CC BY
102
А.А. Околелова
профессор кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, д.б.н. Волгоградский государственный технический университет
А.А. Okolelova Doctor of Biological Sciences, рrofessor Volgograd State Technical University (FSBEE HPE "VSTU"),
(allaokol@mai.ru 89054517147) А.С. Мерзлякова аспирант кафедры промышленной экологии Волгоградский государственный технический университет
A.S. Merzlyakovа Volgograd State Technical University (denstev@mail.ru 89054013558) Н.В. Герман
инженер кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, Волгоградский государственный технический университет
N. V. German Engineer of Biological Sciences Volgograd State Technical University (nadya-gman@rambler.ru 89024223612)
ФИТОТОКСИЧНОСТЬ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ
Аннотация. Фитотоксичность светло-каштановой почвы зависит от уровня ее загрязнения нефтепродуктами. При повышении содержания НП в почве с 48 (целина), до 146,4 мг/кг, всхожесть семян снижается в 2,4 раза. При содержании НП в почве, равном 347 мг/кг, всхожесть редиса составляет 1%.
Микроорганизмы - очень чуткие биоиндикаторы, резко реагируют на изменение среды, ее свойств. Широкое распространение получил тест на численность Escherichia coli. Почвы, загрязненные нефтепродуктами, по сравнению с целинной почвой оказывают наибольшее токсическое действие на модельную культуру Esche-richia соИ. С увеличением доли нефтепродуктов в почвах с 22 до 347 мг/кг (в 15,8 раза) доля выросших колоний снижается с 210 до 45 % (в 4,7 раза). Annotation.Phytotoxicity light brown soil depends on its level of oil pollution. With increasing their content in soil 48 (virgin) to 146.4 mg / kg, reduced seed germination by 2.4 times. When the content of petroleum products in the soil equal to 347 mg / kg, the germination of radish is 1 %.
Microorganisms - very sensitive bioindicators sharply react to changes in the environment, its properties. Soil contaminated with oil, compared to virgin soil have the greatest toxic effect on Escherichia coli culture model. With increasing proportion of oil in the soil from 22 to 347 mg / kg (15.8-fold), the proportion of colonies is reduced from 210 to 45% (4.7 times).
Ключевые слова: фитотоксичность, светло-каштановая почва, нефтезагрязненные почвы, целина, всхожесть семян редиса, количество выросших колоний Escherichia coli.
Keywords: phytotoxicity, light chestnut soil, oil-contaminated soil, virgin, radish seed germination, the number of colonies Escherichia coli.
Фитоиндикаторами называют растения, растительные сообщества или их особенности, указывающие на какие-то конкретные свойства среды. С помощью растений можно выявить отдельные признаки почв: их гранулометрический состав, влажность, кислотность, засоленность, обеспеченность питательными веществами, степени минерализации грунтовых вод, их токсичности [12].
Существуют методы определения фитотоксичности почв с использованием в качестве тест-объектов озимой пшеницы, ржи, овса, редиса [6-8, 20]. О фитотоксичности почв судят по изменению показателей прорастания семян (всхожесть, энергия, дружность и скорость прорастания) и интенсивности начального роста проростков (длина корней и зеленых проростков, масса корней и зеленых проростков (воздушно-сухая). Степень токсичности почвы определяют по соотношению числа проросших семян и длины проростков в опыте и контроле. Токсичными считают почвы, вызывающие угнетение прорастания более, чем в 1,1 раза по сравнению с контрольным образцом [2, 7, 10, 20, 23].
Почвы содержат огромное количество и разнообразие микроорганизмов. Они являются необходимым звеном в круговороте всех биогенных элементов, участвуют в почвообразовании и поддержании почвенного плодородия [4, 24, 26, 31]. Микроорганизмы очень чуткие биоиндикаторы, резко реагируют на изменение среды, ее свойств. Широкое распространение получил тест на численность Escherichia coli как показатель санитарного состояния почв [1, 3, 4].
Штаммы грам-отрицательных палочковидных бактерии семейства Enterobac-teriaceae рода Escherichia (эшерихия) энтеропатогенны. В большинстве своем безвредны. Они могут быть выращены в лабораторных условиях, поэтому играют важную роль в научных исследованиях.
Раннее нами было выявлено семь этапов детоксикации нефтезагрязненны почв. На первом этапе самоочищение почвы происходит за счет внутренних резервов самой почвы [9].
Объектом исследования послужил почвенный покров санитарно-защитной зоны ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка», который находится в пределах городской черты Волгограда, в Красноармейском районе.Отбор проб почв проводили согласно ГОСТу 17.4.4.02-84. Объектами исследования послужили и светло-каштановые почвы целины, расположенной на удалении 25 км на север от завода, разрезы 1 и 2 сделаны на расстоянии 100 м от территории предприятия.
