Ricerca enzimologica in Germania
Schröder et al. (1985) ha studiato, da punti di vista fisici, chimici, microbiologici, enzimologici e micromorfologici, sette profili di terreni tecnogenici formati durante la ricoltivazione agricola del bottino (loess; pH in 0.01 M CaCl2 era 7.1-7.9) che risultavano dall’estrazione di carbone marrone nella regione del Reno. I terreni studiati si trovavano vicino a Grefrath e Berrenrath., La ricoltivazione è iniziata circa 20 anni prima attraverso la rideposizione del loess immagazzinato sia come materiale secco, seguito da livellamento (cinque terreni), sia come materiale umido (pompaggio della miscela acqua-loess in depressioni, cioè poldering di liquami), seguito da evaporazione parziale dell’acqua (due terreni). La ricoltivazione ha portato all’accumulo di humus e K e alla perdita di Na e Mg, ma a causa della lavorazione, lo strato di terreno di 30-50 cm è diventato compattato e impermeabile. Nei terreni formati attraverso la rideposizione di loess secco, anche lo strato di 50-120 cm si è spesso compattato.,
L’attività deidrogenasi era rilevabile, in generale, solo dallo strato 0-30-cm, ma anche in questo strato, l’attività raggiungeva solo circa il 10% di quella dei terreni nativi. La respirazione (evoluzione della CO2) è stata più intensa negli strati superiori che in quelli più profondi, i valori più bassi sono stati registrati negli strati compattati. In ogni strato dei suoli nativi, la frequenza respiratoria era maggiore rispetto agli strati corrispondenti dei sette suoli tecnologici. Risultati simili sono stati ottenuti anche per quanto riguarda la decomposizione della cellulosa., Per migliorare i terreni compattati, sono stati raccomandati allentamento profondo e drenaggio.
Nella stessa regione della miniera di carbone, ma in un’altra località (Gustorf vicino a Grevenbroich), Lessmann e Krämer (1985) hanno determinato, nel 1983, alcuni parametri enzimologici e microbiologici in un bottino livellato (loess) ricoltivato con erba medica per 2 anni. Per confronto hanno usato un terreno argilloso nativo e vegetato lungo il fiume. Questo sito di studio era situato a Kirchhoven (a circa 33 km da Gustorf)., Il terreno di Gustorf non è mai stato fertilizzato e il terreno di Kirchhoven non è stato trattato con fertilizzanti minerali negli ultimi 2 anni. Entrambi gli appezzamenti servono come controlli per un esperimento sulla fertilizzazione organica. Gli studi proseguiranno per molti anni e verranno analizzati anche gli appezzamenti fertilizzati biologicamente.
Le trame non fecondate differivano l’una dall’altra nei parametri enzimologici e microbiologici del loro strato di 10-20 cm., In questo strato, la trama di loess aveva attività più basse di deidrogenasi e ureasi, conteneva meno batteri, respirava meno fortemente (produceva meno CO2) e degradava la cellulosa più lentamente della trama del suolo nativo. Nello strato di 35-45 cm, non c’erano differenze significative tra i due grafici. La differenziazione del profilo come indicato dai dati enzimologici e microbiologici è stata ridotta nel diagramma di loess.,
Affrontando i problemi di valutazione del suolo nella zona ricoltivata della miniera di lignite situata nella “Niederrheinische Bucht”, Schröder (1986) ha confrontato un terreno nativo, caratteristico per questa zona, con due terreni tecnici rappresentativi del loess, la cui ricoltivazione agricola è iniziata nel 1970. La ricoltivazione di uno di questi due terreni era considerata buona e quella dell’altro cattiva. Pertanto, in ciascun orizzonte, la densità apparente era inferiore a 1,65 g cm-3 nel terreno ricoltivato buono e aveva un valore più alto nel terreno ricoltivato cattivo., Nello strato 0-40-cm, l’attività deidrogenasi, come la produzione di CO2 e la decomposizione della cellulosa, ha mostrato il seguente ordine: terreno nativo > terreno ricoltivato buono > terreno ricoltivato cattivo.
