image: Heavy metals suppress enzyme activity in the soil by 3-3.5 times and have especially prominent effect on the enzymes that support carbon and sulfur circulation. This was discovered by a soil scientist from RUDN together with his colleagues from Chile, Germany, the UK and Venezuela. view more
Credit: RUDN
Un edafólogo de la RUDN, junto con colegas de Gran Bretaña, Venezuela, Alemania y Chile, encontraron que los metales pesados inhiben la actividad de las enzimas en el suelo de 3 a 3,5 veces. En primer lugar, se ven afectadas las enzimas responsables del ciclo del carbono y el azufre. Estos datos ayudarán a utilizar y fertilizar de manera más eficiente los suelos agrícolas. Los resultados fueron publicados en la revista Science of the Total Environment.
Las enzimas del suelo son sustancias que aceleran las reacciones químicas en los suelos. Regulan el metabolismo celular de los organismos que viven en la tierra, participan en la descomposición de la materia orgánica y forman humus. Cuanto más activas sean las enzimas del suelo, mejor será la calidad y fertilidad del suelo. Los metales pesados como el plomo, zinc, cadmio, cobre y arsénico reducen la capacidad de las enzimas para acelerar las reacciones químicas. Por tanto, los metales pesados interrumpen el ciclo de los elementos químicos.
El edafólogo de la RUDN, Yakov Kuzyakov, junto con colegas de Gran Bretaña, Venezuela, Alemania y Chile, analizaron 46 trabajos sobre el efecto de los metales pesados en las enzimas del suelo. Los autores seleccionaron seis enzimas y las dividieron en grupos según el ciclo biogeoquímico al que afectaron. Por ejemplo, la enzima arilsulfatasa acelera la interacción entre los ácidos que contienen azufre y el agua, por ende, está asociada con el ciclo biogeoquímico del azufre. El resto de las enzimas, bajo el mismo principio, intervienen en los ciclos del carbono, nitrógeno o fósforo.
Los edafólogos compararon la actividad de las enzimas en suelos sanos y contaminados con metales pesados. Las enzimas intracelulares (presentes en las células de las raíces y los microbios), que están asociadas con el ciclo del carbono y el azufre, resultaron ser las más vulnerables a la contaminación con metales pesados. Esto puede deberse al hecho de que las enzimas extracelulares se fijan en materiales arcillosos y materia orgánica, por tal motivo, son más estables que los intracelulares.
"Las enzimas extracelulares son más resistentes debido al complejo organomineral, que las estabiliza en el suelo, y del que no pueden presumir las intracelulares. Las enzimas de los ciclos de nitrógeno y fósforo mostraron niveles medios y bajos de disminución en la actividad, ya que son predominantemente extracelulares", explicó Yakov Kuzyakov, Doctor en Ciencias Biológicas, director del Centro de Modelado Matemático y Diseño de Ecosistemas Sostenibles de la RUDN.
Las enzimas responsables de los procesos de intercambio gaseoso, glucólisis y fermentación -- arilsulfatasa y deshidrogenasa -- resultaron ser las más sensibles en suelos contaminados con metales pesados, su actividad disminuye en un 64% y 72%, respectivamente, es decir, entre 3 y 3,5 veces. Para disminuir la actividad de algunas enzimas (beta-glucosidasa, catalasa), fue suficiente incluso una baja concentración de metales pesados (hasta 200 mg por 1 kg). Por el contrario, la enzima ureasa, que es importante para el ciclo del nitrógeno, resultó ser sensible a la concentración de metales: la disminución de su actividad varía del 10% con baja contaminación al 70% con contaminación extrema. Es importante destacar que la actividad de las enzimas fosfatasas ácidas aumenta a bajas concentraciones de cadmio y cobre.
"El estudio ayuda a comprender mejor los procesos que conducen a la degradación de los sistemas del suelo bajo la influencia de la contaminación por metales. Los resultados obtenidos pueden ayudar en el desarrollo de nuevos métodos para la restauración de suelos contaminados con metales pesados", agregó Yakov Kuzyakov de la RUDN.
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En el estudio participaron científicos de la Universidad de La Frontera (Chile), el Instituto James Hutton (Gran Bretaña), el Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas, la Universidad de Gotinga (Alemania) y la Universidad Federal de Kazán (Rusia).
Journal
The Science of The Total Environment