Enzyme activity in urban soil structures in the steppe zone

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Assessment of the enzymatic activity of constructed soils (constructozems) was performed during the second year of their functioning at the “Experimental Station for Study of Soil Constructs” in the Botanical Garden of the Southern Federal University (Rostov-on-Don, Russia). The station consists of 15 autonomous plots representing five different variants of soil constructions created using sand, humus-accumulative horizons of chernozem, loess-like loam, and high-moor peat. These substrates are traditionally used for landscaping and urban greening purposes in steppe zones. The Haplic Chernozem, located on a watershed plot in the vicinity of the Experimental Station, was studied as a background area. The activities of dehydrogenase, phosphatase, catalase, β-glucosidase, and the intensity of fluorescein diacetate (FDA) hydrolysis were analyzed for the soil constructions and the reference soil. The most informative characteristics of the constructozems were activity of β-glucosidase, catalase, phosphatase, and FDA hydrolysis intensity. Enzymatic activity allows an assessment of the stability of the constructed soils, as well as intensity and direction of biochemical processes occurring in the constructozems. Enzyme activity depends on the substrates used during construction, their combinations, thickness, and the horizon sequence. Some variants of constructozems demonstrate levels of enzymatic activity close to the natural zonal soil (background), indicating functional stability and their ability to perform ecological functions under the climatic conditions of the Rostov Region.

