Enzymological research in Germany
Schröder et al. (1985) estudiaron, desde los puntos de vista físico, químico, microbiológico, enzimológico y micromorfológico, siete perfiles de suelos tecnogénicos formados durante el recultivo agrícola de botines (loess; pH en 0.01 m CaCl2 fue 7.1-7.9) que resultaron de la extracción de lignito en la región del Rin. Los suelos estudiados se ubicaron cerca de Grefrath y Berrenrath., El recultivo comenzó unos 20 años antes mediante la redeposición de loess almacenado ya sea como material seco, seguido de nivelación (cinco suelos), o como material húmedo (bombeo de la mezcla de agua y loess en depresiones, es decir, poldering de lechada), seguido de evaporación parcial del agua (dos suelos). El recultivo condujo a la acumulación de humus y K y a la pérdida de Na y Mg, pero debido a la labranza, la capa de suelos de 30-50 cm se compactó e impermeabilizó. En los suelos formados a través de la redeposición de loess seco, la capa de 50-120 cm también se compactó con frecuencia.,
la actividad deshidrogenasa fue detectable, en general, solo en la capa de 0-30 cm, pero incluso en esta capa, la actividad alcanzó solo alrededor del 10% de la de los suelos nativos. La respiración (evolución del CO2) fue más intensa en las capas superiores que en las más profundas, registrándose los valores más bajos en las capas compactadas. En cada capa de los suelos nativos, la tasa de respiración fue mayor en comparación con las capas correspondientes de los siete suelos tecnogénicos. También se obtuvieron resultados similares con respecto a la descomposición de la celulosa., Para mejorar los suelos compactados, se recomendó un aflojamiento y drenaje profundos.
en la misma región de la mina de carbón, pero en otra localidad (Gustorf cerca de Grevenbroich), Lessmann y Krämer (1985) determinaron, en 1983, algunos parámetros enzimológicos y microbiológicos en un desecho nivelado (loess) recultivado con alfalfa durante 2 años. Para la comparación utilizaron un suelo margoso nativo, vegetado y ribereño. Este sitio de estudio se encuentra en Kirchhoven (aproximadamente a 33 km de Gustorf)., La parcela Gustorf nunca fue fertilizada y la parcela Kirchhoven no fue tratada con fertilizantes minerales en los últimos 2 años. Ambas parcelas sirven como controles para un experimento de fertilización orgánica. Los estudios continuarán durante muchos años, y también se analizarán las parcelas fertilizadas orgánicamente.
Las parcelas no fertilizadas diferían entre sí en los parámetros enzimológicos y microbiológicos de su capa de 10-20 cm., En esta capa, la parcela de loess tenía menor actividad deshidrogenasa y ureasa, contenía menos bacterias, respiraba menos fuertemente (producía menos CO2) y degradaba la celulosa más lentamente que la parcela de suelo nativo. En la capa de 35-45 cm, no hubo diferencias significativas entre las dos parcelas. La diferenciación del perfil indicada por los datos enzimológicos y microbiológicos se redujo en la parcela de loess.,
en relación con los problemas de evaluación del suelo en el área de la mina de lignito recultivada ubicada en el «Niederrheinische Bucht», Schröder (1986) comparó un suelo nativo, característico de esta área, con dos suelos tecnogénicos representativos en loess, cuyo recultivo agrícola comenzó en 1970. El recultivo de uno de estos dos suelos se consideró bueno y el del otro malo. Así, en cada horizonte, la densidad aparente fue inferior a 1,65 g cm-3 en el suelo recultivado bueno y tuvo un valor mayor en el suelo recultivado malo., En la capa de 0-40 cm, la actividad de la deshidrogenasa, como la producción de CO2 y la descomposición de la celulosa mostraron el siguiente orden: suelo nativo > buen suelo recultivado > mal suelo recultivado.
