Les métaux lourds suppriment l'activité enzymatique dans le sol de trois à 3,5 fois et ont un effet particulièrement important sur les enzymes qui soutiennent la circulation du carbone et du soufre, selon un pédologue de RUDN, avec ses collègues du Chili, Allemagne, le Royaume-Uni et le Venezuela. Les données obtenues par l'équipe peuvent conduire à une utilisation et une fertilisation plus efficaces des terres agricoles. Les résultats de l'étude ont été publiés dans Science de l'environnement total .

Les enzymes du sol favorisent les réactions chimiques dans les sols, réguler le métabolisme cellulaire des organismes du sol, participent à la décomposition de la matière organique et à la formation de l'humus. La qualité et la fertilité du sol dépendent dans une large mesure de l'activité des enzymes du sol. Métaux lourds, comme le plomb, zinc, cadmium, le cuivre, et l'arsenic, réduire les capacités catalytiques des enzymes, interférant ainsi avec la circulation des éléments chimiques.

Yakov Kuzyakov et ses collaborateurs internationaux ont analysé 46 études sur l'effet des métaux lourds sur les enzymes du sol. Les auteurs ont choisi six enzymes et les ont regroupées selon les éléments chimiques qu'elles affectent. Par exemple, l'arylsulfatase est une enzyme qui favorise les réactions entre l'eau et les acides soufrés. Par conséquent, il est associé au cycle biogéochimique du soufre. De la même manière, d'autres enzymes jouent leur rôle dans les cycles du carbone, l'azote ou le phosphore.

L'équipe a comparé l'activité des enzymes dans les sols sains et ceux contaminés par des métaux lourds. Enzymes intracellulaires (c. celles trouvées dans les cellules des racines des plantes et des microbes) associées aux cycles du carbone et du soufre se sont avérées les plus sensibles à la contamination. Cela pourrait être dû au fait que les enzymes extracellulaires se lient aux argiles et à la matière organique, ce qui les rend plus stables.

"Les enzymes extracellulaires sont plus résistantes en raison du complexe organo-minéral qui les stabilise dans l'environnement du sol et qui manque aux enzymes intracellulaires. Les enzymes qui participent à la circulation de l'azote et du phosphore ont montré des niveaux de réduction d'activité moyens à faibles car elles sont majoritairement extracellulaires, " a déclaré Yakov Kuzyakov, un doctorat en biologie, le directeur du Centre de modélisation mathématique et de conception d'écosystèmes durables à RUDN.

Arylsulfatase et déshydrogénase, deux enzymes chargées des échanges gazeux, glycolyse et fermentation, ont été trouvés les plus sensibles. Dans les sols contaminés par des métaux lourds, leur activité a diminué respectivement de 64% et 72%, c'est-à-dire de trois à 3,5 fois. Certaines enzymes, comme la bêta-glucosidase et la catalase, a démontré une activité réduite, même lorsque la concentration de métaux lourds dans le sol était très faible (jusqu'à 200 mg pour 1 kg). Contrairement à ceux-là, uréase, une enzyme qui joue un rôle dans la circulation de l'azote, est moins sensible à la concentration en métaux lourds :son activité diminue de 10 % aux faibles niveaux de contamination et jusqu'à 70 % lorsque les valeurs de contamination sont extrêmement élevées. Notamment, l'activité des phosphatases acides augmente en présence de petites quantités de cadmium et de cuivre en petites quantités.

"Notre étude conduit à une meilleure compréhension des processus qui provoquent la dégradation des sols sous l'influence de la contamination par les métaux lourds. Les résultats obtenus peuvent aider à développer de nouvelles méthodes de restauration des sols contaminés, " a ajouté Yakov Kuzyakov.