Haubold et al. (1987) ha effettuato un confronto analogo utilizzando 15 terreni ricoltivati buoni e 15 cattivi su loess, anch’essi provenienti dalla zona di lignite nella regione del Reno. Hanno scoperto che l’attività deidrogenasi, la biomassa microbica e la decomposizione della cellulosa nello strato 0-40-cm erano, in generale, circa il 50-100% inferiori nei terreni ricoltivati rispetto ai terreni nativi., Allo stesso tempo, i valori medi di questi parametri microbici e quelli dei parametri chimici analizzati (contenuto di C, N, Na, K, Mg e Ca e capacità di scambio cationico) non hanno evidenziato differenze notevoli tra i terreni ricoltivati buoni e cattivi. Riteniamo che questa scoperta, sebbene valida per l’attività deidrogenasi (attività dipendente dalla proliferazione momentanea di microrganismi), non possa essere applicata a quegli enzimi che sono in grado di accumularsi nel suolo e di essere, nello stato accumulato, indipendenti dalla proliferazione microbica momentanea., L’attività di tali enzimi non è stata valutata da questi ricercatori.
In altri studi condotti nella stessa zona mineraria della striscia di carbone, Schröder et al. (1987a) e Schroder (1988a, b) hanno determinato, tra le altre cose, l’attività deidrogenasi nello strato 0-40-cm di 13 terreni argillosi-limosi loess tecnogenici formati dopo poldering di liquami di bottino seguito dalla loro ricoltivazione agricola per 6-25 anni, e hanno scoperto che l’attività era significativamente più alta nei terreni più vecchi rispetto a quelli più giovani., Anche i contenuti di C, N, K e Ca, la capacità di scambio cationico e la biomassa microbica sono aumentati significativamente nel tempo, mentre la diminuzione dipendente dal tempo dei contenuti di carbonato, Na e Mg e l’aumento della decomposizione della cellulosa erano insignificanti. Le correlazioni significative tra età e parametri microbici e chimici dei terreni tecnogenici avevano i seguenti coefficienti. 0,82 (attività deidrogenasi), 0,72 (biomassa microbica). 0,95 (contenuto C), 0,59 (contenuto N), 0,87 (contenuto K), 0,74 (contenuto Ca) e 0,70 (capacità di scambio cationico).,
Generalizzare i risultati ottenuti in uno studio comparativo 29 technogenic suoli formatisi dopo la rideposizione di loess come materiale secco (16 suoli) o come materiale umido in (13 suoli) e dell’adiacente nativo suoli in pianta compatta di copertura, tutte situate nel carbone di zona della regione del Reno, Schröder (1988b), traendo la conclusione che deidrogenasi attività, biomassa microbica e cellulosa decomposizione in arati strato di technogenic terreni, compresi quelli vecchi, raggiunto solo circa il 30-50% i valori registrati nel corrispondente livello dei nativi suoli.,
Müller et al. (1988) ha studiato, nel 1987, le proprietà biologiche, oltre a quelle chimiche e fisiche, di 12 terreni tecnogenici situati nella zona di Köln-Bergheim (all’interno della zona della lignite nella regione del Reno). Questi terreni sono stati ricoltivati dopo la rideposizione di loess come materiale secco 20 anni prima. Da quel momento, quattro di loro sono stati utilizzati come foresta di acero e carpino, quattro come pascoli e quattro come terreni coltivabili.,
L’attività deidrogenasi e la biomassa microbica erano più elevate nello strato di 0-10 cm dei terreni da pascolo, intermedie nello stesso strato dei terreni forestali e più basse nello strato arato (0-30 cm) dei terreni arabili. L’accumulo di humus e N era anche più evidente nello strato 0-10-cm dei terreni forestali e dei pascoli che nello strato 0-30-cm dei terreni arabili. L’attività deidrogenasi e la biomassa microbica sono state determinate anche nello strato di 10-30 cm dei terreni da pascolo e forestali e i valori ottenuti sono stati inferiori a quelli registrati nello strato di 0-10 cm., Il contenuto di humus e N è diminuito con la profondità di campionamento in tutti i terreni. Va aggiunto che numerose tane di lombrico sono state osservate nei terreni forestali e dei pascoli, ma solo alcune si sono verificate nei terreni arabili.
Sebbene le proprietà biologiche e chimiche dello strato di 0-10 cm fossero migliori nei terreni da pascolo che nei terreni arabili, le proprietà fisiche dei terreni da pascolo erano insoddisfacenti, perché il loro strato di 30-40 cm era compattato sotto la traccia degli animali da pascolo poiché la copertura erbacea non era ancora resistente ai disturbi meccanici., In conclusione, durante i primi decenni i terreni ricoltivati non sono raccomandati per l’uso come pascoli.
