Влияние мелиорантов на биологическое состояние чернозема при нефтезагрязнении. Монография

4.3. Влияние мочевины, гумата калия, глауконита и «Dop-Uni» на ферментативную активность…

грязнение нефтью достоверно не изменяло активность пероксида- зы. Самостоятельное применение мелиорантов стимулировало ак- тивность пероксидазы на 10–12 %.

300

250

200

150

100

50

0 -50

Рис. 6. Изменение активности пероксидазы через 30 суток после внесения мелиорантов, % от нефтезагрязнения

Известно, что пероксидазы катализируют окисление полифено- ловвприсутствииперекисиводородаилиорганическихперекисей, так как сами перекиси обладают сравнительно слабым окисляю- щим действием на фенолы. Их влияние направлено на окисление гумусовых веществ (Хазиев, 2005). Увеличение активности перок- сидаз может быть связано с общим содержанием ОВ (R = 0,64) и ос- таточным содержанием нефти (R = 0,68).

Активность полифенолоксидаз нефтезагрязненного чернозема была простимулирована на 10 % от контрольного. В сочетаниях Н + глауконит; Н + «Dop-Uni» + гумат калия наблюдали сниже- ние активности полифенолоксидазы на 19 и 22 % соответственно. Кроме того, по сравнению с незагрязненными образцами актив- ность полифенолоксидаз увеличивалась на 15–20 %. Похожие тен-

41

Глава 4. Влияние мочевины, гумата калия, глауконита и «Dop-Uni» на биологическое состояние чернозема…

250

200

150

100

50

0

-50

Рис. 7. Изменение активности полифенолоксидазы через 30 суток после внесения мелиорантов, % от нефтезагрязнения

денции, а именно стимулирование активности полифенолоксидаз внесением нефти, показаны в работах Р. Р. Сулейманова с соавто- рами (2007, 2012). Обратная связь представлена с остаточным со- держанием нефти (R = -0,83) и с активностью каталазы (R = -0,78) (приложение 3).

Известно, что полифенолоксидазы участвуют в превращении органических соединений ароматического ряда в компоненты гу- муса. Активность полифенолоксидаз идентифицирует процессы гумификации чернозема (синтеза гумусовых веществ), а перокси- даз – минерализации (распада гумусовых веществ). Коэффициент гумификации или гумусообразования (КГ) демонстрирует отноше- ние между активностью полифенолоксидазы и пероксидазы и поз- воляет оценить тенденции процессов гумусообразования: мине- рализации или гумификации. Если значение коэффициента (КГ) равно 1, то можно утверждать, что процессы синтеза и распада гу- мусовых веществ находятся в относительном равновесии (Дырин,

42

4.3. Влияние мочевины, гумата калия, глауконита и «Dop-Uni» на ферментативную активность…

2015; Хасанова и др., 2015). Так, в нефтезагрязненном черноземе показан баланс между процессами гумификации и минерализа- ции (КГ = 1). Внесение нефти, по сравнению с контролем, усили- вает гумификацию чернозема. В контроле зафиксировано увели- чение процессов минерализации, т. е. распада гумусовых веществ (КГ = 0,90). При самостоятельном внесении биологически активных веществ, кроме гумата калия, обозначена разная интенсивность процессов минерализации и гумификации. Например, для гума- та калия характерна тенденция к минерализации (КГ = 0,89). При внесении гумата калия с другими мелиорантами коэффициент гу-

Г= 0,65 для комплекса гумата калия с глауконитом

иКГ = 0,77 для комплекса гумата калия с «Dop-Uni». Увеличение коэффициента гумификации не всегда можно идентифицировать как усиление процессов гумусообразования в сторону новообра-

зования. Также нельзя утверждать, что КГ меньше 1 свидетель- ствует об усилении процессов минерализации (Минникова и др., 2017). При ремедиации загрязненных техническим маслом почв

ииспользовании для биоремедиации бактерий рода Acinetobacter авторами наблюдалось увеличение коэффициента гумификации через 15 суток после начала опыта (Логинова и др., 2011). Н. А. Ки- реевой (2009a) доказано, что загрязнение нефтью оказывает вли- яние на активность пероксидаз в листьях и корнях, это, вероятно, связано с увеличением пула окисленной и восстановленной форм рибофлавина, которые обеспечивают устойчивость растительной клетки к стрессовым факторам.

