CC BY
2СЕКЦИЯ 2. ЭНЕРГЕТИКА И ТЕПЛОФИЗИКА В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ
Секция посвящена памяти и 70-летию со дня рождения ведущего учёного в области тепломассообменных процессов при низких температурах, доктора технических наук Е. Г. Старостина
DOI: 10.24412М -37269-2024-1-143-146
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ МЕРЗЛОТНЫХ ПОЧВ И ГРУНТОВ
ПРИБРЕЖНОЙ ЗОНЫ БУХТЫ «ТИКСИ»
Ерофеевская Л.А., Соколова М.Д.
Федеральный исследовательский центр «Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук», обособленное подразделение Институт проблем нефти и газа Сибирского отделения Российской академии наук, г. Якутск
Исследование микробиологической активности мерзлотных почв и грунтов бухты Тикси Булунскогорайона Республики Саха (Якутия) выявило некоторые особенности состава микроорганизмов, приспособленных к экстремальным условиям холода. Доминирование пси-хрофильных микроорганизмов, адаптированных к низким температурам, и активность ак-тинобактерий и дрожжей подчеркивают их адаптационные стратегии в уникальной арктической экосистеме. Сниженная численность гетеротрофных микроорганизмов по сравнению с олиготрофными бактериями и грибами указывает на то, что в исследуемых почвах преобладают виды микроорганизмов, способные обходиться с минимальным количеством органического вещества для своего развития. Кроме этого, микроорганизмы в исследуемых почвах не выполняют свои функции полностью или не обеспечивают эффективное разложение органических веществ, об этом свидетельствует низкий коэффициент минерализации (менее 1 условной единицы). Это свидетельствует о низком уровне органического обогащения почвенной среды и характеризует почвы, как слабообогащенные.
Введение. Изучение микробиологической активности в мерзлотных почвах арктических регионов является актуальной и важной задачей, позволяющей лучше понять функционирование экосистем и адаптации живых организмов к изменениям в условиях антропогенного и природного воздействия, что имеет существенное значение для охраны окружающей среды (ООС), поскольку мерзлотные почвы являются крупным резервуаром углерода, разложение которого под воздействием микроорганизмов может привести к выбросу парниковых газов [1, с. 92-99]. Кроме этого, в условиях изменяющегося климата и роста человеческой активности в арктических регионах возрастает риск распространения инфекций, возбудители которых могут не один десяток лет сохранять свою жизнеспособность в условиях криолито-зоны [2, с. 145-155]. Поэтому изучение микробиологической активности в мерзлотных почвах может помочь предсказать и предотвратить возможные эпидемии, а знание о вкладе микробных сообществ в процессы круговорота элементов и поддержания биологического разнообразия поможет разрабатывать устойчивые подходы к использованию природных ресурсов и охране экосистем в арктических условиях.
Целью данного исследования являлось изучение микробных сообществ мерзлотных почв прибрежной зоны бухты «Тикси», потенциальных для биотехнологических применений, таких как биодеградация загрязнений, включая нефть и нефтепродукты (НП).
Задачи исследования:
1. Проведение анализа состава микробных сообществ в мерзлотных почвах с использованием классического микробиологического метода посева на питательные среды;
2. Оценка способности микробных сообществ к деградации нефти в лабораторных условиях;
3. Идентификация выделенных микроорганизмов по морфо-культуральным и физио-лого-биохимическим характеристикам;
4. Определение оптимальных условий окружающей среды (температура, влажность, рН, содержание в среде соли) для активации микробных сообществ и повышения их активности при биодеградации нефти в условиях лабораторного опыта;
5. Исследование потенциала микроорганизмов для синтеза биополимеров и других ценных продуктов, которые могут быть использованы в биотехнологии и экологии;
Материалы и методы исследований. Для проведения микробиологического исследования использованы образцы мерзлотных почв и грунтов, отобранные в прибрежной зоне бухты Тикси-1 (71°39'47" с. ш.; 128°48'42" в. д. и 71°41'25,5"с.ш.; 128°52'9" в. д.); Тикси-3 (71°38'14,93"с.ш.; 128°51'52.1"в.д.) и фоновые пробы (70°41'43"с.ш.; 127°22'54"в.д.).
Лабораторные исследования выполнены в соответствии с общеутвержденными в микробиологии методами [3, 394 с.; 4, 464 с.; 5, 175 с.; 6, 131 с.; 7, 104 с.; 8, 248 с.].
Результаты исследования. Согласно полученным результатам исследования почвы и грунты в прибрежной зоне бухты Тикси по содержанию гетеротрофных микроорганизмов классифицируются от средне обогащенных до очень бедных (табл. 1).
