Глоссарий

Альгин – полимер, входящий в состав клеточных стенок бурых водорослей.

Ауксотрофные организмы - нуждаются в экзогенных источниках некоторых физиологически активных органических веществ, в частности в витаминах В₁₂, В₁ , в биотине.

Гомоцитные цианопрокариоты имеют все клетки одинаковые по морфологии.

Гетероцитные цианопрокариоты кроме обычных клеток включают гетероцисты.

Микроценоз - сообщество микроскопических организмов.

Убиквисты -(от лат. ubique — повсюду, везде), виды растений и животных, обитающие повсеместно (в самых разнообразных условиях окружающей среды). Например, тростник обыкновенный растёт от тропиков до Арктики — в водоёмах и на суше, на глинистом и песчаном грунте; волк распространён от тундр до полупустынь и пустынь.

Фуцин - полимер, входящий в состав клеточных стенок бурых водорослей.

Эдафофильные водоросли – предпочитающие почву в качестве среды жизни.

Занятие 4 Почвенная протистофауна и ее изменения при загрязнении среды нефтепродуктами

Цель: изучить проблемы нефтезагрязнения почвы и простейших имеющих индикаторное значение для почвы, чистой и загрязненной нефтепродуктами.

Ключевые слова: фитомелиорация, метод биокоррекции загрязнений, про­тистофауна, раковинные амебы – тестациды, биоиндикаторы.

Задание для подготовки к занятию:

Прочтите: А) Загрязнение почв нефтепродуктами и перспективы их дальнейшего использования; Б) Простейшие. Ответьте на вопросы для самоконтроля (письменно).

А) Загрязнение почв нефтепродуктами и перспективы их дальнейшего использования

Значительное влияние на деградацию почв оказывает их загрязнение нефтепродуктами. Нарастает загрязнение земель продуктами добычи, транспортировки и переработки нефти. Основные нарушения земель нефтяной промышленностью происходят при строительстве и эксплуатации буровых и нагнетательных скважин, продуктопроводов, компрессорно-насосных станций, пунктов подготовки нефти, земляных нефтешламовых амбаров и других объектов.

Действие на почву загрязнения нефтепродуктами сохраняется достаточно длительный промежуток времени. Как отмечает Р.Р.Сулейманов, загрязнение серых лесных почв сырой нефтью за 15-30 лет проникает до 35 метров с преимущественным накоплением в гумусово-аккумулятивном горизонте. Скорость разложения нефти в разных типах почв и регионах различается в 5 и более раз, восстановление первоначальной продуктивности растягивается от 1 до 15 лет.

Деградация почв под влиянием нефтепродуктов определяется совместным действием на почву нефтепродуктов, сопутствующих компонентов, продуктов их физико-химической, ферментативной и микробиологической трансформации. В результате загрязнения почв нефтепродуктами возникают нарушения геологической, водной, почвенно-грунтовой среды, напочвенного покрова и биоты.

В качестве эколого-геохимических характеристик основного состава принято содержание легкой фракции (начало кипения 200^о), метановых углеводородов (включая твердые парафины), циклических углеводородов, смол, асфальтенов и сернистых соединений. Легкая фракция нефти включает низкомолекулярные метановые (алканы), нафтеновые (циклопарафиновые) и ароматические углеводороды. Большую часть легкой фракции составляют метановые углеводороды (алканы с С₅ – С₁₁ – пентан, гексан …). Метановые углеводороды, находясь в почвах, водной и воздушной средах, оказывают наркотическое и токсическое действие на живые организмы. Особенно быстро действуют нормальные алканы с короткой углеводородной цепью. Они лучше растворимы в воде, легко проникают в клетки организмов через мембраны, дезорганизуют цитоплазменные мембраны организма. Большинством микроорганизмов нормальные алканы, содержащие в цепочке менее 9 атомов углерода, не ассимилируются, хотя и могут быть окислены.

Вследствие летучести и более высокой растворимости низкомолекулярных алканов, их действие обычно не бывает долговременным. В соленой воде нормальные алканы с короткими цепями растворяются лучше, а следовательно, более ядовиты. Отмечается сильное токсическое действие легкой фракции на микробные сообщества и почвенных животных. При этом рассматриваемые компоненты мигрируют по почвенному профилю и водоносным горизонтам, значительно расширяя ареал первичного загрязнения (с уменьшением содержания легкой фракции токсичность нефти снижается, но возрастает токсичность ароматических соединений, относительная доля которых растет) (Ю.И.Пиковский; В.П.Середина; М.А.Глазовская). Путем испарения из почвы можно удалить от 20 до 40% легких фракций.

Существенные изменения происходят в составе органического вещества почв. По данным Орловой Е.Е., взаимодействие гумусовых веществ нефтепродуктами приводит к увеличению абсолютного содержания всех групп и фракций гумусовых кислот. Малоазотистые углеводороды нефти включаются в молекулы гумусовых кислот. Отмечается увеличение доли периферических структур в молекулах и расширение отношения С:N, снижение оптической плотности, увеличение содержания Н, уменьшение С и О, расширение отношения Н к С и уменьшение степени окисленности. Снижается термодинамическая устойчивость. Согласно литературным данным, в гумусе увеличивается доля негидролизуемого остатка, содержание окисленных соединений и высокомолекулярных конденсированных ароматических структур, многие из которых обладают канцерогенными свойствами.

Ряд авторов отмечает, что даже при влиянии на почву остаточного нефтяного загрязнения отмечается ухудшение качественного состава гумуса, обеднение его азотом, формирование для черноземов гумуса фульватно-гуматного типа.