In seguito a queste indagini, Schumacher et al. (1993) campionati, all’inizio di marzo 1992, due giovani (< 12 anni) e quattro vecchi (> 25 anni) ricoltivati spoil (loess) trame. Uno dei giovani appezzamenti conteneva terreno arabile e l’altro era sotto vegetazione forestale. I quattro vecchi appezzamenti sono stati utilizzati come terreni coltivabili non concimati e da cortile, rispettivamente foreste e pascoli. Un terreno loess arabile nativo era il controllo., Le profondità di campionamento erano 0-15 e 15-30 cm (terreni arabili), orizzonte Ah (per lo più la profondità di 5-10 cm) e orizzonte Y1 (fino a 30 cm di profondità) (terreni forestali e praterie). Le attività di deidrogenasi e invertasi e la respirazione indotta dal substrato (evoluzione di CO2 da campioni modificati dal glucosio) erano sempre più elevate nel vecchio terreno erboso e più basse nel giovane terreno arabile. Sia i terreni forestali giovani che quelli vecchi erano più attivi dei vecchi terreni arabili. Sorprendentemente, la gestione agricola del vecchio terreno arabile non ha comportato un aumento delle attività e della respirazione*., In accordo con questi risultati, il contenuto organico di C era basso nei terreni arabili e mostrava importanti accumuli nell’ordine: suolo forestale vecchio> suolo erboso vecchio> suolo forestale giovane.
In uno studio simile, Schneider et al. (1995) rispetto circa 10 – e 25-year-old ricultivation spoil (loess) appezzamenti utilizzati come terreni coltivabili o foreste. I campionamenti sono stati effettuati nei mesi primaverili del periodo 1988-1993. Attività deidrogenasi e respirazione indotta dal substrato determinata in entrambi gli aggregati di terreno intero (> 1.,5 cm) e nelle loro parti esterne, centrali e interne dagli strati 5-10 cm di trame di bottino coltivabile di 10 e 25 anni non hanno mostrato differenze significative a seconda dell’età della trama e delle parti aggregate del terreno. Al contrario, l’attività della deidrogenasi e la respirazione negli strati di 5-10 cm dei terreni forestali erano significativamente più elevate negli appezzamenti di 25 che nei terreni di 10 anni e aumentavano, all’interno degli aggregati del suolo, dalle parti esterne verso quelle interne, in appezzamenti di entrambe le età., Agli strati di 20-25 cm degli stessi terreni, l’attività e la respirazione davano valori bassi, non erano dipendenti dall’età e non mostravano evidenti differenze nelle tre parti degli aggregati del suolo. Il contenuto organico di C è stato trovato di nuovo ad accumularsi nei terreni forestali. Abbondanza di diversi invertebrati, tra cui lombrichi, era anche maggiore nella foresta che nei terreni coltivabili., In conclusione, è stato raccomandato che la ricoltivazione agricola del bottino di lignite nella regione studiata inizi con la ricoltivazione forestale; in tali condizioni, i terreni arabili raggiungeranno uno “stadio di maturità” più rapidamente.
Alcuni dei risultati delle complesse indagini del suolo, comprese quelle enzimologiche, eseguite nella zona della lignite del Reno e riviste sopra, sono stati ribaditi da Schröder e Schneider (1992) e Schneider e Schröder (1995).,
Nella zona di Halle-Lipsia, Machulla e Hickisch (1988) hanno analizzato, dal punto di vista enzimologico e microbiologico, i cumuli di rottami (prevalentemente argillosi bruni o marnosi) derivanti dall’estrazione a strisce di lignite a Espenhain. Nel 1987, i campioni sono stati prelevati dallo strato di 0-20 cm di cumuli di 1, 9, 18 e 27 anni. Il mucchio di 1 anno non è stato seminato con piante coltivate. Uno dei cumuli di 9 anni è stato coltivato con erba medica, mentre un altro cumulo di 9 anni e i cumuli di 18 e 27 anni sono stati fertilizzati con sterco liquido diluito e tagliati a cereali., I controlli hanno riguardato un’area incolta al margine del sito minerario e un terreno lasciato incolto in un campo cerealicolo.Sono state determinate le attività di catalasi e deidrogenasi e il numero di batteri, actinomiceti, microfunghi, microrganismi cellulolitici e mobilizzanti i fosfati e cellule di Pseudomonas fluorescens. Sono stati studiati anche la presenza di microrganismi proteolitici, l’abbondanza di Azotobacter chroococcum e l’intensità della decomposizione della cellulosa.,
I risultati hanno mostrato che l’attività enzimatica è aumentata e la microflora si è arricchita sia quantitativamente che qualitativamente in parallelo con l’età dei cumuli di bottino. Dopo 18-27 anni di ricoltivazione, l’attività della catalasi e la microflora nei cumuli sono diventate simili a quelle dei terreni di controllo. Al contrario, l’attività della deidrogenasi è rimasta molto più bassa anche nel mucchio di 27 anni rispetto all’attività misurata nei terreni di controllo.,
Nella regione mineraria della striscia di lignite di Wetterau, a nord di Francoforte sul Meno, sono state eseguite complesse indagini sul suolo da Schröder e Schneider (1992) e Schneider e Schroder (1995). Per la ricoltivazione del bottino (loess; pH 7.4-7.7), è stato applicato il metodo di deposizione a secco. Sono stati studiati terreni giovani (8-11 anni) e vecchi (20-25 anni) e terreni indisturbati sotto uso agricolo.