Haubold et al. (1987) realizaron una comparación similar utilizando 15 suelos recultivados buenos y 15 malos en loess, también de la zona de lignito en la región del Rin. Encontraron que la actividad deshidrogenasa, la biomasa microbiana y la descomposición de celulosa en la capa de 0-40 cm fueron, en general, alrededor de 50-100% más bajas en los suelos recultivados que en los suelos nativos., Al mismo tiempo, los valores medios de estos parámetros microbianos y los de los parámetros químicos analizados (contenido de C, N, Na, K, Mg y Ca, y capacidad de intercambio catiónico) no indicaron diferencias notables entre los suelos recultivados buenos y malos. Creemos que este hallazgo, aunque válido para la actividad deshidrogenasa (una actividad que depende de la proliferación momentánea de microorganismos), no puede aplicarse a aquellas enzimas que son capaces de acumularse en el suelo y ser, en el estado acumulado, independientes de la proliferación microbiana momentánea., La actividad de tales enzimas no fue evaluada por estos investigadores.
en otros estudios realizados en la misma zona de extracción de carbón, Schröder et al. (1987a) y Schroder (1988a, b) se han determinado, entre otras cosas, la actividad de la deshidrogenasa en el 0-40 cm de capa, de 13 de técnicas arcillosos-limosos suelos de loess se formó después de la papilla poldering de los despojos seguido por el agrícola, la cría de 6-25 años, y han encontrado que la actividad fue significativamente mayor en el mayor de los suelos que en los más jóvenes., Los contenidos de C, N, K y Ca, la capacidad de intercambio catiónico y la biomasa microbiana también aumentaron significativamente con el tiempo, mientras que la disminución dependiente del tiempo de los contenidos de carbonato, Na y Mg y el aumento de la descomposición de la celulosa fueron insignificantes. Las correlaciones significativas entre la edad y los parámetros microbianos y químicos de los suelos tecnogénicos tuvieron los siguientes coeficientes. 0,82 (actividad deshidrogenasa), 0,72 (biomasa microbiana). 0.95 (contenido C), 0.59 (contenido N), 0.87 (contenido K), 0.74 (contenido Ca) y 0.70 (capacidad de intercambio de cationes).,
generalizando los resultados obtenidos en un estudio comparativo de 29 suelos tecnogénicos formados después de la redeposición de loess como material seco (16 suelos) o como material húmedo (13 suelos) y de los suelos nativos adyacentes bajo cubierta vegetal compacta, todos ubicados en el área de lignito de la región del Rin, Schröder (1988b) llegó a la conclusión de que la actividad de deshidrogenasa, la biomasa microbiana y la descomposición de celulosa en la capa arada de los suelos tecnogénicos, incluidos los antiguos, alcanzaron solo alrededor del 30-50% de los valores registrados en la capa correspondiente de los suelos nativos.,
Müller et al. (1988) estudiaron, en 1987, las propiedades biológicas, además de las químicas y físicas, de 12 suelos tecnogénicos ubicados en la zona Köln-Bergheim (dentro del área de lignito en la región del Rin). Estos suelos fueron recultivados después de la redeposición de loess como material seco 20 años antes. Desde entonces, cuatro de ellos fueron utilizados como bosque de arce y Carpe, cuatro como pastos y cuatro como tierras cultivables.,
la actividad deshidrogenasa y la biomasa microbiana fueron más altas en la capa de 0-10 cm de los suelos de pastoreo, intermedias en la misma capa de los suelos forestales, y más bajas en la capa arada (0-30 cm) de los suelos arables. La acumulación de humus y N también fue más evidente en la capa de 0-10 cm de los suelos forestales y pastizales que en la capa de 0-30 cm de los suelos cultivables. La actividad deshidrogenasa y la biomasa microbiana también se determinaron en la capa de 10-30 cm de los suelos de pastos y bosques y los valores obtenidos fueron inferiores a los registrados en la capa de 0-10 cm., Los contenidos de Humus y N disminuyeron con la profundidad del muestreo en todos los suelos. Debe añadirse que se observaron numerosas madrigueras de lombrices en los suelos forestales y de pastos, pero solo unas pocas ocurrieron en los suelos cultivables.
aunque las propiedades biológicas y químicas de la capa de 0-10 cm fueron mejores en los suelos de pastoreo que en los suelos cultivables, las propiedades físicas de los suelos de pastoreo fueron insatisfactorias, ya que su capa de 30-40 cm se compactó bajo la pista de los animales de pastoreo, ya que la cubierta de pasto aún no era resistente a la perturbación mecánica., En conclusión, durante las primeras décadas los suelos recultivados no se recomiendan para su uso como pastos.
