Tungmetaller undertrycker enzymaktiviteten i jorden tre till 3,5 gånger och har särskilt framträdande effekt på enzymerna som stödjer kol- och svavelcirkulationen, enligt en markforskare från RUDN, tillsammans med sina kollegor från Chile, Tyskland, Storbritannien och Venezuela. De data som teamet erhåller kan leda till effektivare användning och gödsling av jordbruksmark. Resultaten av studien publicerades i Vetenskap om den totala miljön .

Markenzymer främjar kemiska reaktioner i jordar, reglera cellulär metabolism av jordorganismer, delta i nedbrytningen av organiskt material och i bildandet av humus. Jordens kvalitet och bördighet beror till stor del på markenzymernas aktivitet. Tungmetaller, som bly, zink, kadmium, koppar, och arsenik, minska enzymernas katalytiska förmåga, på så sätt stör cirkulationen av kemiska element.

Yakov Kuzyakov och hans internationella medarbetare analyserade 46 studier av tungmetallers effekt på markenzymer. Författarna valde sex enzymer och grupperade dem efter de kemiska grundämnen de påverkade. Till exempel, arylsulfatas är ett enzym som främjar reaktioner mellan vatten och svavelhaltiga syror. Därför, det är förknippat med svavelets biogeokemiska cykel. Liknande, andra enzymer spelar sin roll i kolets kretslopp, kväve eller fosfor.

Teamet jämförde aktiviteten hos enzymer i friska jordar och sådana som är förorenade med tungmetaller. Intracellulära enzymer (dvs. de som finns i cellerna hos växtrötter och mikrober) förknippade med kol- och svavelcykler visade sig vara de mest känsliga för kontaminering. Detta kan bero på att extracellulära enzymer binder till leror och organiskt material vilket gör dem mer stabila.

"Extracellulära enzymer är mer motståndskraftiga på grund av det organo-mineralkomplex som stabiliserar dem i markmiljön och som intracellulära enzymer saknas. Enzymer som deltar i kväve- och fosforcirkulationen visade medelhöga till låga aktivitetsminskningsnivåer eftersom de övervägande är extracellulära, sade Yakov Kuzyakov, en Ph.D. i biologi, chef för Centrum för matematisk modellering och design av hållbara ekosystem vid RUDN.

Arylsulfatas och dehydrogenas, två enzymer som ansvarar för gasutbytet, glykolys och fermentering, ansågs vara mest känsliga. I jordar som är förorenade med tungmetaller, deras aktivitet minskade med 64 % respektive 72 %, dvs tre till 3,5 gånger. Vissa enzymer, såsom beta-glukosidas och katalas, visat minskad aktivitet, även när koncentrationen av tungmetaller i jorden var mycket låg (upp till 200 mg per 1 kg). Till skillnad från de, ureas, ett enzym som spelar en roll i kvävecirkulationen, är mindre känslig för tungmetallkoncentrationer:Dess aktivitet minskar med 10 % vid låga föroreningsnivåer och med upp till 70 % när föroreningsvärdena är extremt höga. I synnerhet, aktiviteten hos sura fosfataser ökar i närvaro av små mängder kadmium och koppar i små mängder.

"Vår studie leder till en bättre förståelse av de processer som gör att marksystem bryts ned under påverkan av tungmetallföroreningar. De erhållna resultaten kan hjälpa till att utveckla nya metoder för att återställa förorenade jordar, " tillade Yakov Kuzyakov.