На активность инвертазы, уреазы и фосфатазы загрязнение не- фтью оказало подавляющее воздействие: активность ферментов снижалась на 30–80 % (рис. 8–10, приложение 2). На активность инвертазы самостоятельное применение мелиорантов или не ока- зало достоверного влияния, или оказало подавляющее воздейс- твие (мочевина и комплексы с мочевиной – на 40–80 %).

Активность инвертазы при ремедиации глауконитом, мочеви- ной, «Dop-Uni» и гуматом калия снизилась на 45 %. При внесении всех мелиорантов, кроме глауконита с гуматом калия, наблюда- лосьсущественноеснижениеактивностиинвертазы. Вероятно, вне- сение мелиорантов в почву, загрязненную нефтью, было недоста- точным, чтобы активизировать углеводокисляющую микробиоту,

43

Глава 4. Влияние мочевины, гумата калия, глауконита и «Dop-Uni» на биологическое состояние чернозема…

в том числе гидролазные бактерии, трансформирующие сложные сахара до более простых (например, фруктозы). Прямую корреля- цию активности инвертазы наблюдали с остаточным содержанием нефти (R = 0,88), активностью каталазы (R = 0,93), а обратную – с активностью пероксидаз (R = -0,92).

10

0 -10 -20 -30 -40 -50 -60

Рис. 8. Изменение активности инвертазы через 30 суток после внесения мелиорантов, % от нефтезагрязнения

Учитывая изменение азотного фонда в почвах при нефтезагряз- нении, можно предположить, что активность уреазы – достаточно информативный показатель восстановления плодородия почв при нефтезагрязнении. После 30-суточной экспозиции внесения всех мелиорантов замечена высокая чувствительность активности уре- азы (рис. 9). На ее активность в некоторых вариантах (мочевина или комплексы с мочевиной) наблюдались стимулирующие эф- фекты на 130–205 %. На активность фосфатазы во всех вариантах отмечено подавляющее воздействие на 35–82 %.

Нафоненефтезагрязнения применениеисследуемыхвеществне оказаловосстанавливающегоэффектанаактивностьинвертазы. На активность уреазы применение мочевины исочетаний мелиорантов

44

4.3. Влияние мочевины, гумата калия, глауконита и «Dop-Uni» на ферментативную активность…

300

250

200

150

100

50

0

Рис. 9. Изменение активности уреазы через 30 суток после внесения мелиорантов, % от нефтезагрязнения

с ней оказало стимулирующий эффект: активность фермента была выше уровня нефтезагрязнения на 100–250 %. Что касается актив- ности фосфатазы, то мелиоративные эффекты отмечены в вариан- тах с мочевиной, гуматом калия и комплексами с гуматом калия. Прямая корреляция показана с содержанием ОВ (R = 0,74) и ак- тивностью каталазы (R = 0,63) и полифенолоксидаз (R = 0,62). Об- ратную зависимость наблюдали с фитотоксическими показателями: высотой побега (R = -0,50) и длиной корней (R = -0,70).

Наиболее чувствительным к загрязнению ферментом оказа- лась фосфатаза. Ее активность оставалась ниже контроля на 30– 90 % во всех вариантах при нефтезагрязнении и внесении изучен- ных веществ (рис. 10).

