hemaasri S, Cameotra SS, Jayaprakash NS. Purification and characterization of an extracellular uricase from a new isolate Spingobacterium thalpophilum (VITPCB5). Protein Expr Purif. 2015;114:136-142. DOI: 10.1016/j.pep.2015.06.017.
• [19] Nourimand M, Todd ChT. Allantoin contributes to the stress response in cadmium-treated Arabidopsis roots. Plant Physiol Biochem. 2017;119:103-109. DOI: 10.1016/j.plaphy.2017.08.012.
• [20] Battelli MG, Bortolotti M, Polito L, Bolognesi A. The role of xanthine oxidoreductase and uric acid in metabolic syndrome. BBA - Mol Basis Dis. 2018;1864:2557-2565. DOI: 10.1016/j.bbadis.2018.05.003.
• [21] Singh DK, Kumar S. Nitrate reductase, arginine deaminase, urease and dehydrogenase activities in natural soil (ridges with forest) and in cotton safter cetamiprid treatments. Chemosphere. 2008;71:412-418. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2007.11.005.
• [22] Deiglmayra K, Philippot L, Kandeler E. Functional stability of the nitrate-reducing community in grassland soils towards high nitrate supply. Soil Biol Biochem. 2006;38:2980-2984. DOI: 10.1016/j.soilbio.2006.04.034.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).