About the authors

E. V. Dadenko

Sirius University of Science and Technology; Southern Federal University

Email: 2s-t@mail.ru

Ivanovsky Academy of Biology and Biotechnology

Russian Federation, Federal Territory “Sirius”, 354340; Rostov-on-Don, 344006

S. N. Gorbov

Sirius University of Science and Technology; Southern Federal University

Email: 2s-t@mail.ru

Ivanovsky Academy of Biology and Biotechnology

Russian Federation, Federal Territory “Sirius”, 354340; Rostov-on-Don, 344006

S. S. Tagiverdiev

Sirius University of Science and Technology; Southern Federal University

Author for correspondence.
Email: 2s-t@mail.ru

Ivanovsky Academy of Biology and Biotechnology

Russian Federation, Federal Territory “Sirius”, 354340; Rostov-on-Don, 344006

P. N. Skripnikov

Sirius University of Science and Technology; Southern Federal University

Email: 2s-t@mail.ru

Ivanovsky Academy of Biology and Biotechnology

Russian Federation, Federal Territory “Sirius”, 354340; Rostov-on-Don, 344006

References

  1. Ананьева Н.Д., Иващенко К.В., Сушко С.В. Микробные показатели городских почв и их роль в оценке экосистемных сервисов // Почвоведение. 2021. № 10. С. 1231–1246. https://doi.org/10.31857/S0032180X21100038
  2. Горбов С.Н. Генезис, классификация и экологическая роль городских почв Европейской части Юга России (на примере Ростовской агломерации). Дис. … докт. биол. наук. М., 2018. 488 с.
  3. Горбов С.Н., Васенев В.И., Минаева Е.Н., Тагивердиев С.С., Скрипников П.Н., Безуглова О.С. Краткосрочная динамика эмиссии СО2 и содержания углерода в городских почвенных конструкциях степной зоны // Почвоведение. 2023. № 9. С. 1103–1115. https://doi.org/10.31857/S0032180X23600282
  4. Даденко Е.В., Денисова Т.В., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Оценка применимости показателей ферментативной активности в биодиагностике и мониторинге почв // Поволжский экологический журнал. 2013. № 4. С. 385–393.
  5. Даденко Е.В., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Методы определения ферментативной активности почв. Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2021. 176 с.
  6. Даденко Е.В., Мясникова М.А., Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Биологическая активность чернозема обыкновенного при длительном использовании под пашню // Почвоведение. 2014. № 6. С. 724–733. https://doi.org/10.7868/S0032180X14060021
  7. Денисова Т.В., Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Влияние гамма-излучения на биологические свойства почвы (на примере чернозема обыкновенного) // Почвоведение. 2005. № 7. С. 877–881.
  8. Инишева Л.И., Ивлева С.Н., Щербакова Т.А. Руководство по определению ферментативной активности торфяных почв и торфов. Томск: Изд-во том. ун-та, 2002. 119 с.
  9. Инишева Л.И., Порохина Е.В., Головченко А.В. Биохимическая активность торфов различного генезиса // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2024. № 54. С. 5–16. https://doi.org/10.26898/0370-8799-2024-5-1
  10. Казеев К.Ш., Колесников С.И., Акименко Ю.В., Даденко Е.В. Методы диагностики наземных экосистем. Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2016. 356 с.
  11. Казеев К.Ш., Лосева Е.С., Боровикова Л.Г., Колесников С.И. Влияние загрязнения современными пестицидами на биологическую активность чернозема обыкновенного // Агрохимия. 2010. № 11. С. 39–44.
  12. Казеев К.Ш., Трушков А.В., Одабашян М.Ю., Колесников С.И. Постагрогенное изменение ферментативной активности и содержания органического углерода чернозема в первые 3 года залежного режима // Почвоведение. 2020. № 7. С. 901–910. https://doi.org/10.31857/S0032180X20070059
  13. Каширская Н.Н., Плеханова Л.Н., Чернышева Е.В., Ельцов М.В., Удальцов С.Н., Борисов А.В. Пространственно-временные особенности фосфатазной активности естественных и антропогенно-преобразованных почв // Почвоведение. 2020. № 1. С. 89–101. https://doi.org/10.31857/S0032180X20010098
  14. Приходько В.Д., Казеев К.Ш., Вилкова В.В., Нижельский М.С., Колесников С.И. Изменение активности ферментов в постпирогенных почвах // Почвоведение. 2023. № 1. С. 118–128. https://doi.org/10.31857/S0032180X22600743
  15. Пуртова Л.Н, Тимофеева Я.О. Изучение некоторых свойств и активности каталазы агротемногумусовых подбелов при различных видах агротехнического воздействия // Почвоведение. 2022. № 10. С. 1277–1289. https://doi.org/10.31857/S0032180X22100136
  16. Тимошенко А.Н., Колесников С.И., Кабакова В.С., Евстегнеева Н.А., Минникова Т.В., Казеев К.Ш., Минкина Т.М. Оценка устойчивости почв к загрязнению наночастицами платины методами биодиагностики // Почвоведение. 2023. № 8. С. 997–1006. https://doi.org/10.31857/S0032180X23600221
  17. Якушев А.В., Матышак Г.В., Тархов М.О., Качалкин А.В., Сефилян А.Р., Петров Д.Г. Микробиологические особенности почв торфяных пятен бугристых торфяников севера Западной Сибири // Почвоведение. 2019. № 9. С. 1070–1080. https://doi.org/10.1134/S0032180X19090119
  18. Alef K., Nannipieri P. Methods in applied soil microbiology and biochemistry, London: Academic Press. 1995. 576 p.