Определено, что активность фосфатазы при внесении нефти снижалась на 80 % относительно контроля. При внесении моче- вины, «Dop-Uni» в нефтезагрязненный чернозем замечено увели- чение активности на 20 % относительно нефтезагрязнения. Вне- сение гумата калия с глауконитом простимулировало активность

45

Глава 4. Влияние мочевины, гумата калия, глауконита и «Dop-Uni» на биологическое состояние чернозема…

50

40

30

20

10

0 -10 -20 -30

Рис. 10. Изменение активности фосфатазы через 30 суток после внесения мелиорантов, % от нефтезагрязнения

фосфатазы на 30 %. Однако стоит отметить, что при внесении ме- лиорантов как самостоятельных веществ, и в чистую, и в нефтеза- грязненную почву, наблюдалась большая стимуляция активности фосфатазы, чем при комплексном внесении нескольких мелиоран- тов сразу. Есть прямая корреляционная связь с содержанием ОВ

(R = 0,57), каталазы (R = 0,87) и полифенолоксидаз (R = 0,70).

Определение эмиссии СО2 – косвенного показателя микробио- логической активности – показало, что при загрязнении нефтью 5 % через 3 и 20 суток эмиссия СО2 была выше контроля на 50 и 100 % соответственно (рис. 11).

Применение мочевины и сочетаний мелиорантов с ней как са- мостоятельно, так и при загрязнении нефтью оказывало выражен- ный стимулирующий эффект как на третьи, так и на 20-е сутки. Эмиссия СО2 была выше контроля на 100–600 %. Вероятно, подоб- ные процессы связаны с активизацией почвенной биоты, способс- твующей деградации нефти. Усиленная эмиссия СО2 при внесении мочевины обусловлена и разложением самой мочевины как угле- родсодержащего соединения на диоксид углерода и воду.

46

4.4. Влияние мочевины, гумата калия, глауконита и «Dop-Uni» на изменение фитотоксических свойств

Рис. 11. Изменение эмиссии СО2 нефтезагрязненного чернозема обыкновенного после внесения мелиорантов, % от нефтезагрязнения

4.4.Влияние мочевины, гумата калия, глауконита

и«Dop-Uni» на изменение фитотоксических свойств

При загрязнении почвы нефтью имел место незначительный стимулирующий эффект на всхожесть и длину корней редиса (при- ложение 1, рис. 12–14). Применение мочевины самостоятельно и в сочетании с «Dop-Uni», с гуматом калия и со всеми мелиорантами оказало 100 %-е токсическое воздействие на показатели прораста- ния и интенсивности начального роста редиса. Самостоятельное применение глауконита, «Dop-Uni», гумата калия и комплексов с гуматом калия оказывало стимулирующий эффект на длину кор- ней и побегов на 60–82 %. Подобный эффект обусловлен внесением этих веществ как удобрений и препаратов, стимулирующих поч- венную биоту и способствующих деградации нефти.

При загрязнении нефтью наблюдали незначительное увели- чение всхожести редиса (на 13 %), что при низких концентраци- ях нефти отмечено и в работах других авторов (Колесников и др., 2006; 2011). Использование мелиорантов в вариантах с мочевиной, глауконита с мочевиной, комплексное внесение всех мелиорантов, включая мочевину с глауконитом, мочевину с гуматом калия и

47

Глава 4. Влияние мочевины, гумата калия, глауконита и «Dop-Uni» на биологическое состояние чернозема…

30

20

10

0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70

Рис. 12. Изменение всхожести редиса через 30 суток после внесения мелиорантов, % от нефтезагрязнения

Рис. 13. Изменение длины побегов редиса через 30 суток после внесения мелиорантов, % от нефтезагрязнения

«Dop-Uni», вызывало 100 %-ю токсичность (Кочергин, 1961; Гамзи- ков, 1981; Мирчник, 1988; Нефти и нефтепродукты, 1999; Батов- ская и др., 2006; Колесников и др., 2006; Киреева и др., 2009; Но- виков, 2012; Зейферт, Гемерова, 2013). Всхожесть семян редиса

48

4.4. Влияние мочевины, гумата калия, глауконита и «Dop-Uni» на изменение фитотоксических свойств

при внесении глауконита и «Dop-Uni» в нефтезагрязненный чер- нозем увеличивалась на 32–45 % по сравнению с незагрязненным черноземом. При совместном внесении глауконита с «Dop-Uni» наблюдалось увеличение всхожести на 48 % по сравнению с конт- ролем. Наличие гуматов калия в почве снижало всхожесть семян на 63 % от контроля.

