1.2.2. Вплив на мікроорганізми

Процес природного фракціонування і розкладання нафти починається з моменту її надходження на поверхню ґрунту. Виділяють три найбільш загальних етапу трансформації нафти в ґрунтах:

1. фізико-хімічне і частково мікробіологічне розкладання аліфатичних вуглеводнів;

2. мікробіологічне руйнування головним чином низькомолекулярних структур різних класів, новоутворення смолистих речовин;

3. трансформація високомолекулярних сполук; смол, асфальтенів, поліциклічних вуглеводнів.

Тривалість всього процесу трансформації нафти в різних грунтово-кліматичних зонах різна: від декількох місяців до декількох десятків років [18].

Забруднення нафтою чинить негативний вплив на хімічні, фізичні та біологічні властивості ґрунтів. Під впливом нафти та її компонентів змінюється чисельність мікроорганізмів основних фізіологічних груп, погіршуються агрофізичні, агрохімічні властивості ґрунту, знижуються активність окисно-відновних і гідролітичних ферментів, забезпеченість ґрунту рухомими формами азоту і фосфору [19].

На розкладання нафти в грунті вирішальним чином впливає функціональна активність комплексу грунтових мікроорганізмів, які забезпечують повну мінералізацію нафти і нафтопродуктів до вуглекислого газу і води. На першій стадії зміна грунтової біоти характеризується масовою загибеллю мезо- і мікрофауни; на другій стадії - «бумом» мікробіологічної активності спеціалізованих мікроорганізмів і подальшої поступової еволюцією біоценозу, що корелює з постійно змінюється геохимической ситуацією в грунті.

Забруднення нафтою істотно змінює комплекс грунтових актиноміцетів, знижуючи їх чисельність і збіднюючи видовий склад. Крім того, в забрудненій нафтою грунті зростає число фітопатогенних і фітотоксичних видів мікроскопічних грибів. Розвиток фітотоксичних форм грибів може посилити негативний вплив на грунт нафтового забруднення.

Показано, що забруднення нафтою призводить до істотного (на два порядки) зниження чисельності гетеротрофною частини мікробного комплексу, зазначеного на початкових етапах впливу нафти. Через три місяці відбувається відновлення чисельності гетеротрофів.

Спочатку, в інтервалі концентрацій нафти відповідних зоні гомеостазу (до 1 мл/кг), вона не робить істотного впливу на грунтову мікробіоту, виступає як біологічний стимулятор. Більш високі дози (зона стресу 1-30 мл/кг) призводять до незворотних змін мікробіологічних властивостей ґрунту, а в подальшому, - до порушення її водно-повітряного режиму. Потім, в зоні резистентності, вона стає основним трофическим субстратом для углеводородокисляющих мікроорганізмів, одночасно пригнічуючи життєдіяльність інших гетеротрофних мікроорганізмів, рослин і тварин. Нарешті, при ще більших дозах, в зоні репресії, нафта виступає як інгібітор біологічної активності ґрунту.

Зміни мікробіологічних параметрів ґрунту першими розглядаються як значущі екологічні порушення. Вони зафіксовані при концентраціях нафти більш 1-5 мл / кг залежно від типу ґрунту [20].

1.2.3. Вплив на рослини

На сучасному етапі розвитку суспільства рослини відчувають різноманітні антропогенні впливи, у відповідь на які вони змінюють стратегії поведінки. Зміна стратегій поведінки проявляється у виникненні механізмів адаптації до нових екологічних факторів на різних рівнях організації рослин.

Основним антропогенним фактором, що робить стресовий вплив на рослини, є нафтове забруднення. Вивчення адаптаційних механізмів рослин у відповідь на дію нафти уможливлює виявлення ознак, що забезпечують стійкість рослин в умовах нафтового забруднення, з метою їх використання у процесі розробки методів рекультивації та добірки для неї стійких до нафтового забруднення рослин. Досліджувані ознаки можна використовувати як індикатори для характеристики стану ґрунтів при нафтовому забрудненні [21].

Рослини через свою обмеженість у пересуванні також є хорошими об'єктами для спостереження за впливом, який має на них забруднення навколишнього середовища. Опубліковані дані про вплив розливів нафти містять факти загибелі мангрових дерев, морської трави, більшості водоростей, сильного тривалого руйнування від солі живності боліт і прісноводних; збільшення або зменшення біомаси та активність до фотосинтезу колоній фітопланктону; зміна мікробіології колоній і збільшення числа мікробів. Вплив розливів нафти на основні місцеві види рослин може тривати від декількох тижнів до 5 років залежно від типу нафти; обставин розливу і видів, які постраждали. Робота з механічного очищення сирих місць може збільшити відновний період на 25% -50%. Для повного відновлення мангрового лісу потрібно 10-15 років[22].

Небезпека забруднення нафтою і нафтопродуктами пов'язана, насамперед, з високою чутливістю до нього вищих рослин, при тому, що вони займають ключове положення практично у всіх наземних екосистемах, визначаючи існування і склад інших біологічних компонентів біогеоценозів: тварин і мікроорганізмів.

Вплив нафти на рослини обумовлено, як її безпосереднім токсичним впливом, так і трансформацією грунтового середовища [23].

