CC BY
67
УДК 631.427; 504.53
1 2 2 М.В. Якутии , А.И. Шепелев , Е.В. Межуев
1СГГА, ИПА СО РАН, Новосибирск
2СурГУ ХМАО, Сургут
БИОМАССА ПОЧВЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ В МОНИТОРИНГЕ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ЭКОСИСТЕМ СРЕДНЕЙ ТАЙГИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
M.V. Yakutin \ A.I. Shepelev 2, E.V. Mezhuev 2 1SSGA, ISSA SB RAS, Novosibirsk Surgut State University, Surgut
BIOMASS OF SOIL MICROORGANISMS AND MONITORINGT OF OIL POLLUTION ECOSYSTEMS AT MIDDLE TAIGA OF WESTERN SIBERIA
The main task of the article is the analysis of changes of soil microbiomass at the conditions of oil pollution and recreational press in the Middle Taiga of Western Siberia. The feasibility of this index for the purposes of ecological monitoring is substantiated.
Ханты-Мансийский автономный округ - один из крупнейших нефтедобывающих районов Тюменской области. В середине 60-х годов на территории Ханты-мансийского Автономного Округа (ХМАО) были обнаружены залегания нефти в больших объемах, и с этих пор добыча нефти и газа является основной отраслью хозяйственной деятельности в регионе.
По мере роста объектов и коммуникаций нефтегазового комплекса, возрастало и воздействие антропогенных и техногенных факторов на природные экосистемы. Но только с начала 90-х годов начали создаваться в городах комитеты, а на предприятиях отделы по охране окружающей природной среды. Цель их создания заключается в контроле за соблюдением установленных требований по охране природы, рациональному использованию природных ресурсов.
Нефтегазовый комплекс является одним из основных источников загрязнения окружающей среды и трансформации экосистем в подзоне Средней тайги. Особенно опасны утечки нефтепродуктов и технических вод при добыче или транспортировке углеводородного сырья из-за коррозии или по истечении сроков эксплуатации продуктопроводов. Лесные экосистемы в районах нефтедобычи находятся еще и под сильной рекреационной нагрузкой [1, 2].
Важнейшую роль в процессах самоочищения почв от нефти играют почвенные микроорганизмы. Именно они способствуют разрушению нефтяных загрязнений и вовлечению продуктов распада нефти в естественный биологический круговорот [3]. Легкие фракции нефти являются субстратом для углеводородокисляющих микроорганизмов. Более тяжелые фракции нефти не токсичны для микроорганизмов, но и активно ими не метаболизируются [4].
В практике экологического мониторинга во всем мире в последние десятилетия все большее применение находят современные методы почвенной микробиологии, поскольку комплекс почвенных микроорганизмов является тонким индикатором состояния не только почвы, но и экосистемы в целом. В частности широко применяются методы определения почвенной микробной биомассы, как важнейшего показателя состояния деструкционного звена биологического круговорота. Эти методы простые, легкие в исполнении и относительно дешевые [5].
Микробная биомасса - это запас углерода в клетках микроорганизмов. Он составляет обычно 1-4 % от общего содержания углерода в почве, но играет исключительно важную роль в превращениях всех биогенных макроэлементов в экосистеме. Но почвенные микроорганизмы не только пассивный резервуар органического углерода, а в первую очередь активнейший агент трансформации и минерализации высокомолекулярных органических соединений, поступающих в почву на разложение [6].
Цель настоящего исследования состояла в оценке применимости показателя биомассы почвенных микроорганизмов в экологическом мониторинге нефтезагрязненных экосистем и экосистем, находящихся под рекреационной нагрузкой, в подзоне Средней тайги.