En continuación de estas investigaciones, Schumacher et al. (1993) muestrearon, a principios de marzo de 1992, dos parcelas jóvenes (< 12 años) y cuatro viejas (> 25 años) de desguace (loess). Una de las parcelas jóvenes contenía suelo cultivable y la otra estaba bajo vegetación forestal. Las cuatro antiguas parcelas se utilizaron como tierras cultivables, bosques y pastizales, sin labranza y de corral, respectivamente. Un suelo cultivable nativo de loess fue el control., Las profundidades de muestreo fueron de 0-15 y 15-30 cm (suelos cultivables), horizonte Ah (principalmente la profundidad de 5-10 cm), y horizonte Y1 (hasta 30 cm de profundidad) (suelos de bosques y pastizales). Las actividades de deshidrogenasa e invertasa, y la respiración inducida por el sustrato (evolución del CO2 a partir de muestras enmendadas con glucosa) siempre fueron más altas en el suelo viejo de pastizales, y más bajas en el suelo cultivable joven. Tanto los suelos forestales jóvenes como los viejos eran más activos que los viejos suelos cultivables. Sorprendentemente, la labranza del viejo suelo cultivable no dio lugar a un aumento de las actividades y la respiración*., De acuerdo con estos hallazgos, el contenido de C orgánico fue bajo en suelos cultivables y mostró acumulaciones importantes en el orden: old forest soil > old grassland soil > young forest soil.
en un estudio similar, Schneider et al. (1995) compararon unas parcelas de 10 y 25 años de edad utilizadas como tierras cultivables o bosques. Se realizaron muestreos en los meses de primavera del período 1988-1993. Actividad de la deshidrogenasa y respiración inducida por el sustrato determinada en ambos agregados enteros del suelo (> 1.,5 cm) y en sus partes externa, media e interna de las capas de 5-10 cm de parcelas de desechos cultivables de 10 y 25 años de edad no mostraron diferencias significativas dependiendo de la edad de la parcela y las partes agregadas del suelo. Por el contrario, la actividad de deshidrogenasa y la respiración en las capas de 5-10 cm de los suelos forestales fueron significativamente mayores en las parcelas de 25 años que en las de 10 años y aumentaron, dentro de los agregados del suelo, desde las partes externas hacia las internas, en parcelas de ambas edades., En las capas de 20-25 cm de los mismos suelos, la actividad y la respiración dieron valores bajos, no fueron dependientes de la edad y no mostraron diferencias evidentes en las tres partes de los agregados del suelo. Se encontró nuevamente que el contenido de C orgánico se acumulaba en los suelos forestales. La abundancia de diferentes Invertebrados, incluidas las lombrices de tierra, también fue mayor en el bosque que en los suelos cultivables., En conclusión, se recomendó que el recultivo agrícola de los despojos de lignito en la región estudiada comience con el recultivo forestal; bajo tales condiciones, los suelos cultivables alcanzarán una «etapa de madurez» más rápidamente.
Schröder y Schneider (1992) y Schneider y Schröder (1995) reiteraron algunos de los resultados de las complejas investigaciones del suelo, incluidas las enzimológicas, realizadas en la zona del lignito del Rin y examinadas anteriormente.,
en la zona de Halle-Leipzig, Machulla y Hickisch (1988) analizaron, enzimológica y microbiológicamente, las pilas de desechos (predominantemente margosas pardas o margas) resultantes de la extracción de lignito en Espenhain. En 1987, se tomaron muestras de la capa de 0-20 cm de pilas de 1, 9, 18 y 27 años. El montón de 1 año de edad no fue sembrado con plantas de cultivo. Uno de los montones de 9 años de edad se cultivó con alfalfa, mientras que otro montón de 9 años de edad y los montones de 18 y 27 años de edad se fertilizaron con estiércol líquido diluido y se cultivaron para cereales., Un área de barbecho en el margen del sitio minero y una parcela dejada en barbecho en un campo de cereales fueron los controles.
