Влияние мелиорантов на биологическое состояние чернозема при нефтезагрязнении. Монография

5.4. Влияние мочевины и гумата калия на изменение фитотоксических свойств

Однако мочевина оказывает стимулирующее воздействие на разложение нефти, что выразилось в увеличении эмиссии к на- чалу марта. При самостоятельном влиянии только мелиорантов эмиссия была на уровне контроля. На 60-е сутки продемонстриро- вано усиление эмиссии СО2, вероятно, это обусловлено процессами разложения нефти в почвах, что не всегда достигается за первые 30 суток (Сулейманов, Воеводина, 2016). На рис. 22 показано, что через 60 суток экспозиции эмиссия при внесении мочевины увели- чилась в 2–2,5 раза по сравнению с нефтезагрязнением. Для гума- та калия отмечена эмиссия на уровне нефтезагрязнения, но выше контрольной почвы. Очевидно, что именно внесение мочевины увеличивает эмиссию за счет выравнивания отношения C:N.

За три месяца экспозиции (90 суток) показана существенная ди- намика эмиссии СО2. Мочевина также вызывала увеличение эмис- сии в течение всего апреля с постепенным уменьшением к началу мая, что обусловлено разложением нефти на 90-е сутки более чем на 80 %. Гумат калия вызывал выделение СО2, аналогичное ва- рианту внесения мочевины без нефтезагрязнения. Интенсивность выделения СО2 усиливалась на 60-е и 90-е сутки, что, возможно, обусловлено процессом естественного разложения нефти, имею- щей малую плотность (0,818 г/м3).

5.4. Влияние мочевины и гумата калия на изменение фитотоксических свойств

Загрязнение нефтью оказало подавляющее воздействие на всхожесть, длину корней и длину побегов через 30 и 60 суток на 18–50 % (рис. 23). Применение мочевины оказало выраженное по- давляющее воздействие на длину корней и высоту побегов через 30 и 60 суток на 60–80 %, а на всхожесть через 60 и 90 суток на 78– 80 %. Внесение гумата калия через 30 и 90 суток стимулировало все исследуемые показатели на 20–65 % (приложение 4).

Применение гумата калия на фоне нефтезагрязнения обнару- жило восстанавливающее действие. Всхожесть, высота побегов и длина корней значительно возрастали по сравнению с нефтеза- грязнением (рис. 23–25). Всхожесть семян редиса идентифицирует

61

Глава5. Влияниемочевиныигуматакалиянабиологическоесостояниечерноземапри10 %-муровненефтезагрязнения

энергию прорастания семян, что достаточно информативно при не- фтезагрязнении (Водопьянов и др., 2004). На рис. 23 отражено, что всхожесть семян редиса при внесении мочевины в незагрязненную почву в данной дозировке снижалась. Однако при внесении гума- та калия замечено увеличение всхожести на 90-е сутки экспери- мента на 60 %.

80

60

40

20

0

-20

-40

-60

Рис. 23. Изменение всхожести редиса в черноземе при нефтезагрязнении после внесения гумата калия и мочевины через 30, 60 и 90 суток,

% от нефтезагрязнения

При нефтезагрязнении снижение всхожести на протяжении всех сроков экспозиции составило 20–50 %. При внесении мелиорантов в нефтезагрязненный чернозем показан стимулирующий всхожесть эффект по сравнению с не загрязненной нефтью почвой. Так, при внесении мочевины в нефтезагрязненный чернозем был достигнут уровень контрольной всхожести на 90-е сутки. Похожие тенденции наблюдались при внесении гумата калия: превышение контроля зафиксировано на 90-е сутки эксперимента на 38 %. Всхожесть се- мян – это экспрессный показатель при оценке влияния высоких доз нефти, однако при среднем содержании нефти он не всегда инфор- мативен, что показано в ряде работ (Леонтьева и др., 2008).

62

5.4. Влияние мочевины и гумата калия на изменение фитотоксических свойств

40

30

20

10

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

Рис. 24. Изменение длины побегов редиса в черноземе при нефтезагрязнении после внесения гумата калия и мочевины через 30, 60 и 90 суток,

% от нефтезагрязнения

Так, если всхожесть редиса достаточно постоянная характерис- тика и мало варьируется в течение сезона, то высота побегов реди- са изменялась в широких диапазонах (рис. 25). При внесении мо- чевины по норме расхода, рекомендуемой при нефтезагрязнении, показано увеличение длины побегов на 90-е сутки эксперимента на 65 % выше контроля.