Данное исследование было проведено в Ханты-Мансийском автономном округе, в подзоне Средней тайги в начале июня. К этому времени полностью оттаял верхний (0-30 см) слой почвы. Были отобраны образцы подстилок и почв (из слоев 0-10, 10-20 и 20-30 см) в окрестностях города Сургут в экосистемах, находящихся под различной по характеру и силе антропогенной нагрузкой. (В экосистеме 5 удалось отобрать только образцы почвы из слоя 0-10 см.) Повторность отбора образцов подстилок и почв 4 кратная. Основные характеристики исследованных экосистем приведены в табл. 1.
Таблица 1. Основные характеристики исследованных экосистем
№ п.п. Почва Экосистема Геоморфологическое положение Характер антропогенного воздействия
1 Дерново- подзолистая супесчаная Сосняк беломошный Урочище «Барсова гора», 30 км от г. Сургут Слабая рекреационная нагрузка
2 Сильная рекреационная нагрузка
3 Дерново- подзолистая супесчаная Березово- сосново- кустарничково- зеленомошный лес Вблизи трассы нефтепровода, 10 км от г. Сургут 100 м от нефтяного разлива
4 10 м от нефтяного разлива
5 Кромка участка нефтяного разлива
Экосистемы 1 и 2 находятся под рекреационной нагрузкой на протяжении многих лет. При этом сила рекреационной нагрузки остается практически неизменной. Экосистемы 3-5 расположены на геохимической катене
протяженностью 100 м от загрязненной нефтью депрессии к почве, находящейся на повышении. Разлив нефти здесь произошел 5 лет назад и занял площадь около 0,5 га. При изучении подстилок образцы отбирались с поверхности почвы. Отбор и подготовка почвенных образцов для микробиологических исследований включала в себя просеивание через сито с диаметром ячеек 3 мм и отбор видимых корней. Все образцы в настоящем исследовании до проведения анализов хранились в холодильнике на протяжении 3 суток [7].
В образцах определялись следующие показатели: влажность почвы и содержание углерода в биомассе почвенных микроорганизмов (С-биомассы) кинетическим методом (СИД - субстрат индуцированное дыхание). Концентрация СО2 определялась с помощью газового хроматографа с катарометром в качестве детектора [7]. Статистическая обработка полученных результатов проводилась методами вариационного и дисперсионного анализов [8, 9].
Влажность подстилок на участках, находящихся под рекреационной нагрузкой (экосистемы 1 и 2), в момент отбора образцов составляла от 18 до 30 %, а на участках, находящихся вблизи нефтяного разлива (экосистемы 3, 4, 5) - более 100 %. Влажность почвы под экосистемами 1 и 2 в момент отбора образцов составляла от 3 до 8 %, под экосистемами 3, 4, 5 - от 11 до 27 %.
Данные по содержанию биомассы микроорганизмов в подстилках и в почвах исследованных экосистем приведены на рис. 1, 3. Микробобиомасса на участках вблизи нефтяного загрязнения, в целом, значительно превышает таковую на участках, находящихся под рекреационной нагрузкой, (в 4 раза в подстилках и в 2-56 раз в почвах). При этом ясно прослеживается тенденция к увеличению С-биомассы в верхнем 0-10 см слое почвы при приближении к краю участка нефтяного разлива.
С-биомассы (мг / 100 г)
0 200 400 600 800 1000 1200
_ 5 -х. ш
О
4
НСР(5 %)=729,9
Рис. 1. Содержание углерода в микробобиомассе в подстилкахв исследованных экосистемах (мг С-биомассы / 100 г почвы)
----------1
чУчУчУчУчУУчУчУчУчЧУчУчЧУчУЧУчУчУчУУчУчУчУчУчУчУчУчУчУ^УчУчУчУчУчУчУчУУ-'
Влияния на С-биомассы двух исследованных факторов, связанных с антропогенным воздействием (и нефтеразлив, и рекреационная нагрузка), оказалось достоверным и сильным (рис. 4). Но при этом достоверного влияния силы рекреационной нагрузки и близости к участку нефтяного загрязнения наС-биомассы в подстилке и в почве не выявлено (рис. 2, 4).
