18Инновационные аспекты развития науки и техники
УДК 57.017
Лукошкова Анна Анатольевна Lukoshkova Anna Anatol'evna
кандидат биологических наук, доцент candidate of sciences in biology, associate professor Попова Людмила Федоровна Popova Lyudmila Fedorovna
доктор биологических наук, кандидат химических наук, профессор doctor of biological sciences, candidate of chemical sciences, professor Северный (Арктический) федеральный университет Northern (Arctic) federal university
БИОМАРКЕРЫ ПОЧВ ПРИ ЗАГРЯЗНЕНИИ НЕФТЕПРОДУКТАМИ
BIOMARKERS MARKERS OF SOILS CONTAMINATED WITH OIL PRODUCTS
Аннотация. В условиях модельного опыта определены биологические свойства почв при разных видах нефтяного загрязнения. Выявлены информативные биологические показатели загрязненных почв. Рассчитан интегральный показатель эколого-биологического состояния почв.
Abstract: In the conditions of a model experiment the biological properties of soils at different types of oil pollution are studied. The informative biological indicators of contaminated soils are revealed. An integral indicator of ecological and biological state of soils was calculated.
Ключевые слова. Арктический регион, дерново-подзолистая почва, нефтепродукты, биологические свойства, информативный показатель, интегральный показатель эколого-биологического состояния почв.
Key words: Arctic region, dernovo-podsolic soil, oil products, biological properties, informative indicator, integral indicator of ecological and biological state of soils.
Биологические свойства почв высокочувствительны к химическому загрязнению и первыми показывают отклонения от нормального состояния и функционирования. При загрязнении почв нефтью или нефтепродуктами биологические показатели применяют для диагностики почв, установления
Международная научно-практическая конференция норматива их качества, оценки целесообразности и эффективности их рекультивации [1; 2].
С целью выявления биомаркеров почв при загрязнении их нефтепродуктами был проведен лабораторный модельный опыт с применением вегетационного метода [3] и методики, предложенной С.И. Колесниковым с соавторами [2]. Для эксперимента были отобраны условно чистые дерново-подзолистые почвы различного гранулометрического состава: глина, суглинок и супесь.
В рамках опыта смоделирована серия равномерного загрязнения почвы нефтепродуктами: бензин АИ 92, дизельное топливо зимнее, моторное масло М8Р, со сроком инкубации в 1 месяц. Загрязнение нефтепродуктами с концентрациями: 5; 10 и 50 г/кг, проводили в трехкратной повторности. Инкубирование почвы осуществляли в вегетационных сосудах при температуре 20 - 22 °С с оптимальной влажностью в 60 % от полной влагоемкости. В почвенных образцах модельного эксперимента были определены остаточное содержание нефтяных углеводородов и десять биологических показателей: численность колониеобразующих единиц (КОЕ) бактерий, актиномицетов и грибов [4; 5]; активность почвенной уреазы и каталазы [6]; дыхательная активность [7]; интенсивность микробного разложения целлюлозы [8]; фитотоксичность (всхожесть, энергия прорастания, длина главного корня) [9].
Полученные экспериментальные данные были обработаны статистически общепринятыми методами при помощи программы Microsoft Excel.
Степень информативности исследованных биологических показателей почв определена на основании корреляционной зависимости показателей с остаточным содержанием нефтепродуктов.
Оценка степени нарушения функций почв при их загрязнении нефтепродуктами проведена на основе методологии интегрального показателя эколого-биологического состояния почв (ИПЭБСП) [1].
Инновационные аспекты развития науки и техники В ходе исследования связь с загрязнением установлена для семи показателей в глинистой, пяти - в суглинистой и четырех - в супесчаной почвах (табл.1).
Таблица 1. Ряды информативных биологических показателей почв,
загрязненных нефтепродуктами
Глина Суглинок Супесь
Показатель Коэффиц иент корреляц ии, г Показатель Коэффиц иент корреляц ии, г Показатель Коэффиц иент корреляц ии, г
Дыхательная +0,93 Активность -0,88 Дыхательная +0,74
активность почвенной каталазы активность
Активность +0,75 Дыхательная +0,67 Активность -0,71
почвенной активность почвенной
уреазы каталазы
Численность +0,72 Длина главного +0,60 Длина главного +0,64
КОЕ бактерий корня проростка корня проростка
Активность -0,66 Целлюлозолити +0,53 Целлюлозолити +0,50
почвенной ческая ческая
каталазы активность активность
Численность +0,64 Активность +0,52 - -
КОЕ почвенной
актиномицетов уреазы
Длина главного +0,58 - - - -
корня проростка
Целлюлозолити +0,50 - - - -
ческая
активность
По степени информативности исследованные показатели при загрязнении нефтепродуктами образуют ряд (в среднем по гранулометрическим составам): дыхательная активность > активность почвенной каталазы > численность КОЕ бактерий > численность КОЕ актиномицетов > активность почвенной уреазы > длина главного корня проростка > целлюлозолитическая активность.