Наслідком забруднення нафтою є деградація рослинного покриву (Піковський, 1993; Солнцева, 1998). Відбувається уповільнення росту рослин, хлороз, некроз, порушення функції фотосинтезу і дихання. Обволікаючи коріння рослин, важкі нафти і нафтопродукти різко знижують надходження вологи, що призводить до загибелі рослини. Ці речовини малодоступні мікроорганізмам, процес їх деструкції йде дуже повільно, іноді десятки років. Спостерігається недорозвинення рослин аж до відсутності генеративних органів.

Під впливом вуглеводнів відзначається загибель нестійких видів рослин. Внаслідок цього відбувається збіднення видового складу рослинності, формування її специфічних асоціацій уздовж технічних об'єктів, зміна нормального розвитку водних організмів. Відзначається олуговіння, формування болотної рослинності, поява галофітною асоціацій. Змінюється хімічний склад рослин, в них відбувається накопичення органічних (включаючи ПАУ) і неорганічних забруднюючих речовин. Рослини в результаті гинуть.[ 24]

Морфологічні та анатомічні зміни рослин.

Нафта чинить негативний вплив на зростання, метаболізм і розвиток рослин, пригнічує ріст надземних і підземних частин рослин, значною мірою затримує початок цвітіння. Забруднені нафтою квітки рідко утворюють насіння [25].

Нафтове забруднення значною мірою змінює морфологію рослини. Спостерігається зменшення росту стебла у висоту, зменшення його радіального росту, нафтове забруднення інгібує ростові процеси. В умовах забруднення нафтою значно знижується площа асиміляційної поверхні рослин (у мезофітних і ксерофітних рослин). Коренева система зменшує свої розміри, змінює свою морфологію (перехід від мочковатих типу кореневої системи до стрижневий). Припиняється формування бульбочок і розвиток кореневих волосків.

Значним змінам піддаються анатомічні особливості рослин. Збільшується товщина листової пластинки, зникає кутикула, зменшуються розміри клітин і кількість хлоропластів. У кореневій системі рослин відбувається потовщення епідерми, збільшується кількість ксилемних елементів і розмір центрального циліндра, обсяг повітроносних тканин [26]

Зміни анатомії і морфології органів спрямовані на створення захисних механізмів і виконують компенсаторну функцію у відповідь на нафтове забруднення. Відповідна реакція рослин на нафтове забруднення залежить від їх приналежності до екологічної групи. Спостерігається посилення ксероморфних ознак у стійких до нафтового забруднення рослин, що забезпечує їм захист від токсичної дії нафти.

У літературі відзначається різна реакція рослин на нафту в залежності від їх біоморфи і систематичної приналежності [27].

В цілому на нафтозабруднених Ґрунтах у рослин відзначаються такі фізіономічні і фенологічні відхилення від норми:

1. поява гігантських і карликових форм;

2. порушення нормальних пропорцій в зовнішньому вигляді рослин;

3. виникнення наростів, напливів, потовщень, що додають окремим екземплярам потворний вигляд;

4. порушення нормального ритму розвитку (повторне цвітіння видів, нормально квітучих один раз в сезон);

5. сильна пошкодженість рослин шкідниками [28].

Біохімічні та фізіологічні зміни.

Нафтове забруднення ґрунтів значною мірою впливає на рівні вмісту фотосинтетичних і флавоноїдних пігментів в листках рослин.

У рослин, які ростуть в умовах нефтозабруднення, спостерігається зниження вмісту всіх фотосинтетических пігментів (хлорофілу а, хлорофілу b, каротиноїдів) і зростання кількості флавоноїдних сполук. Так само нафтове забруднення може сприяти накопиченню антоціанових пігментів [29]. З ростом концентрації нафти у ґрунті зменшується вміст нітратів у коренеплодах, і помітно збільшується концентрація вітаміну С.

На клітинному і фізіологічному рівні вплив вуглеводнів нафти на рослини проявляється в порушенні структури хлоропластів і фотосинтезу. Вуглеводні ушкоджують мембрани хлоропластів, мітохондрій, мембрани клітин кореня. Рослини, що ростуть при нафтовому забрудненні ґрунту, містять значно більшу кількість речовин зі стресспротектівнимі властивостями [30]. Таким чином під дією нафтових забруднень в рослинах відбуваються різні зміни як зовнішні, які можна розрізнити візуально, так і внутрішні, які можна виявити тільки за допомогою спеціальних досліджень і проведення низки аналізів.

Стійкість рослин до нафтового забруднення сильно залежить від стадії їх розвитку та біомаси. Найбільш чутливі до токсичного впливу нафтопродуктів рослини, що знаходяться на ранніх стадіях розвитку, а стійкі - багаторічні дорослі рослини, так як у них відбувається відростання нових органів із сплячих бруньок після загибелі частини рослин після забруднення [31]

Очевидно, що здатність різних рослин виростати в умовах нафтового забруднення неоднакова. Виявлення і вивчення рослин, здатних не тільки виростати на нафтозабруднених Ґрунтах, а й сприяти їх відновленню є важливим аспектом для підвищення ефективності очищення нафтозабруднених ґрунтів [32].