Однако при внесении гумата калия наблюдалось, что даже на 90-е сутки достигнуто значение высоты побегов контрольной поч- вы. Замечено, что при нефтезагрязнении в течение 30 и 60 су- ток высота побегов была снижена на 50 %. Но на 90-е сутки опы- та показана стимуляция высоты побегов относительно контроля на 38 %. При внесении мелиорантов в нефтезагрязненный черно- зем наблюдали неоднозначный эффект на длину побегов. Так, при внесении мочевины происходило снижение высоты побегов на 30-е и 60-е сутки опыта на 50–80 % от контроля, с достижением конт- рольных значений на 90-е сутки эксперимента. Для гумата калия также отмечено снижение высоты побегов на 30-е и 60-е сутки на 30–50 % относительно контроля, с увеличением на 15 % выше кон-

63

Глава5. Влияниемочевиныигуматакалиянабиологическоесостояниечерноземапри10 %-муровненефтезагрязнения

троля на 90-е сутки эксперимента. Прямая корреляция показана с длиной корней редиса и всхожестью семян на 30-е сутки (R = 1,00). Через 60 суток отмечена обратная связь с длиной корней (R = -0,68) и всхожестью (R = -0,83). На 90-е сутки сила корреляционной свя- зи снижалась.

Длина корней редиса достаточно чувствительный показатель при исследовании антропогенного воздействия на почвы (Колес- ников и др., 2006; Киреева и др., 2009b) (рис. 25). В настоящем ис- следовании это подтверждено.

150

100

50

0

-50

-100

Рис. 25. Изменение длины корней редиса в черноземе при нефтезагрязнении после внесения гумата калия и мочевины через 30, 60 и 90 суток,

% от нефтезагрязнения

При внесении только мочевины в дозе, рекомендуемой для био- ремедиации нефтезагрязненных почв, показано снижение длины корней на 30-е и 60-е сутки опыта более чем 80 %. Однако конт- рольные значения не были достигнуты даже на 90-е сутки. При внесении гумата калия стимуляция зафиксирована в течение се- зона относительно контроля. На 90-е сутки имело место превыше- ние контроля на 40 %. Замечена прямая корреляция с всхожестью на 30-е (R = 1,00) и 90-е сутки (R = 0,99). Продемонстрирована пря-

64

5.5. Влияние мочевины и гумата калия на общую численность почвенных бактерий

мая связь на 30-е (R = -0,33), 60-е сутки (R = 0,52), но обратная связь с содержанием ОВ на 90-е сутки (R = -0,91).

5.5. Влияние мочевины и гумата калия на общую численность почвенных бактерий

Численность почвенных бактерий при внесении нефти в почву возросла в 2–4 раза за 90 суток (рис. 26). Воздействие мелиорантов на численность бактерий было неоднозначным.

5,0

4,0

3,0

2,0

1,0

0,0

Рис. 26. Изменение численности почвенных бактерий в черноземе при нефтезагрязнении после внесения гумата калия и мочевины через 30, 60 и 90 суток, млрд/г

Мочевина повышала численность бактерий в нефтезагрязнен- ном черноземе на 90-е сутки в 2,5 раза по сравнению с контролем. Гумат калия вызвал снижение численности бактерий на 60-е и 90-е сутки. При внесении гумата калия и мочевины в чистую поч- ву на 60–90-е сутки стимуляция составила 28–104 %.

Внесение гумата калия снижало численность почвенных бакте- рий, а мочевины – повышало. После внесения мочевины и гумата калия в чистую (незагрязненную нефтью) почву показана стиму- ляция численности бактерий по сравнению с контролем.

65

Глава5. Влияниемочевиныигуматакалиянабиологическоесостояниечерноземапри10 %-муровненефтезагрязнения

5.6. Влияние мочевины и гумата калия на изменение интегрального показателя биологического состояния (ИПБС) чернозема

При 10 %-м загрязнении ИПБС был ниже контроля на 22–45 % через 30–90 суток (рис. 27). Внесение мочевины на фоне нефтеза- грязнения приводило к увеличению ИПБС, но он оставался ниже контроля на 17–30 %. Восстановление почвы после нефтезагрязне- ния 5 и 10 % наблюдалось при внесении гумата калия и сочетаний мелиорантов с гуматом калия, через 90 суток ИПБС достиг уровня контроля.

