IV. Hidroliza enzimatic n sol pentru evaluarea, recuperarea i de dezvoltare dup minerit Multe studii au demonstrat scderea C organic, a biomasei microbiene, i a activitii enzimelorcu ct ptrundem mai adnc n sol. Ross et al. (39) a artat c ndeprtarea a 10 cm din sol, dar mai ales a 20 cm de sol fertil din parcelele folosite la punat, a redus semnificativ activitatea

unui numr de enzime. Aceasta constatare nu este deloc surprinztoare, deoarece n partea de sus a solului au loc principalele activiti biologice n materia organic. Ceea ce este deosebit de interesant,

este faptul c dup ndeprtarea a 10 cm de sol fertil din aceast pune a rezultat un nou sol, tot fertil dar care conine cu aproximativ 40% mai puin C organic, dar cu 60% mai puin activitate a ureei i fosfatazei, activitatea invertazei i amilazei este cu 75% mai mic, activitatea celulozei scade cu mai mult de 80% i a xilanazei; numai sulfataza, potrivit C organic, are un declin de 40% n activitate.(39). Speir i colab. (40) a artat c C organic a sczut relativ liniar cu adncimea n solul punii, n timp ce mai multe activiti enzimatice, activitatea respiratorie si microbian a biomasei a sczut mult mai rapid n primii 15 cm dect n restul profilului de sol. S-a ajuns la concluzia c enzimele carbohidrolaze (amilaza, celulaza, invertaza, xilanaza, i, ntr-o mai mic msur xilopiranozidaza) pot fi strns legate de activitatea biologic din sol i pot fi mult mai mari dect cele anticipate de coninutul de C organic, n stratul de sol de deasupra, din cauza aerrii mbuntite i accesibilitii substratului (40). Pe alt parte, ureaza, fosfataza, i mai ales sulfataza pot fi mai legate de cantitatea de C organic care stabilizeaz, extracelular, legtura componentelor organo-minerale.

Tehnologiile de recuperare a acestor soluri n urma mineritului i metode pentru a evalua recuperarea lor se aplic n mod egal la dezvoltarea reconstruirii peisajelor fostelor mine subterane sau de suprafa ( minele de crbune sau alte resurse minerale). Se estimeaz c aproximativ 1600 X 109 m3 de steril minier s-au acumulat pe suprafaa Pmntului pn n 1980 i au crescut cu aproximativ 40 X 109 m3 pe an pn n 1998 (14). Reabilitarea cantitilor de steril i a peisajelor degradate este acum o parte integrant a operaiunilor miniere n multe pri ale lumii. Caracteristicile enzimologice ale acestor soluri ''tehnogene'' construite au fost revizuite pe larg (7,11,14,41,42).Solurile ''tehnogene'' pot fi compuse din materii provenite numai din subteran, din materii vegetale stocate sau o combinaie intermediar ntre cele dou. Stocarea solului din materii vegetale duce la o scdere a activitii biologice a solului (14), probabil din cauza lipsei completarii cu reziduuri din plante uor degradabile i ali factori precum compactarea i aerarea redus. Speir i colab. (43) a constatat c activitile proteazei, sulfatazei, i ureazei a 12 soluri rmase necultivate a sczut semnificativ n 5 luni, n timp ce n cazul n care solurile plantate cu iarb, plante perene activitile n general au rmas neschimbate sau au crescut.

Scderea activitii enzimatice n solurile necultivate este, atribuit activitii microbiene n declin datorit reziduurilor de plante degradate, materia organic fiind aproape inactiv. Probabil, prin urmare, activitatea biologic iniial a solului vegetal sau a unui sol ''tehnogenic'', indiferent prin modul n care este fcut, este considerabil mai mic dect cea a solului iniial. Cu siguran activitile biologice i enzimatice gsite n stratul de suprafa a unui sol neperturbat este mult mai mare (40) (fig. 2).