Таблица 1. Средние показатели общей численности гетеротрофных и олиготрофных микроорганизмов в почвах и грунтах прибрежной зоны бухты Тикси_
Код пробы Группа микроорганизмов миллион КОЕ/г АСВ Степень обогащенно-сти почв по Звягинцеву [9, с.48-54]
Олиготрофы Гетеротрофы
Тикси-1 П-1 Мезофилы 0,2111±0,001 0,0228±0,001 Бедная
Психрофилы 3,6333±0,015 1,0033±0,05 Средне обогащенная
Тикси-1 П-2 Мезофилы 0,1042±0,005 0,0333±0,001 Бедная
Психрофилы 0,3130±0,0015 0,0399±0,001 Бедная
Тикси-1 П-3 Мезофилы 0,0323±0,0015 0,0030±0,00301 Очень бедная
Психрофилы 0,0799±0,003 0,0224±0,001 Очень бедная
Тикси-1 П-4 Мезофилы 0,0820±0,004 0,0218±0,001 Бедная
Психрофилы 0,0824±0,004 0,0339±0,001 Бедная
Тикси-1 П-5 Мезофилы 0,0810±0,004 0,0520±0,002 Бедная
Психрофилы 0,7999±0,03 0,5519±0,002 Бедная
Тикси-1 П-6 Мезофилы 0,4995±0,02 0,0305±0,001 Бедная
Психрофилы 0,0309±0,001 0,0002±0,00001 Средне обогащенная
Тикси-1 П-7 Мезофилы 0,0090±0,0004 0,0030±0,0001 Очень бедная
Психрофилы 1,4225±0,05 1,0220±0,05 Средне обогащенная
Тикси-1 П-8 Мезофилы 0,0600±0,003 0,0311±0,001 Бедная
Психрофилы 0,8822±0,004 0,0222±0,001 Бедная
Тикси-3 П-9 Мезофилы 0,0099±0,0004 0,0032±0,0001 Очень бедная
Психрофилы 0,0800±0,004 0,0422±0,002 Бедная
Фон Мезофилы 4,2242±0,02 1,2283±0,01 Средне обогащенная
Психрофилы 8,1010±0,04 3,1812±0,01 Средне обогащенная
Низкая обогащенность почв и грунтов гетеротрофными микроорганизмами может быть обусловлена различными факторами, включая экстремальные климатические условия, ограниченная доступность питательных веществ и медленные биохимические процессы в условиях постоянного мерзлого грунта. Это влияет на биологическую активность и метаболические потребности микроорганизмов, что отражается на общей обогащенности сообществ.
Стоит отметить, что психрофильные группы микроорганизмов превышают по численности мезофильную группу бактерий и грибов (табл. 1). Что характеризует их, как организмы, обладающие адаптационными стратегиями. К механизмам адаптации психрофилов можно отнести изменения в структуре мембран и метаболизме, позволяющие им эффективно функционировать в арктической среде.
Исследования показали, что в условиях низких температур гетеротрофные микроорганизмы на исследуемой территории менее распространены, чем олиготрофные виды. Это свидетельствует о специализированных стратегиях выживания микроорганизмов в условиях ограниченности ресурсов. Кроме этого, микроорганизмы в исследуемых почвах и грунтах не обеспечивают эффективное разложение органических веществ, об этом свидетельствует низкий коэффициент минерализации (менее 1 условной единицы). Это свидетельствует также о низком уровне органического обогащения почвенной среды и характеризует почвы, как слабо-обогащенные.
Из почв прибрежной зоны бухты Тикси-1 в районе расположения полузатонувшего судна «Днепр» выделены микроорганизмы, обладающие потенциалом для использования их в очистке загрязненных территорий, включая участки с морскими нефтяными разливами. Уг-леводородокисляющие микроорганизмы (УОМ), обнаруженные в такой уникальной среде, обладают адаптивными свойствами, которые делают их перспективными для разработки биотехнологических методов утилизации нефти в условиях криолитозоны. Этот вид исследований имеет большое значение для экологической безопасности при работе с загрязненными территориями, а также может способствовать развитию новых технологий в области биоремедиа-ции. Дальнейшие исследования и тестирование выделенных микроорганизмов могут привести к созданию эффективных и экологически безопасных методов утилизации нефтяных загрязнений в прибрежной зоне бухты Тикси-1 и подобных Северных морских территориях.
Выводы:
1. Микроорганизмы, выделенные из мерзлотных почв и грунтов бухты Тикси, обладают потенциалом для биотехнологического применения в утилизации нефтезагряязнений.
2. Изучение микроорганизмов, способных к разложению углеводородов, имеет важное значение для разработки методов очистки от загрязнений и восстановления экосистем в условиях нефтяных разливов.