20

10

0 -10 -20 -30 -40 -50 -60

Рис. 14. Изменение длины корней редиса через 30 суток после внесения мелиорантов, % от нефтезагрязнения

Высота побегов редиса на нефтезагрязненном черноземе была на 30 % ниже, чем в контроле (см. рис. 13). В вариантах с гуматом калия, гуматом калия с «Dop-Uni» стимуляция отмечена выше контроля и нефтезагрязненного чернозема на 30 и 50 % соответ- ственно.

В вариантах с глауконитом, «Dop-Uni» и гуматом калия с гла- уконитом высота побегов была на уровне контроля. В вариантах с гуматом калия, глауконитом и «Dop-Uni» на 34–45 % ниже контро- ля и нефтезагрязненного чернозема. Отмечали прямую корреля- цию с содержанием лабильного органического вещества (R = 0,74), обратную – с общим ОВ (R = -0,84).

49

Глава 4. Влияние мочевины, гумата калия, глауконита и «Dop-Uni» на биологическое состояние чернозема…

Некоторые сходные тенденции отмечены и для изменения дли- ны корней редиса (см. рис. 14). Однако длина корней на нефтезаг- рязненной почве была выше, чем на чистой, на 26 %. Стимуляция также отмечена в вариантах с гуматом, гуматом калия с «Dop-Uni», гуматом калия с «Dop-Uni» и мочевиной, где длина корней выше контроля на 57, 25 и 51 % соответственно. В нефтезагрязненных вариантах с внесением «Dop-Uni» длина побегов была на уровне контроля.

Токсичной по отношению к растению считают почву, в ко- торой наблюдается снижение длины побегов до 10 % по срав- нению с контрольными образцами (Hodenberg, 1974). В работе С. И. Колесникова с соавторами (2006) показано, что нефть вы- зывает снижение показателей интенсивности начального роста и всхожести семян. По данным авторов, фитотоксичность нефте- загрязненных почв Северного Прикаспия в районе газоперера- батывающего завода была высокой (Бондаренко, 2014). С ростом концентрации нефти и нефтепродуктов до 10 л/м2 всхожесть се- мян мятлика лугового снизилась до 65 % по сравнению с конт- ролем.

Для молодых растений озимой пшеницы сорта «Донщина» при дозе нефти 5 и 10 л/м2 на всех типах почв наблюдали существен- ное снижение высоты надземной части растений, снижение сухой массы (солома), массы зерна в опытных вариантах с увеличением концентрации нефти. Ранее в работе О. М. Шабалина и Т. Н. Де- мьяненко (2009) было показано, что выбросы автотранспорта, в том числе содержащие нефтепродукты легкой фракции (пары бензи- на), оказывают токсическое воздействие на всхожесть тест-расте- ний. Так же как и для побегов, для длины корней отмечают поло- жительную корреляцию с содержанием лабильного органического вещества (R = 0,53) и активностью каталазы (R = 0,90), обратную – с содержанием ОВ (R = -0,82).

Таким образом, загрязнение чернозема нефтью оказало острое токсическое действие на всхожесть, длину корней и высоту побегов тест-объекта редиса. Это было отмечено и другими авторами, осо- бенно при исследовании легких фракций нефти (Измаилов, Пи-

ковский, 1981; Anoliefo, Vwioko, 1995; Pan et al., 2006).

50