Dick i Tabatabai (9) a concluzionat c'' n mediile iniial lipsite de plante sau viaa microbian, aa cum se gsete pe sterilul provenit din minerit, exist o corelaie strns ntre speciile de plante, activitile microbiene i cea a enzimelor.''Prin urmare, n primele etape de transformare a terenului care a avut suprafaa solului distrus (de exemplu, dup eroziune sau exploatare minier), sau n stadii incipiente de dezvoltare tecnogen a solurilor provenite din steril depozitat i deeuri materiale, (de exemplu, de mbuntiri funciare dup minerit), o relaie strns ntre productivitatea plantelor i activitatea enzimatic a solului ar putea fi de ateptata. Ross et al. (39,44) a investigat relaia dintre recuperarea proprietilor biochimice a solului i de productivitate a plantelor, ntr-un sol a unei puni care a avut 10 sau 20 cm de sol vegetal ndeprtat, ntr-o ncercare de a simula efectele mineritului. Ratele de recuperare a invertazei, amilazei, celulazei, i xilanazei, dar nu a fosfatazei, sulfatazei, sau a ureazei, au fost dup 3 ani, mult mai mari dect rata de recuperare a C organic (tabelul 1). Cu toate acestea, dup 5 ani, de recuperare a tuturor proprietilor, acestea au ncetinit. n primele stadii de recuperare, activitile enzimatice, n general corelate foarte strns cu producia de pune, dar pe termen mai lung (5 ani), activitile sunt mai strns legate de recuperarea C organic (tabelul 1). Recuperare relativ rapid a activitii invertazei, de asemenea, au avut loc ntr-un deal, cu climat temperat (45), n cazul n care solul iniial a erodat n bucele de pn la 60 -cm adncime. Restaurarea de activitatii de invertaz n regenerare punilor a fost completata n 11 ani, n timp ce activitatea fosfatazei fost de aproximativ 36% din cel al unui sol neerodat (DJ Ross, TW Cere, AW Vest, comunicare personal, 1984).

ntr-o anchet de strategii de nlocuire diferite n construcia tecnogenica solurile dup simularea lignitului mineritului, randamentelot ierburi n toate tratamentele de nlocuire au atins nivelul moderat al parcelele de control al punilor in termen de 3 ani, atta timp ct solul a fost rupt pentru a atenua compactarea (46). Activiti biochimice, inclusiv cele de invertaz i sulfataza, au crescut rapid n toate tratamentele din primele etape ale procesului. Activitatea de invertaz atins nivelul solului de control dup 3 ani, i de sulfataz a atins acest nivel n dou din cele trei tratamente de nlocuire dup 5 ani. In contrast, coninutul C organic a crescut liniar de la 47% pn la 76% din cel al controlului la nceputul proces la 68% -92% dupa 5 ani. Corelaiile C organic i invertaz i sulfataza sunt prezente in activitile cu randamentele ierburilor, folosind toate datele pe parcursul celor 5 ani de studiu, sunt prezentate n Tabelul 2. Nivelurile activitatii de invertaz a solului i, n mai mic msur, de activitate sulfataza ofera un bun indicator al produciei de plante furajere ca un progres de restaurare. Acest material vegetal ar fi contribuit considerabil la creterea rapid la activitatea de invertaz sol. Astfel o acumulare rapid a activitii biologice a solului i a productivitii plantelor este mai degrab o excepie dect o regul. Cele mai multe investigaii au artat c activiti enzimatice ale solurilor tehnogene, n general, au fost considerabil mai mici dect cele din Solurile de control sau natal, chiar i dup 20 de ani sau mai mult (11,14). Este probabil ca optimizarea factorilor, cum ar fi intrri ngrminte, aerare sol, drenaj, i densitatea n vrac, precum i climatice, a dus la condiii extrem de favorabile pentru recuperarea solurilor din Noua Zeeland..

Este interesant de a specula de ce exist o relaie puternic ntre productivitatea plantelor i activitatea enzimei a solului, cel puin n stadiile incipiente de dezvoltare a unui sol fertil.