3. Анализ адаптивных свойств и механизмов действия выделенных микроорганизмов позволит лучше понять их потенциал для использования в биотехнологических процессах.
4. Дальнейшее исследование и тестирование обнаруженных микроорганизмов могут привести к разработке эффективных и экологически безопасных методов утилизации нефтяных загрязнений в зоне бухты Тикси-1 и арктических регионах в целом.
Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (рег. № 122011200369-1) и Программы комплексных научных исследований в РС (Я) по проекту: «Эколого-геохимическая оценка состояния окружающей среды в ареале воздействия заброшенных судов в арктической зоне Республики Саха (Якутии) и разработка способа очистки арктических почв от нефтепродуктов» с использованием научного оборудования ЦКП ФИЦЯНЦ СО РАН.
Литература
1. Ерофеевская Л. А., Саввинов Д. Д., Тарабукина Н. П. Целлюлозолитические микроорганизмы - как тест для определения биологической активности мерзлотных почв Центральной Якутии // Дальневосточный журнал инфекционной патологии. 2006, № 8(8). С. 92-99.
2. Салтыкова, А. Л. Культурально-биохимические свойства близкородственных к Bacillus anthracis спорообразующих бактерий, выделенных из палеонтологических образцов // Всероссийский научный форум студентов и учащихся: сборник статей III Всероссийской научно-практической конференции, Петрозаводск, 30 сентября 2021 года. Том Часть 1. - Петрозаводск: Международный центр научного партнерства «Новая Наука» (ИП Ивановская И.И.), 2021. С. 145-155. - DOI 10.46916/04102021-5-978-5-00174-331-6.
3. Лабинская А.С. Микробиология с техникой микробиологических исследований. Издание 4-е, переработ. и дополн. М.: Медицина, 1978. 394 с.
4. Справочник по микробиологическим и вирусологическим методам исследования / под ред. М.О. Биргера. 3-е издание перераб. и дополненное. М.: Медицина, 1982. 464 с.
5. Теппер Е.З., Шильникова В.К., Переверзева Г.И. Практикум по микробиологии. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Колос, 1993. 175 с.
6. Лабораторный практикум по общей микробиологии / Градова Н.Б. [и др.]. М.: ДеЛи принт, 2001. 131 с.
7. Плесневые грибы. Методы выделения, идентификации, хранения. Справочное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям и специальностям экологического, биологического и биотехнологического профиля. / АГТУ; Сост.: С.В. Еремеева. Астрахань, 2009. 104 с.
8. Гаузе Г.Ф. и др. Определитель актиномицетов: Роды Б1терЮтусе$, 8&ерЮуегИсШшт, Сктта / Г.Ф. Гаузе. М.: Книга по Требованию, 2014. 248 с.
9. Звягинцев Д.Г. Биологическая активность почв и шкалы для оценки некоторых ее показателей // Почвоведение, 1978. № 6. С. 48-54.
Б01: 10.24412/с1-37269-2024-1-146-149
ГЕОФИЗИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ
Ефремов В.Н.
Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН [email protected]
По результатам мониторинга рассматривается влияние температуры приземного воздуха, высоты снегового покрова и дождевых осадков на УЭС слоя переходной промороженно-сти многолетнемерзлых грунтов, как наиболее подверженного опасности деструкции в результате потепления климата. На основе сравнительного анализа изменения УЭС на глубине 1, 2 и 3 м в 2009 и 2010 годах, сделаны выводы о причинах аномального растепления грунтов и о сохранении промороженности грунтов под воздействием климатических факторов.
С 2006 г. нами, проводится фоновый радиоэлектромагнитный мониторинг на территории стационара ИМЗ «Туймаада» сначала радиоимпедансным зондированием [1], а с 2017 г. -РМТ зондированием [2]. Грунты на экспериментальных площадках стационара представлены многолетнемерзлыми отложениями песков средней крупности, подстилаемыми на глубине более 30 м алевритами. Зондирования производились горизонтальными магнитными антеннами и электрическими незаземленными приемными линиями с длиной одного плеча 5 м - для ра-диоимпедансного зондирования в диапазоне частот 1 0-1000 кГц, и 10 м - для РМТЗ в диапазоне частот 1-1000 кГц.
В результате мониторинговых исследований сезонных изменений геоэлектрического разреза (ГЭР), по данным радиоимпедансного зондирования, получена модель геоэлектрического строения мерзлых грунтов на стационаре ИМЗ СО РАН, которую здесь иллюстрирует сезонное изменение ГЭР во времени (рис. 1).
Слой переходной промороженности
Слой стационарной промороженности
Рис. 1. Временной ряд сезонных изменений геоэлектрического разреза мерзлых грунтов до глубины 7 м,
в период с апреля по октябрь