  19. Daunoras J., Kačergius A., Gudiukaitė R. Role of Soil Microbiota Enzymes in Soil Health and Activity Changes Depending on Climate Change and the Type of Soil Ecosystem // Biology. 2024. V. 13. P. 85. https://doi.org/10.3390/biology13020085
  20. De Almeida R.F., Naves E.R., da Mota R.P. Soil quality: Enzymatic activity of soil β-glucosidase // Glob. J. Agric. Res. Rev. 2015. V. 3. P. 146–450.
  21. Deeb M., Groffman P.M., Blouin M., Egendorf S.P., Vergnes A., Vasenev V., Cao D.L., Walsh5 D., Morin T., Séré G. Using constructed soils for green infrastructure –challenges and limitations // Soil. 2020. V. 6. P. 413–434. https://doi.org/10.5194/soil-6-413-2020
  22. Dick R.P. Soil enzyme activities as indicators of soil quality // Soil Sci. Soc. Am. J. 1997. V. 58. P. 107–124.
  23. Dvornikov Y.A., Vasenev V.I., Romzaykina O.N., Grigorieva V.E., Litvinov Y.A., Gorbov S.N., Dolgikh A.V., Korneykova M.V., Gosse D.D. Projecting the urbanization effect on soil organic carbon stocks in polar and steppe areas of European Russia by remote sensing // Geoderma. 2021. V. 399. P. 115039. https://doi.org/10.1016/j.geoderma
  24. García-Gil J.C., Plaza C., Soler-Rovira P., Polo A. Long-Term effects of municipal solid waste compost application on soil enzyme activities and microbial biomass // Soil Biol. Biochem. 2000. V. 32. P. 1907–1913. https://doi.org/10.1016/S0038-0717(00)00165-6
  25. Gianfreda L., Ruggiero P. Enzyme activities in soil // In Nucleic Acids and Proteins in Soil. Berlin: Springer, 2006. P. 20–25.
  26. Gómez-Brandón M., Herbón C., Probst M., Fornasier F., Barral M.T., Paradelo R. Influence of land use on the microbiological properties of urban soils // Appl. Soil Ecol. 2022. V. 175. P. 104452. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2022.104452
  27. Ivashchenko K., Lepore E., Vasenev V., Ananyeva N., Demina S., Khabibullina F., Vaseneva I., Selezneva A., Dolgikh A., Sushko S. et al. Assessing soil-like materials for ecosystem services provided by constructed Technosols // Land. 2021. V. 10. P. 1185. https://doi.org/10.3390/land10111185
  28. Karaca A., Cema C.C., Turgay O.C., Kizilkaya R. Soil enzymes as indicator of soil quality // Soil Enzymology, Soil Biology. Berlin: Springer, 2011. P. 119–148.
  29. Kramer S., Marhan S., Haslwimmer H., Ruess L., Kandeler E. Temporal variation in surface and subsoil abundance and function of the soil microbial community in an arable soil // Soil Biol. Biochem. 2013. V. 61. P. 76–85. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2013.02.006
  30. Kuzyakov Y., Razavi B.S. Photosynthesis controls of rhizosphere respiration and organic matter decomposition // Soil Biol. Biochem. 2021. V. 135. P. 343–360. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2019.05.011
  31. Ma X., Mason-Jones K., Liu Y., Blagodatskaya E., Kuzyakov Y., Guber A., Dippold M. A. et al. Coupling zymography with pH mapping reveals a shift in lupine phosphorus acquisition strategy driven by cluster roots // Soil Biol. Biochem. 2019. V. 135. P. 420–428. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2019.06.001
  32. Margalef O., Sardans J., Fernández-Martínez M., Molowny-Horas R., Janssens I.A., Ciais P., Goll D., Richter A., Obersteiner M., Asensio D., Peñuelas J. Global patterns of phosphatase activity in natural soils // Scientific Reports. 2017. V. 7. P. 1337. https://doi.org/10.1038/s41598-017-01418-8
  33. Nakayama M., Tateno R. Rhizosphere effects on soil extracellular enzymatic activity and microbial abundance during the low-temperature dormant season in a northern hardwood forest // Rhizosphere. 2022. V. 21. P. 100465. https://doi.org/10.1016/j.rhisph.2021.100465
  34. Nannipieri P., Giagnoni L., Landi L., Renella G. Role of Phosphatase Enzymes in Soil // Phosphorus in Action. Soil Biology. Berlin: Springer Press, 2011. V. 26. P. 215–243. https://doi.org/10.1007/978-3-642-15271-9_9
  35. Schinner F., Ohlinger R., Margesin R. Methods in Soil Biology. Berlin: Springer Press, 1996. 426 p.
  36. Schnurer J., Rosswall T. Fluorescein diacetate hydrolysis as a measure of total microbial activity in soil and litter // Appl. Environ. Microbiol. 1982. V. 43. P. 1256–1261. https://doi.org/ 10.1128/aem.43.6.1256-1261.1982
  37. Singh B.K., Munro S., Potts J.M., Millard P. // Influence of grass species and soil type on rhizosphere microbial community structure in grassland soils. Appl. Soil Ecology. 2007. V. 36. P. 147–155. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2007.01.004
  38. Stone M.M., Plante A.F. Changes in phosphatase kinetics with soil depth across a variable tropical landscape // Soil Biol. Biochem. 2014. V. 71. P. 61–67. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2014.01.006
  39. Tabatabai M.A. Soil enzymes // Methods of soil analysis. Part 2. Microbiological and biochemical properties. SSSA Book Series No. 5. Soil Science Society of America. Madison, 1994. P. 775–833.
  40. Utobo E.B., Tewari L. Soil enzymes as bioindicators of soil ecosystem status // Appl. Ecol. Environ. Res. 2015. V. 13. P. 147–169. https://doi.org/10.15666/aeer/1301_147169

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».