Содержание нефтепродуктов (НП) в почве определяли на приборе АН-2 по калибровочным графикам, полученным на основании их искусственной смеси. Метод анализа заключается в экстракции эмульгированных и растворенных нефтепродуктов из воды четыреххлористым углеродом (ПНД Ф 14.1.:2.5-95) и подробно рассмотрен нами ранее [9, 14-17].
Нами были проведены опыты для определения интенсивности проращивания семян редиса розового в нефтезагрязненных почвах (ГОСТ 12038-84). С этой целью был заложен модельный опыт, который длился 2 недели. Опыт проводили в светло-каштановой почве с различным содержанием нефтепродуктов. Посев во всех образцах был выполнен в соответствии с ГОСТ Р ИСО 22030-2009.
Семена испытуемого растения предварительно замачивали в воде в течение суток. Затем по 10 штук пророщенных семян высаживали в горшочки. Опыт проводили в трехкратной повторности. После прорастания семян за ростом редиса ро-
зового следили ежедневно, делая замеры высоты растения (от ножки проростка до верхнего листа).
Для исследования влияния нефтяного загрязнения почвы на рост микроорга-низмовпробы почвы сушили, растерли в ступке, просеяли через сито, поместили во флаконы объемом 300 мл и простерилизовали термическим методом в автоклаве MLS-3020U (SANVO, Япония) при 1,5 атм (122оС) в течение 15 мин. Затем 12 г каждой пробы почвы поместили в стерильные чашки Петри и прогревали в сухожаро-вом шкафу ШС-80-01 при 170 оС в течении 40 мин. [11]. Для выращивания модельной культуры - микроорганизмов Escherichia соН (кишечной палочки) была приготовлена селективная среда Эндо следующего состава: пептон -1 %; лактоза -1;К2НР04 - 0,35; агар-агар - 1,5 [18].
Из суточной агаровой культуры кишечной палочки по стандарту мутности 10 ед. была приготовлена в физиологическом растворе (0,89% NaCl) бактериальная суспензия (модельная культура) с концентрацией биомассы 10 микробных клеток (м. к.) в 1 мл. Приготовленную бактериальную взвесь с целью снижения концентрации бактериальных клеток десятикратно разводили в стерильных условиях до концентрации 104 м.к./мл [24]. В стерильные чашки Петри с пробами почвы и селективной средой Эндо засевали культуру в объеме 0,1 мл. Посевная доза составляла 103 м. к. Чашки инкубировали в термостате при температуре 37 оС в течение 24 часов. Через сутки производили подсчет выросших на пластинках агара колоний Escherichia соН. В качестве контроля использовали культуру кишечной палочки, засеянную в чашки Петри со средой Эндо, не содержащей пробу почвы. Опыты проводили в трехкратной повторности.
Для определения фитотоксичности почв весной 2012 г. нами были отобраны почвы на целине, а также почвы из разрезов, сделанных в санитарно защитной зоне (разрезы 1 и 2). В светло-каштановой почве на целине достигнута 97% всхожесть семян редиса (10, 10 и 9 ростков в трех вариантах).
В разрезе 1 прорастание семян составило 47% (соответственно 6, 5 и 3 проростка), в разрезе 2 в одном варианте не вырос ни один росток, во втором и третьем соответственно 1 и 2 только показались из почвы (табл. 1).
Таблица 1- Всхожесть семян редиса розового и содержание НП в почвах
№ Объект Всхожесть, % НП, мг/кг
1 Целина 97 48,0
2 Разрез 1 47 146,4
3 Разрез 2 1 347,0
В почве на целине средняя высота редиса составила 8,5 см, в нефтезагрязнен-ных почвах разреза 1-4,6 см, разреза 2-1,75 см. Время прорастания семян на целине - на шестые сутки, в разрезах 1 и 2 соответственно - на девятые и четырнадцатые сутки.
Escherichia соН - самые изучаемые прокариотические организмы, важнейший объект в биотических и микробиологических исследованиях, может существовать на разных субстратах. Результаты выращивания модельной культуры приведены в табл. 2.
Из анализа полученных данных очевидно, что с увеличением токсикации почв нефтепродуктами численность выросших колоний Escherichia соН снижается.
Отмечена зависимость: чем больше нефтепродуктов в почве, тем меньше количество выросших колоний.