se determinaron las actividades de la catalasa y deshidrogenasa y el número de bacterias, actinomicetos, microfungos, microorganismos celulolíticos y movilizadores de fosfato, y células de Pseudomonas fluorescens. También se estudió la presencia de microorganismos proteolíticos, la abundancia de Azotobacter chroococcum y la intensidad de la descomposición de la celulosa.,
los resultados mostraron que las actividades enzimáticas aumentaron y la microflora se enriqueció tanto cuantitativa como cualitativamente en paralelo con la edad de los montones de desechos. Después de 18-27 años de recultivo, la actividad de la catalasa y la microflora en montones se volvieron similares a las de los suelos de control. Por el contrario, la actividad de la deshidrogenasa se mantuvo mucho más baja incluso en el montón de 27 años de edad, en comparación con la actividad medida en los suelos de control.,
en la región minera de la franja de lignito de Wetterau, al norte de Fráncfort del Meno, Schröder y Schneider (1992) y Schneider y Schroder (1995) realizaron investigaciones complejas sobre el suelo. Para el recultivo de botines (loess; pH 7,4-7,7), se aplicó el método de deposición seca. Se estudiaron parcelas jóvenes (8-11 años) y viejas (20-25 años) y parcelas de suelo no perturbadas bajo uso agrícola.
la acumulación de C orgánico y N total a lo largo de los años fue muy lenta en la capa de 0-30 cm e incluso mucho más lenta en las capas más profundas de las parcelas de deterioro., Pero la actividad de deshidrogenasa fue marcadamente más alta en las parcelas viejas que en las jóvenes. Sin embargo, el nivel de actividad de los suelos no perturbados no se alcanzó.
para la caracterización del botín en la zona minera de la franja de lignito de Niederlausitz (Baja Lusacia) (Región de Cottbus), Katzur y Haubold-Rosar (1996) y Kolk y Hüttl (1996) también han aplicado métodos enzimológicos.
Estos estropeos son muy ácidos (pH 1.7-3.,5) debido a su contenido de disulfuro de hierro (pirita, marcasita), a partir del cual se genera ácido sulfúrico a través de la intemperie química y bacteriana (Thiobacillus ferrooxydans); sus vertederos permanecen estériles de vegetación durante décadas, si no están cubiertos con una capa de suelo cultivable de 100 cm de espesor o no están sujetos a mejora. Para la mejora, los vertederos se tratan con cal o ceniza de lignito rica en base (para elevar el pH a 5,0 en la capa de 0-45 cm que se requiere para la reforestación) y con fertilizantes minerales (a tasas de 100-150 kg de N, 25-50 kg de P y 100-200 kg de K ha-1)., La cal o ceniza debe incorporarse en el botín a una profundidad de 60 cm, Mejor 100 cm. Los fertilizantes se incorporan simplemente en la capa superior de residuos. Luego, los vertederos de desechos mejorados se plantan con especies de árboles forestales.
Katzur y Haubold-Rosar (1996) encontraron que la actividad de la catalasa y la respiración inducida por el sustrato (glucosa) determinada en las capas superficiales orgánicas y los topsoils en vertederos de desechos mejorados y recultivados forestalmente fueron más altos en los bosques caducifolios que en los bosques de coníferas., Por ejemplo, en vertederos de desechos tratados con cenizas bajo diferentes rodales forestales de diferente edad, los valores de la actividad catalasa y la respiración aumentaron en el siguiente orden: Pinus sylvestris (22 años) < P. sylvestris (27 años) < Quercus rubra-Tilia cordata (31 años) < Populus nigra (29 años). La acumulación de C y N fue también la más alta bajo el rodal de álamo y la más baja bajo el rodal de pino de 22 años.,
Kolk y Hüttl (1996) determinaron la actividad de la fosfatasa alcalina en la capa mineral de 0-10 cm de jóvenes (< 5 años) vertederos de desechos plantados con clones de álamo y Sauce de rápido crecimiento (en la mina Welzow-Süd). Las parcelas de escombros no cubiertas con suelo forestal (en la mina Reichwalde) sirvieron para la comparación. Estas parcelas de control no contenían carbón o solo pequeñas cantidades de polvo de carbón.,
el orden de actividad de la fosfatasa alcalina en los botines muestreados en abril de 1996 fue el siguiente: parcela de control que no contiene carbón < parcela de control que contiene pequeñas cantidades de polvo de carbón < parcela de álamo ≈ parcela de sauce.
también se ha encontrado que la actividad de la fosfatasa alcalina es un parámetro incomparablemente más sensible para la caracterización de desechos que la biomasa microbiana, porque la biomasa microbiana en la capa mineral de 0-10 cm relativamente activa en la fosfatasa de las parcelas de álamo y sauce no era medible, siendo muy pequeña.