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

Рис. 27. Изменение интегрального показателя эколого-биологического состояния (ИПБС) чернозема при 10 %-м нефтезагрязнении через 30, 60 и 90 суток,

% от нефтезагрязнения

При изучении влияния мочевины и гумата калия как мелио- рантов чернозема, загрязненного нефтью 10 % от массы почвы, во временной динамике наблюдали существенное восстановление био- логических свойств почвы. При расчете ИПБС использовали следу- ющие биологические показатели: активность каталазы, инвертазы, фосфатазы, изменение длины побегов и корней, число проросших семян, содержание лабильного органического вещества.

66

Заключение

Влияние на биологическую активность нефтезагрязненного чернозема зависит от природы мелиоранта. По стимулирующему действию на биологическую активность нефтезагрязненного чер- нозема исследованные мелиоранты располагаются в следующем порядке: гумат калия (гуминовый препарат) > глауконит (мине- ральный сорбент) > «Dop-Uni» (бактериальный препарат) > мо-

чевина (источник азота). Гумат калия как биостимулятор або- ригенной нефтедеструктивной микробиоты оказывает наиболее благоприятное воздействие на биологические свойства чернозема при любом уровне нефтезагрязнения. Через 90 суток после нефте- загрязнения и применения гумата калия биологические свойства чернозема восстанавливались до уровня незагрязненной почвы.

По стимуляции разложения нефти изученные мелиоранты об-

разуют следующий ряд: гумат калия (гуминовый препарат) > «Dop-Uni» (бактериальный препарат) > мочевина (источник азо-

та). Глауконит не представлен в вышеуказанном ряду, поскольку механизм его действия основан не на стимулировании разложе- ния нефти, а на ее связывании.

Действие мелиорантов зависело от срока экспозиции. Примене- ние мелиорантов на 30-е сутки не оказывало влияния на скорость деструкции нефти, а на 60-е и 90-е сутки внесение мочевины уско- рило естественное разложение нефти в 1,5 раза, гумата калия – в 2 раза.

При совместном применении мелиорантов наблюдается как си- нергетический, так и антагонистический эффект. Использование мочевины с гуматом калия дает синергетический эффект, внесе- ние мочевины с «Dop-Uni» – антагонистический.

Интегральный показатель биологического состояния нефтеза- грязненного чернозема после внесения мелиорантов был макси- мальным при внесении «Dop-Uni» и гумата калия. Максимальный ИПБС показан на 60-е сутки при внесении мочевины и на 90-е сут- ки после внесения гумата калия.

68

Список литературы

1.Акименко, Ю. В. Изменение биохимических свойств чернозема обык- новенного при загрязнении биоцидами / Ю. В. Акименко, К. Ш. Казе- ев, С. И. Колесников // Агрохимия. 2015. № 3. С. 81–87.

2.Акименко, Ю. В. Оценка устойчивости экологических функций почв к загрязнению антибиотиками / Ю. В. Акименко, К. Ш. Казеев, С. И. Колесников, Т. В. Минникова // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2017. Т. 19, № 2-2. С. 207–210.

3.Бабьева, М. А. Биология почв / М. А. Бабьева, Н. К. Зенова. М.: Изд-

во МГУ, 1989. 336 с.

4.Балабанова, Н. Ф. Влияние длительного применения удобрений в зернотравяном севообороте на содержание лабильного органическо- го вещества в лугово-черноземной почве / Н. Ф. Балабанова, Н. А. Во- ронкова // Агрохимия. 2015. № 1. С. 16–22.

5.Биогеография и биодиагностика почв Юга России / К. Ш. Казеев, Е. В. Даденко, Л. С. Везденеева, Т. В. Денисова, С. И. Колесников, В. Ф. Вальков. Ростов н/Д: Ростиздат, 2007. 226 с.

6.Биодиагностика устойчивости предгорных и горных почв Западного Кавказа к загрязнению нефтью и нефтепродуктами / С. И. Колесни- ков, Р. К. Татлок, З. Р. Тлехас, К. Ш. Казеев, Т. В. Денисова, Е. В. Да- денко // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. 2013. № 1. С. 30–34.