Таблица 2 - Содержание НП и микроорганизмов в почвах
Объект, горизонт Количество выросших колоний, % НП, мг/кг
Контроль (без почвы) 150±-10 -
Целина, А1 135±-10 48,0
Целина, В1 210±+28 22,0
Разрез 1, гор. А1 62±-58 146,4
Разрез 1, гор. В1 76±-77 64,5
Разрез 2, гор. А1 45±-70 347
Разрез 2, гор. В1 82±50 51,1
Вниз по профилю снижается количество нефтепродуктов в почве, но повышается доля выросших бактерий.
НП, мг/кг 347— 146,4— 64,5 —51,1 — 48 — 22
Количество колоний, % 45 — 62 — 76 — 82 — 135 — 210
Отношение НП к количеству колоний 7,71—> 2,36 — 0,85— 0,62 — 0,36— 0,1
Количество выросших колоний с увеличением доли нефтепродуктов в почвах закономерно снижается: в верхнем горизонте со 135% (целина, 48 мг/кг) до 62 (разрез 1, 146 мг/кг) и до 45 (разрез 2, 347 мг/кг НП). В иллювиальном горизонте - с 210% (целина, НП содержится 22 мг/кг) до 82 (разрез 2, 51,1 мг/кг НП) и 76 (разрез 1, 64,5 мг/кг). На целинной незагрязненной почве больше колоний Escherichiacoli, чем в исследуемых нефтезагрязненных образцах, а в иллювиальном горизонте -выше, чем на контроле без почвы, соответственно 210 и 150%. Это может быть доказательством отсутствия в почве поллютантов, наличием лучших условий для питания бактерий.
В целинной почве вдвое больше колоний, чем в исследуемых образцах. Снижение количества выросших колоний с увеличением доли НП в почвах подтверждено и литературными данными, согласно которым с уменьшением токсичности почв резко увеличивается численность бактерий, в основном па-рафинокисляющих [5, 13, 19, 22, 27, 28].
Полученные результаты позволяют заключить, что пробы почвы, загрязненные нефтепродуктами (разрез 1 и 2) по сравнению с целиной оказывают наибольшее токсическое действие на модельную культуру Escherichia соН. Из этого можно сделать предположение, что «нефтепродуктами» в почвах целины являются природные органические соединения.
Выводы
1. Фитотоксичность светло-каштановой почвы зависит от уровня ее загрязнения нефтепродуктами. При повышении содержания НП в почве с 48 (целина), до 146,4 мг/кг, всхожесть семян снижается в 2,4 раза, с 97 до 47%. При содержании НП в почве, равном 347 мг/кг, всхожесть редиса составляет 1%.
3. С увеличением доли нефтепродуктов в почвах с 22 до 347 мг/кг (в 15,8 раза) доля выросших колоний снижается с 210 до 45% (в 4,7 раза).
Предложение
В качестве показателя фитотоксичности нефтезагрязненных почв можно использовать всхожесть семян редиса и количество выросших колонийEscherichia соН.
Список источников:
1. Аристовская, Т.В. Микробиология процессов почвообразования. / Т.В. Аристов-ская Л.: Наука. 1980. - 187 с.
2. Бабьева, М.А. Биология почв. / М.А. Бабьева, Н.К. Зенова. //М.: МГУ. 1989. - 336
с.
3. Добровольская, Т.Г. Структура бактериальных сообществ почв. / Т.Г. Доброволь-скя // М.: Академкнига. 2002. - 281 с.
4. Звягинцев, Д.Г. Биология почв: учебник. / Д.Г. Звягинцев, М.А. Бабьева Н.К. Зенова // М.: Изд-во МГУ, 3-е изд., испр. и доп. 2005. - 445с.
5. Калачникова И.Г., Безенкова Е.И., Колесникова Н.М. Исследование трансформации нефтяных углеводородов в почвенной экосистеме, как основа оптимизации антропогенных воздействий на нее // Научные труды Института экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН. - Свердловск. - 1999. - с. 99.
6. Колесников, С.И. Экологическое состояние и функции почв в условиях химического загрязнения / С.И. Колесников, К.Ш. Казеев, В.Ф. Вальков. // Ростов на Дону: Изд. Эверест. 2006. - с. 385.
7. Колесников, С.И., Биодиагностика экологического состояния почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами / С.И. Колесников, К.Ш. Казеев, В.Ф. Вальков, Д.К. Азнаурь-ян, М.Г. Жаркова // Ростов на Дону: Изд. Эверест. 2007. - с. 190.
8. Колесников, С.И. Сравнительная оценка устойчивости биологических свойств черноземов юга России к загрязнению Cr, Cu, Ni, Pb в модельном эксперименте. С.И. Колесников, С.И. Ярославцев, Н.А. Спивакова, К.Ш. Казеев // Почвоведение. 2013. № 2. С. 195-200.