16 12 8 4 0
Рис. 2. Значения F критерия, для различных факторов, влияющихна С-микробобиомассы в подстилке ^ - антропогенная нагрузка(рекреация или нефтяное загрязнение), В - интенсивность антропогенноговоздействия, АВ -
взаимодействие факторов; * - p<0,05)
Таким образом, проведенное исследование продемонстрировало возможность применение показателя биомассы почвенных микроорганизмов в экологическом мониторинге нефтезагрязненных экосистем и экосистем, находящихся под рекреационной нагрузкой, в подзоне Средней тайги. Этот показатель может в значительной степени дополнять данные, получаемые с помощью других микробиологических и химических методов в ходе экологического мониторинга нефтезагрязненных территорий [4].
С-биомассы (мг / 100 г)
0 15 30 45 60 75 90
1
О 4 5
НСР(5%)=14,3
Рис. 3. Содержание углерода в микробобиомассе в почвах исследованных экосистем (мг С-биомассы / 100 г почвы)
■ ■ ■ 1—1—1 —1 —г \ 1 □ 0-□ 10 в 20 10 см -20 см -30 см
нввнвнв^— 1 1 1
—1
При увеличении концентрации нефти происходит увеличение биомассы микроорганизмов в почве и в подстилке. Т. е., масса деструкционного блока экосистемы, основой которого являются почвенные микроорганизмы, увеличивается. Это увеличение происходит, по-видимому, за счет активного размножения бактерий, утилизирующих углеводороды.
20 16 12 8 4 0
Рис. 4. Значения Р критерия, для различных факторов, влияющихна С-микробобиомассы в почве (А - антропогенная нагрузка (рекреацияили нефтяное загрязнение), В - интенсивность антропогенного воздействия,С -глубина по профилю почвы, АВ, АС, ВС, АВС - взаимодействиефакторов; ** -
р<0,01, *** - р<0,001)
При усилении рекреационной нагрузки биомасса почвенных микроорганизмов изменяется незначительно. Это свидетельствует о частичном изменении характера функционирования деструкционного звена биологического круговорота. Результатом этой трансформации может быть интенсификация процессов минерализации и снижение интенсивностей процессов гумификации и закрепления гумусовых кислот [10].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Экология Ханты-Мансийского Автономного округа / Плотников В.В. и др. -Тюмень: Софт Дизайн, 1997. - 228 с.
2. Чижов Б.Е. Лес и нефть ХМАО / Б.Е. Чижов. - Тюмень: Изд-во Ю. Мандрики, 1998. - 144 с.
3. Микробиологическое разрушение нефтяного загрязнения / М.В. Гусев, Т.В. Коронелли // Изв. АН СССР. Сер. биол. - 1981. - № 6. - С. 835-844.
4. Влияние нефти на численность, биомассу и жизнеспособность грибов в верховых торфяниках / А.В. Головченко, Л.М. Полянская // Микробиология. - 2001. - № 1. - С. 111117.
5. Р. Тейт III Органическое вещество почвы: Биологические и экологические
аспекты: Пер. с англ. / Тейт Р. - М.: Мир, 1991. - 400 с.
6. Пулы и потоки углерода в наземных экосистемах России / В.Н. Кудеяров, Г.А.
Заварзин, С.А. Благодатский и др. - М.: Наука, 2007. - 315 с.
7. Методы почвенной микробиологии и биохимии. - М.: Изд-во МГУ, 1991. - 303
с.
***
***
А В С АВ..
8. Плохинский И.А. Биометрия / И.А. Плохинский. - М.: Изд-во МГУ, 1970. - 358
с.
9. Сорокин О.Д. Прикладная статистика на компьютере / О.Д. Сорокин. -Краснообск, ГУП РПО СО РАСХН, 2004. - 162 с.
10. Особенности формирования и трансформации подстилки в лесных биогеоценозах Хибин / Г.И. Ушакова // Почвоведение. - 1999. - № 12. - С.1463-1469.
© М.В. Якутии, А.И. Шепелев, Е.В. Межуев, 2008