Значения ИПЭБСП снижаются относительно незагрязненных почв только в почвах, загрязненных бензином и дизельным топливом.
В почвах, загрязненных бензином, ИПЭБСП снижается на всем диапазоне концентраций. Минимальное снижение (не более чем на 10 %), влекущее слабую степень деградации [10], зафиксировано в супесчаной почве при загрязнении 10
Международная научно-практическая конференция г/кг. Снижение (на 10-25 %), обуславливающее среднюю степень деградации почвы, происходит при загрязнении 5г/кг (во всех почвах) и при загрязнении 10 г/кг (в суглинистой почве). Максимальное снижение (более чем на 25 %), при котором нарушаются физические экосистемные функции, наблюдалось при загрязнении 10 г/кг (в глинистой почве) и при загрязнении 50 г/кг (во всех почвах).
В почвах, загрязненных дизельным топливом, снижение ИПЭБСП происходит на 5-10 % при загрязнении 5 г/кг (в супесчаной почве) и при загрязнении 10 г/кг (во всех почвах); на 10-25% при загрязнении 50 г/кг (во всех почвах). Снижение ИПЭБСП более чем на 25 % в почвах, загрязненных дизельным топливом, не зарегистрировано.
Таким образом, после одного месяца инкубации остаточные содержания углеводородов бензина при начальных концентрациях 5; 10 и 50 г/кг и дизельного топлива при начальной концентрации 50 г/кг оказывают токсичное воздействие на биологические свойства почв и вызывают заметные нарушения функций почв. Исследованные концентрации моторного масла не оказывают антибиологического воздействия.
Библиографический список:
1. Вальков, В. Ф. Методология исследования биологической активности почв на примере Северного Кавказа / В. Ф. Вальков, К. Ш. Казеев, С. И. Колесников // Научная мысль Кавказа. Изд-во СКНЦВШ, 1999. - № 1. - С. 32.
2. Колесников, С. И. Биодиагностика экологического состояния почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами / С. И. Колесников, К. Ш. Казеев, В. Ф. Вальков, Д. К. Азнаурьян, М. Г. Жаркова. - Ростовн/Д: Изд-во ЗАО Ростиздат, 2007. - 192 с.
3. Агрохимические методы исследования почв. - М.: Наука, 1975. - 656 с.
4. Аникеев, В. В. Руководство к практическим занятиям по микробиологии: учебное пособие для студентов биол. специальностей пед. ин-тов. / В. В. Аникеев, К. А. Лукомская. - М. : Просвещение, 1977. - 128 с.
Инновационные аспекты развития науки и техники
5. Васильева, З. В. Лабораторные работы по микробиологии. Для студентов - заочников V курса биолого-химических факультетов педагогических институтов / З. В. Васильева, Г. А. Кириллова, А. С. Ласкина. - М. : Изд-во Просвещение, 1979. - 78 с.
6. Хазиев, Ф. В. Методы почвенной энзимологии / Ф. В. Хазиев. - М. : Наука, 2005. - 252 с.
7. Schlichting E, Blume H-P, Stahr K, Bodenkundliches Praktikum. Parays Studientexe. - Berlin: Blackwell, 1995. V. 81. - 295 p.
8. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под. ред.Д. Г. Звягинцева. - М. : МГУ, 1991. - 302 с.
9. Евдокимова, Г. А. Биологическая активность почв в условиях аэротехногенного загрязнения на Крайнем Севере / Г. А. Евдокимова, Е. Е. Кислых, Н. П. Мозгова. - Л. : Наука, 1984. - 120 с.
10. Колесников, С. И. Оценка и прогноз состояния почвенного покрова и наземных экосистем в целом на основе осуществления почвой экологических функций / С. И. Колесников, К. Ш. Казеев // Устойчивость почв при антропогенном воздействии. Тезисы докладов Всероссийской конференции. Москва, 2002. - С. 49.