9. Кокорина, Н.Г. Детоксикация нефтезагрязненных почв хитозаном. // Кокорина, Н.Г., Околелова А.А., Голованчиков А.Б. Волгоград. ИУНЛ ВолгГТУ. 2012.- 204 с.
10. Красильников, Н.А. Микроорганизмы почвы и высшие растения. / Н.А. Кра-сильников.// М., Изд. АН СССР - 1958, - с. 800.
11. Лабинская, А.С. Микробиология с техникой микробиологических исследований. - / А С. Лабинская // М: Медицина, 1978. - 391 с.
12. Мелехова, О.П. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование. Учебное пособие для студентов высших учебных заведений / О.П. Мелехова, Е.И. Егорова, Т.И. Евсеева; под ред. О.П. Мелеховой, Е.И. Егоровой. - М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 288 с.
13. Никифорова Е.М. Почвенно-геохимические условия разложения и миграции нефтепродуктов в ландшафтах СССР. // Вопросы географии. - М., 1983. - т. 120. - с. 130145.
14. Околелова, А.А. Методы определения и расчета органических поллютантов в нефтезагрязненных почвах. / А.А. Околелова, А.С. Карасева, И.А. Куницына. // Фундаментальные исследования. 2011. Ч. 3., № 8. с. 687-689.
15. Околелова, А.А. Оценка состояния почвенного покрова в зоне влияния нефтехимических предприятий. / А.А. Околелова, В.Ф. Желтобрюхов, А.С. Мерзлякова // Проблемы региональной экологии. 2012. № 5. - с. 59-61.
16. Околелова, А.А. Нефтепродукты в почвах и методы их анализа. / А.А. Околело-ва, В.Ф. Желтобрюхов. Волгоград. ВолгГТУ. 2013. - 132 с.
17. Околелова, А.А. Особенности определения и нормирования нефтепродуктов в почвах. / А.А. Околелова, В.Ф. Желтобрюхов // Естественно-гуманитарные исследования. 2013. № 1. С. 12-18.
18. Перт, С.Д. Основы культивирования микроорганизмов и клеток. / С.Д. Перт. М: Мир, 1978. - 331 с.
19. Пиковский, Ю.И. Трансформация техногенных потоков нефти в почвенных эко-
системах. Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем // Сер. Современные проблемы биосферы. - М.: Наука, 1988. - с. 7 -22.
20. Попович, А.А. Эколого-биологическое состояния почв юга России при загрязнении продуктами техногенеза неметаллической природы. / А.А. Попович, С. =И. Колесников. Ростов на Дону. 2006. - 142 с.
21. Практикум по микробиологии: Учеб. Пособие для студ. высш. учеб. заведений / Под ред. Нетрусова А.И. // М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 608 с.
22.Розанова Е.П., Кузнецов С.И. Микрофлора нефтяных месторождений - М.: Изд-во Наука, 1974. - с. 198.
23. Рыбакова, З.П. Методы отбора микробов-стимуляторов по их влиянию на семена. / З.П. Рыбакова // Некоторые новые методы количественного учета почвенных микроорганизмов и изучения их свойств. Методические рекомендации. Ленинград. 1987. С. 3240 .
24. Теппер Е.З. Практикум по микробиологии. / Теппер, Е.З. Шильникова В.К., Пе-реверзева Г.И. // М: Колос. - 1993. - 175 с.
25. Bowen, H.J.M. Trace elements in biochemistry. / H.J.M. Bowen .London-N.Y.: Acad. Press, 1966.- 241 p.
26. Diels, L. Bioaccumulation of heavy metals from polluted soils./ L. Diels, L. Regniers, M. Mergeay Contaminated Soil, 1988, v. 1. - p. 760.
27. Dorf W., Stelof M. Snierung cines kontaminirten bodens Bacterieller abbau von disolf // Forsch. Actnel. -1989. -v. 6. - № 24 - 26. - P. 33-36.
28. Jobson A., Cook F. D., Westlake D. W. S. Microbial utilization of crude oil // Appl. Microbiol., 1972. - Vol. 23. - P. 1082-1089.
29. Margesin, R. Microbial activity and community composition during bioremediation of diesel-oil-contaminated soil: effects of hydrocarbon concentration, fertilizers, and incubation time / R. Margesin, М. Hammerle, D. Tscherko. // Microb. Ecol. - 2007. - V. 53. - P. 259-269.
30. Walker, J.D. Microbial degradation of model petroleum at low temperatures / J.D. Walker, R.R Corwell. // Microbiol. Ecol., 1974. -Vol 1. - P.63-95.
31. Wood, J.M. Biological cycles for toxic elements in the environment / J.M. Wood // Science. 1974. Vol.183. - P. 1049-1059.