7.Биодиагностикаэкологическогосостоянияпочв,загрязненныхнефтью и нефтепродуктами / С. И. Колесников, К. Ш. Казеев, В. Ф. Вальков, Д. К. Азнаурьян, М. Г. Жаркова. Ростов н/Д: Ростиздат, 2007. 192 с.

8.Биологическая активность чернозема выщелоченного, загрязненного продуктами сгорания попутного газа, и возможности ее восстановле- ния при фиторемедиации / Н. А. Киреева, Е. И. Новоселова, А. А. Ша- маева, А. С. Григориади // Почвоведение. 2009b. № 4. С. 498–503.

9.Биологическая рекультивация нефтезагрязненных земель в услови- ях таежной зоны / А. А. Оборин [и др.] // Восстановление нефтезагряз- ненных почвенных экосистем. М.: Наука, 1988. С. 140–159.

10.Биологические показатели нефтезагрязненного чернозема после применения биологически активных веществ. Сертификат о государ- ственной регистрации базы данных № 2018621827 от 16.11.2018 г. / Минникова Т. В., Колесников С. И., Денисова Т. В., Акименко Ю. В.

69

Список литературы

11.Биологические свойства желтозема при загрязнении нефтью и тяже- лыми металлами / С. И. Колесников, А. А. Кузина, Н. А. Вернигорова, К. Ш. Казеев, Ю. В. Акименко // Агрохимия. 2016. № 11. С. 58–64.

12.Бондаренко, А. Н. Фитотоксические свойства нефтезагрязненных почв аридной зоны Северо-Западного Прикаспия / А. Н. Бондарен- ко // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2014.

№ 7. С. 28–32.

13.Буадзе, О. А. Ультраструктурные и цитологические основы действия ксенобиотиков на растительные клетки / О. А. Буадзе // Биотранс- формация ксенобиотиков в растениях. Тбилиси: Менциерба, 1988.

С. 248–284.

14.Вальков, В. Ф. Земельный фонд и почвенный покров // Природные условия и естественные ресурсы. Южный округ. Ростовская область / В. Ф. Вальков, Е. М. Цвылев. Ростов н/Д, 2002. С. 171–226.

15.Вальков, В. Ф. Почвы Ростовской области: генезис, география и эко- логия / В. Ф. Вальков, К. Ш. Казеев, С. И. Колесников. Ростов н/Д: Изд-во Южного фед. ун-та, 2012. 316 с.

16.Вальков, В. Ф. Почвы Юга России / В. Ф. Вальков, К. Ш. Казеев, С. И. Колесников. Ростов н/Д: Эверест, 2008b. 276 с.

17.Вальков, В. Ф. Сравнительная характеристика обыкновенного и южного черноземов Нижнего Дона / В. Ф. Вальков, Г. Г. Клименко, В. С. Крыщенко // Почвоведение. 1980. № 10. С. 5–13.

18.Вальков, В. Ф. Физическая специфика черноземов Предкавказья и Нижнего Дона / В. Ф. Вальков, К. Ш. Казеев, С. И. Колесников // Чер- ноземы Центральной России: генезис, география и экология. Воро-

неж: ВГУ, 2004. С. 101–105.

19.Вальков, В. Ф. Экологическое почвоведение: учебное пособие / В. Ф. Вальков, Ю. А. Штомпель, Н. С. Котляров. Краснодар: Советс- кая Кубань, 2004. 400 с.

20.Влияние загрязнения нефтью и нефтепродуктами на биологическое состояние чернозема обыкновенного / С. И. Колесников, К. Ш. Казеев, М. Л. Татосян, В. Ф. Вальков // Почвоведение. 2006. № 5. С. 616–620.

21.Влияние мелафена на микроорганизмы, входящие в состав актив- ного ила очистных сооружений / Е. О. Михайлова, С. В. Ахмадиева, Л. И. Хабибулина, М. В. Шулаев // Вестник Казанского технологичес- кого университета. 2011. № 7. С. 184–187.

22.Влияние нефтяного загрязнения на бактерии дерново-подзолистой / А. В. Назаров, Л. Н. Ананьина, О. В. Ястребова, Е. Г. Плотникова //

Почвоведение. 2010. № 12. С. 1489–1493.

23.Влияние нефтяного загрязнения на некоторые компоненты экосисте- мы / Ф. Х. Хазиев, Е. И. Тишкина, Н. А. Киреева, Г. Г. Кузиахметов //

Агрохимия. 1988. № 2. С. 56–61.

70