Plantele i substanele nutritive din sol sunt oferii de recuperare,ce asigura C si permite populaiile microbiene iniial rare pentru a prolifera. Microorganismele i, ntr-o mica msur, fragmentele de plante sunt sursa principal a enzimelor. Ambele, intracelular i concentraii de enzime extracelulare crete proporional cu numrul microbienelor, iar enzimele extracelulare sunt capabile sa devina legate i stabilizate la multe din locurile neocupate n sol. Aa cum este menionat, exista posibilitatea ca o prima acumulare a unei componente enzim extracelular sa vital n etapele iniiale ale proliferaii microbiene, deoarece astfel de enzime pot cataliza nceperea degradrii substraturilor de plante macromoleculare (17,18). Odata ce aceste mecanisme sunt n curs de desfurare, ar putea fi de ateptat ca rata de recuperare a activitii enzimatice a solului s ar potrivi productivitii plantelor i ar putea fi proporional cu intrarea rezidurilor de plante. n cazul substanelor nutritive i fizice condiii nu sunt limitative, productivitatea plantelor conducand procesul spre nivelurile activitatii biologice gsite n aproprierea solurilor deranjate , cu aceleai materiale primare i proprietilor chimice. Rata de recuperare a activitilor biologice i enzimelor depete rata de recuperare a solurilor continutului de materie organica. Cu trecerea timpului i a situri de stabilizare, enzimelor extracelulare devin saturate, concentraiile lor pot nivel scazut, i crete n activitatea enzimei cu un numr tot mai mare de microbiene iar coninutul materiei organice poate fi apoi o funcie numai enzime intracelulare (microbian i a plantelor). Dac starea de nutrieni a solului i starea fizic nu sunt limitative, productivitatea plantelor ar putea conduce n continuare la un numar crescut de microbiene i a coninutului de materie organic, si nu mai pot fi legate direct de totalizarea activitatii enzimei in sol.

n situaii sol-recuperare, cum sunt cele descrise, activitile enzimei nu trebuie neaprat s li se atribuie un rol n procesul de recuperare. Ele sunt doar indicatori care pot fi utilizati pentru a da rapoarte intermediare privind rata de recuperare a productivitii plantelor i pot prezice cat de mult va durata recuperarea complet. Unii indicatori mai buni dect alii; aceasta poate fi o funcie a enzimelor nai sau pot fi specific unui sit, a solul, sau specific vegetaie. Enzimele carbohidrate, n special cele implicate n defalcare de reziduurilor plantelor macromoleculare (de exemplu, xilanaz), sau invertaz din cauza relaiei cu materiei vegetale (47), poate fi, de ce mai multe ori predictorii mai buni determinarea fosfatazei, sulfatazei, i enzime ureazice. Ca timp progreseaza, activitatile grupului din urma care sunt, probabil, mai strns legate de componentele organice din sol, i probabil de mare stabilizare, componenta extracelular mascheaza modificri mai subtile rezultate la creterea microbian i producia vegetal. n general, cu toate acestea, noi nu facem pe deplin nelese aceste relaii. Prin urmare, previziunile de productivitate sau rate de recuperare a solurilor degradate sau tehnogene din analiza cantitativ a unei singure enzime in sol, sau chiar a mai multor enzime izolate ale proprietilor solui; ar fi nelept n acest stadiu,inca un instrument experimental in predictia rolului de recuperare a enzimelor solului este o alta abordare pentru a prezice succesul si efectele perturbarii solului.

Procedurile de recuperare a fost de a utiliza o tehnic de analiz multivariat (48).

Acest Metoda utilizeaz proprietile biologice, inclusiv fosfataza alcalin enzime, sulfataz, deaminazei arginin, proteaza, invertaza, i dehidrogenaza, n combinaie cu alte proprieti ale solului i este capabila s discrimineze ntre solurile afectate de forajul de ulei , suprafetele de minerit, scurgeri de hidrocarburi, i conducte de construcie, netulburat solurile din zone similare. Dei motivul pentru alegerea de aceste enzime speciale, nu este clar discriminant, funcia combinarii celor apte proprieti, inclusiv fosfataza alcalin i arginina activiti dezaminrii, clasifica n mod corect 86% din solurile netulburate i 70% din solurile deranjate. Aceast investigaie, care a cuprins 68 de soluri si care acoper cinci grupuri de sol Canadian, pare s ofere o baz pentru a reclasifica o singura data solul deranjat, fiind un remediu suficient si echivalent cu un sol netulburat.