Нефтяное загрязнение приводит к глубокому изменению всех звеньев естественных биоценозов. Общая особенность всех нефтезагрязненных почв – изменение численности и ограничение видового разнообразия педобионтов (почвенной мезо- и микрофауны и микрофлоры). При этом типы ответной реакции разных групп педобионтов на загрязнение неоднозначны (Н.М.Исмаилов). Происходит массовая гибель почвенной мезофауны (наиболее токсичными для них оказываются легкие фракции нефти).

Комплекс почвенных микроорганизмов после кратковременного ингибирования отвечает на нефтяное загрязнение повышением численности и усилением активности. Основной «взрыв» микробиологической активности падает на второй этап естественной деградации нефти. Развиваются «специализированные» группы, участвующие на разных этапах в утилизации углеводородов. В почвах, загрязненных углеводородами, происходит усиленное размножение микроорганизмов – бактерий, фиксирующих азот, денитрифицирующих и сульфат-восстанавливающих, которые используют нефть, в качестве углерода и энергии. В дальнейшем, в процессе разложения нефти в почвах общее количество микроорганизмов приближается к фоновым значениям, но численность нефтеокисляющих бактерий еще долгое время превышает те же группы в незагрязненных почвах (в южной тайге – 10-20 лет). Исследования показали, что загрязнение почвы нефтью резко угнетает развитие основных групп почвенных микроорганизмов. Содержание бактерий, усваивающих органический азот, уменьшались в 26-218 раз, в соответствии с концентрацией нефти 8 и 25 л/м²; бацилл в 8 и 49 раз, микроскопических грибов в 6 и 10 раз, по сравнению с незагрязненной почвой (Ф.Х.Хазиев). Изменение экологической обстановки приводит к подавлению фотосинтетической активности растительных микроорганизмов. Особенно это сказывается на развитии почвенных водорослей – от их частичного угнетения и замены одних групп другими до выпадения отдельных групп или полной гибели всей альгофлоры.

В загрязненных почвах снижается численность большинства почвенных ферментов. В.Ю. Хакимов отмечает, что из изученных классов ферментов наиболее чувствительны к загрязнению нефтью – гидролазы (инвертаза и фосфатаза). Габбасова И.М. также установила, что среди гидролитических ферментов при загрязнении наиболее подавляются фосфатаза, активность которой не восстанавливается и после снижения содержания нефтепродуктов до ПДК. Указанные изменения приводят сначала к уменьшению дыхания почв, а затем к возрастанию. Максимум численности микроорганизмов соответствует горизонтам ферментации и снижается по профилю почв по мере уменьшения концентраций углеводородов.

Культурные растения отличаются по устойчивости к нефтяному загрязнению: слабоустойчивые – овес, пшеница, бобы; среднеустойчивые – люпин, мышиный горошек; сильноустойчивые – рожь, ячмень, горох, подсолнечник. Ограничительным моментом к использованию урожая может быть повышенное содержание в биомассе 3,4-бенз(а)пирена.

Перспективным методом очищения почв является метод биокоррекции загрязнений (Foght, Westlake), при котором используют следующие приемы: 1) активацию деградирующей способности микрофлоры, естественно содержащейся в загрязненной почве, путем внесения биогенных элементов, кометаболизируемых субстратов, кислорода; 2) интродукции в загрязненную почву специализированных микроорганизмов, предварительно выделенных из различных загрязненных источников или генетически модифицированных.

Показана перспективность бактерий рода Rhodococcus и спорообразующих бактерий для создания препаратов по биодеградации нефти и нефтепродуктов в почве. Полученный на основе штамма Bacillus sp. 739 препарат бациспецин не только ускоряет разложение нефти, но и способствует продуктивности почвы.

На основе штаммов Mycobacterium flavescens, Pseudomonas patida, Acinetobacter sp. создан и широко применяется для очистки нефти препарат «Экойл». При этом бактериальные ассоциации, в отличие от отдельных штаммов, более интенсивно утилизируют нефть. (Наиболее сильная вспышка микробиологической активности приходится на второй этап биодеградации нефти. При дальнейшем снижении численности всех групп микроорганизмов до контрольных значений, численность углеводородо-окисляющих организмов на многие годы остается аномально высокой.). Показана высокая эффективность промышленного препарата «Деворойл», в состав которого входят несколько видов нефтеокисляющих микроорганизмов. Однако, применение биопрепаратов эффективно при концентрации нефтепродуктов в почве не выше 10-15%.

Положительное влияние на развитие биодеградации нефтепродуктов в почве оказывает создание оптимальных условий для нефтеокисляющих микроорганизмов. Хорошие результаты дает применение NPK до N₁₈₀P₁₈₀K₉₀ в сочетании с навозом (до 140 т/га), внесение в почву биогумуса, активного ила, сидератов, сточных вод животноводческих комплексов. При этом особая роль принадлежит азотным удобрениям.

Фитомелиоративный этап рекультивации нефтезагрязненных почв является наиболее длительным. В почве остаются, в основном, высоко конденсированные компоненты нефти: полициклические ароматические углеводороды, смолы и асфальтены, трудно разлагаемые микроорганизмами. Для интенсификации процессов биодеградации компонентов нефти используют легко метаболизируемые материалы растительного происхождения, увеличивающие биологическую активность сапротрофных почвенных микроорганизмов, например, отходов сельскохозяйственного производства. Органические удобрения вносят в высоких дозах (десятки тонн на 1 га).

[Савич В.И., Парахин Н.В., Сычев В.Г., Степанова Л.П., лобков В.Т., Амергужин Х.А., Щербаков А.И., Романчик Е.А. Почвенная экология / Орел, Издательство Орел ГАУ, 2002 - Ч.1]