L’accumulo di C organico e N totale nel corso degli anni è stato molto lento nello strato 0-30-cm e anche molto più lento negli strati più profondi delle trame di bottino., Ma l’attività della deidrogenasi era marcatamente più alta nelle vecchie trame di bottino che nei giovani. Tuttavia, il livello di attività dei terreni indisturbati non è stato raggiunto.
Per la caratterizzazione del bottino nella zona mineraria di Niederlausitz (Bassa Lusazia) (regione di Cottbus), Katzur e Haubold-Rosar (1996) e Kolk e Hüttl (1996) hanno applicato anche metodi enzimologici.
Queste spoglie sono molto acide (pH 1,7-3.,5) a causa del loro contenuto di disolfuro di ferro (pirite, marcasite), da cui si genera acido solforico attraverso agenti atmosferici chimici e batterici (Thiobacillus ferrooxydans); le loro discariche rimangono sterili di vegetazione per decenni, se non ricoperte da uno strato di terreno coltivabile spesso 100 cm o non sottoposte a miglioramento. Per il miglioramento, le discariche sono trattate con ceneri di lignite ricche di calce o di base (per aumentare il pH a 5,0 nello strato di 0-45 cm necessario per il rimboschimento) e con fertilizzanti minerali (a tassi di 100-150 kg di N, 25-50 kg di P e 100-200 kg di K ha-1)., La calce o la cenere devono essere incorporati nel bottino ad una profondità di 60 cm, meglio 100 cm. I concimi sono semplicemente incorporati nello strato superiore di spoil. Quindi, le discariche di bottino migliorate sono piantate con specie di alberi forestali.
Katzur e Haubold-Rosar (1996) hanno scoperto che l’attività della catalasi e la respirazione indotta dal substrato (glucosio) determinata negli strati superficiali organici e nei topsoils su discariche di detriti migliorate e ricoltivate dalla foresta erano più alte nelle latifoglie che nelle foreste di conifere., Per esempio, in cenere trattati rovinare butta sotto diversi popolamenti di diverse età, i valori dell’attività della catalasi e la respirazione è aumentato nel seguente ordine: Pinus sylvestris (22 anni) < P. sylvestris (27 anni) < Quercus rubra-Tilia cordata (31 anni) < Populus nigra (29 anni). L’accumulo di C e N era anche il più alto sotto il supporto di pioppo e il più basso sotto il supporto di pino di 22 anni.,
Kolk e Hüttl (1996) hanno determinato l’attività della fosfatasi alcalina nello strato minerale di 0-10 cm di giovani (< 5 anni) discariche di spoil piantate con cloni di pioppo e salice a crescita rapida (nella miniera di Welzow-Süd). Le trame di bottino non coperte di terreno forestale (presso la miniera di Reichwalde) servivano per il confronto. Questi appezzamenti di controllo non contenevano carbone o solo piccole quantità di polvere di carbone.,
L’ordine di attività della fosfatasi alcalina nel bottino campionata nell’aprile 1996 era il seguente: trama di controllo contenente carbone< trama di controllo contenente piccole quantità di polvere di carbone< trama di pioppo ≈ trama di salice.
È stato anche riscontrato che l’attività della fosfatasi alcalina è un parametro incomparabilmente più sensibile per la caratterizzazione del bottino rispetto alla biomassa microbica, poiché la biomassa microbica nello strato minerale 0-10 cm relativamente altamente attivo della fosfatasi delle trame di pioppo e salice non era misurabile, essendo molto piccola.